1543年，哥白尼在《天體運行論》一書中提出了日心說理論，並通過構建天體的勻速圓周運動，戰勝了地心說體系。這本書對於歐洲自然科學史的重要意義不亞於原子彈對二戰的意義，從此打開了一個天窗，歐洲自然科學有突飛猛進的發展。有人假設如果在16世紀，中國誕生了《天體運行論》，中國的科學可能不是今天的樣子，實際上這本當時被人們看不懂的天書，在17世紀傳入中國，並且是原版，未被修改的，可惜到最後都沒有翻譯成中文。
而一篇意料之外的前言被悄悄添加進書中，反而讓《天體運行論》突破了教會的限制，成為近代天文學的開端。接著，天文學家們不斷髮展、完善日心說理論，這個過程中還誕生過不被人們熟知的地日心體系。最終，德國天文學家開普勒通過計算火星的橢圓軌道，提出開普勒三定律，給出了準確的太陽系模型。不僅如此，《天體運行論》這本書本身還通過構建“無形學院”，將天文學家們跨地域、跨時空地聯繫起來，串聯起望遠鏡發明前近代天文學的發展歷史。
本篇記錄了一個真實的故事，說一位叫金格里奇的天文學教授，花了三十年時間滿世界追尋一本書。為了找這本書，他提心吊膽地去過冷戰中的莫斯科，走進過中國國家圖書館從未開放過的特藏室，還很多次被捲入到古書失竊案裡。跟他打交道的除了大學教授、圖書拍賣師，甚至還有國際刑警組織的警察，終其一生目的是為了找到《天體運行論》。
金格里奇教授去找這本書，也是憋著一口氣，就因為一個叫阿瑟·克斯特勒的作家說這本書太專業、太枯燥了，根本就不可能有人讀過。你肯定覺得奇怪，一本幾百年前沒人讀過的書，為什麼要滿世界拼命尋找、調查呢？因為這本書不僅為我們揭秘了近代天文學發展史中的種種秘聞，比如，天文學只是哥白尼的業餘愛好，而日心說理論竟然是因為一個糊塗的編輯，才陰差陽錯地突破了中世紀的宗教限制，還有歷史上曾經有一種我們都不熟悉的“地日心”學說，等等，最有趣的是，我們還可以瞭解一種影響了整個天文學發展的交流網絡。要知道，中世紀的交通、通訊都不發達，但這個網絡連接起了不同地域、甚至是不同時間的天文學家們。更重要的是，《天體運行論》這本書衝破了中世紀的宗教束縛，成為近代天文學的開端，而它的發行和流傳，串聯起了望遠鏡發明前近代天文學的發展。可以說，聽了這本書，你就能讀懂近代天文學的發展歷史。
《天體運行論》誕生
我們先介紹一下《天體運行論》和日心說的誕生過程，看看它如何突破中世紀的宗教壓迫，開啟了近代天文學的發展。
說到《天體運行論》這本書，當然要先提到它的作者尼古拉·哥白尼。哥白尼這個名字相信你一定不陌生，他是提出日心說的波蘭天文學家，不過你可能不知道，其實哥白尼的職業並不是科學家。因為中世紀的科學和神學是混在一起的，實際上，哥白尼本人是一個虔誠的天主教徒，他根據自己舅舅的安排在教堂裡當教士。而他所在的教區常常發生戰亂，哥白尼本人還曾親自披掛上陣擊敗敵軍。你看，天文學只是哥白尼的業餘愛好。
一個業餘愛好者寫的書，怎麼會發展成近代天文學的開山之作呢？偉大的科學理論當然不是一蹴而就的，《天體運行論》這本書也經過了幾十年的不斷修改擴充，才最終成書。金格里奇教授通過調查，為我們還原了《天體運行論》的誕生過程。
他在蘇格蘭的阿伯丁大學圖書館裡，發現了一本哥白尼自己早年研究的手抄本，我們把它簡稱叫《綱要》吧。這本小冊子可以說是哥白尼天文學思想的一個提綱，哥白尼在這本《綱要》裡提了幾個重要的觀點。首先，他認為太陽才是宇宙的中心，所有的天體，比如地球、火星，都是圍繞太陽運動的；其次，他說地球自己也在旋轉，一天正好轉一圈，而一年則正好繞太陽轉一圈。哥白尼就是在這本《綱要》裡，第一次提出了日心說理論。
不過哥白尼並沒有一戰成名，因為這本小冊子當年只抄了幾本，哥白尼也只給幾個好朋友看過，並沒有大規模出版。那之後，哥白尼又自己一個人默默無聞地研究了三十年，最終他把這本簡單的《綱要》和自己的日心說理論，擴充成了一部四百頁左右的書，這就是我們說的《天體運行論》。直到他去世前不久，也就是他七十歲的時候，哥白尼才終於下定決心把自己的研究手稿出版，讓更多人瞭解日心說理論。為什麼臨到去世，哥白尼才敢宣傳自己的天文學思想呢？還是因為日心說這個觀點在當時太激進了，他害怕人們嘲笑他，也害怕當時的教會迫害他。
說到這裡，我們有必要先介紹一下中世紀歐洲的社會背景，只有瞭解了宗教壓迫的殘酷，我們才能理解為什麼《天體運行論》能成為近代天文學的開端。
你可能聽說過一種說法，說中世紀是“科學的黑暗時代”。這麼說是因為，中世紀的歐洲是“政教合一”的統治模式，羅馬教廷控制了歐洲大多數國家，教會對待科學的態度很粗暴，認為只要是與《聖經》相違背的學說都是錯誤的，甚至是有罪的。那麼《聖經》是怎麼認識宇宙的呢？它說啊，上帝創造了人，所以人所在的地方理所應當是宇宙的中心，然後上帝又為人創造了太陽、月亮和星星， 所以大地靜止不動，太陽、月亮都繞著大地起落。你看，這不就正好是地心說的天文觀念嗎？於是，教會就把地心說奉為是和《聖經》一樣的經典。這下麻煩了，按常理來看，鼓吹“太陽才是宇宙中心”的《天體運行論》肯定是禁書啊。教皇亞歷山大六世專門頒佈過法令，規定沒有經過教會審查的可疑書籍，一律要焚燬。你一定也知道，歷史上還有一個叫布魯諾的天文學家，就是因為批判《聖經》，才被燒死在十字架上。
難道《天體運行論》還沒有出版，就要被教會禁止了嗎？ 當然沒有。讓人意想不到的是，科學的發展就是無心插柳的結果。金格里奇教授發現，《天體運行論》第一次出版的時候暢銷無阻，並沒有被禁止，至於原因，還真是很讓人哭笑不得。原來，中世紀每一本書在印刷之前，都需要一位編輯校對檢查一遍，而負責《天體運行論》校對的是一位年輕的牧師，他看完書裡提的觀點後被嚇壞了：這麼顛覆的觀點不是挑戰了《聖經》嗎？要是就這麼出版了，作者肯定會被教會抓起來，而且我是不是也會受到牽連啊？於是，這位膽小的糊塗編輯就悄悄寫了一篇前言加在書裡，大概意思就是說，這本書裡講的日心說理論只是一種假設，並不是宇宙中真實的樣子，這種假設只是為了方便天文學家計算行星的軌道，大家不用擔心。等到書印刷出來後，哥白尼已經來不及讓人刪掉這篇前言了。於是，《天體運行論》順利通過了教會的審查，因禍得福沒有被禁止。
你看，近代天文學的突破也有偶然的因素在裡面。雖然這篇意料之外的前言，讓日心說理論剛提出時沒有得到大家的重視，但沒有了教會的限制，它反而得到了廣泛的傳播，順利地突破了宗教壓迫，為日後近代天文學的發展奠定了基礎。
值得一提的是，《天體運行論》這本書在出版後不久，甚至還傳播到了中國。金格里奇教授在中國國家圖書館裡，找到了兩本《天體運行論》第二版和第三版原書。這兩本古書是由耶穌會的傳教士，在十七世紀帶到中國來的，而且非常幸運的是，這兩本《天體運行論》保存得非常好，沒有被塗改關鍵頁碼，說明它沒被羅馬教廷審查過。這正好證實了金格里奇教授的調查，也就是《天體運行論》最早出版時沒有被教會禁止。和這兩本書一起來到中國的，還有七千餘本當時歐洲各個領域的經典作品，但遺憾的是，它們從來沒有被翻譯成中文，而是幾經周折才最終被國家圖書館收藏。有人說，假如這批書籍在當時全都被翻譯過來，也許整個中國近代文化的歷史也會被顛覆。
說到這兒我們知道了，哥白尼其實是一位神職人員。而中世紀的教會以《聖經》為根據，對現代科學採取高壓態度，哥白尼也因為害怕教會的迫害，直到去世前不久才出版《天體運行論》。巧合的是，因為一篇意料外的前言被悄悄添加進了書中，才讓《天體運行論》突破了教會的限制，讓日心說理論被廣泛傳播，成為近代天文學的開端。
《天體運行論》的流傳
瞭解了近代天文學的開端，說說望遠鏡發明前，近代天文學經歷了怎樣的發展過程。在沒有望遠鏡和數學工具支持的中世紀，天文學家們就已經不斷髮展日心說理論，建立起比較準確的太陽系運動模型了。這個過程我們大致可以分為三個階段，而這三個階段都和《天體運行論》有密切的關係。
先說第一個階段：日心說取代地心說。你肯定覺得這個過程自己很熟悉了，但是想想看，在那個時候，日心說是非常反直覺的觀點啊。你看，地心說認為所有的天體，像太陽、火星都圍繞地球旋轉，所以太陽東昇西落，這是人們能直接觀察到的現象。在中世紀的社會環境裡，望遠鏡還沒有被髮明，天文學家和普通人都是用眼睛直接觀測星空的，在哥白尼提出日心說之前，人們堅信“地球才是宇宙的中心”一千多年了，現在為什麼要接受一個新的日心說理論呢？金格里奇教授在愛丁堡的皇家天文臺裡，找到了一本十六世紀的《天體運行論》原書。這本書曾經屬於一位和哥白尼同時期的天文學家，他在書裡寫下的一句評論就是這個問題的答案。他說，哥白尼的日心說理論太棒了，和地心說相比，這個體系允許天上的各種天體做完美的勻速圓周運動。這個“勻速圓周運動”，就是日心說取代地心說的關鍵。
它為什麼這麼重要呢？那個時候，雖然大家都覺得地球是宇宙的中心，但有個問題人們一直搞不懂，就是像太陽、月亮都是乖乖地繞著地球轉圈，東邊升起西邊落下，但像火星、水星什麼的就很“不乖”，它們常常走著走著就停下來，然後扭頭反向運動一段時間，再掉頭繼續繞著地球走。這個反向運動的一段時間，也就是所謂的逆行。如果你身邊有喜歡星座運勢的朋友，你肯定能常常聽到他們說“最近水逆，運氣不好”。水逆，就是指的水星在逆行。
那這個現象怎麼解釋呢？一位叫托勒密的天文學家，發展出一種圓圈套著圓圈的理論，他是地心說的集大成者。這套理論非常複雜，他說，每一個天體都圍繞著一個點做圓周運動，軌跡是一個小的圓形，我們稱作“本輪”；天體運動的同時，這個小圓形還繞著地球旋轉，軌跡就是一個大圓，我們稱作“均輪”。每個天體都有自己獨立的本輪和均輪，也就是說，天體繞著小圓轉，小圓還繞著大圓轉，但是旋轉速度不一樣。這樣一來，我們從地球上看過去，有的時候繞著小圓轉的水星就好像在逆行。
當時的天文學家們都很喜歡這套理論，就算後來的觀測數據越來越精密也沒關係，有不符合理論的地方，就在小圓裡再套小小圓就行了。而且，因為天體眾多，天文學家只能不斷添加本輪和均輪，於是整個系統就變得越來越複雜。為了讓本輪旋轉得更合理，托勒密還引入了更多的概念，比如“等分點”。但這樣一來也出現了一個問題，就是新概念的引入，讓本輪繞著地球旋轉的運動不能勻速了。這就麻煩了，因為那時候人們都信仰一個古老的原則，那就是“所有星球運動都應該是勻速圓周運動的，這樣才體現出上帝的完美”。
直到哥白尼提出日心說，才更好地解決了水星逆行的問題。也就是所有的行星都繞著太陽轉，水星比地球轉得慢的時候，我們就看到逆行現象了。雖然托勒密和哥白尼的理論都能預測天體的運動，但是顯然哥白尼的更簡單。更重要的是，天體又可以做完美的勻速圓周運動了，這就非常符合大家的信仰。你看，日心說就是通過勻速圓周運動取代了地心說。
接著我們說第二階段，“地日心說”理論的誕生。這個理論很少有人知道，其他講述天文學史的書裡，基本沒有它登場的機會，但本書的作者金格里奇教授，在尋找《天體運行論》的過程裡發現了它的蹤跡。地日心說算是一個人們意識到了舊觀念的不足、但還不願意接受新觀念的產物。十六世紀《天體運行論》出版以後，許多天文學家和普通人都接觸到日心說理論。前面我們說到，日心說最大的優勢，就是允許天上的天體可以做勻速圓周運動，不過這個理論還是有些太超前了，而且它還有很多漏洞都沒法解釋。比如，當時有人質疑說，假如地球在轉動，那天空中應該永遠在颳風才對。
那麼有沒有辦法既讓地球不動，又可以讓其他天體都能做勻速圓周運動呢？還真有。金格里奇教授在梵蒂岡圖書館裡，找到了一本第一版的《天體運行論》原書。這本書滿滿當當做滿了筆記，還畫了很多插圖來解釋天體運行的機制，甚至為了計算星球座標的經緯度，寫筆記的人還獨創了一種數學方法。這個做筆記的人，是天文史上被大家遺忘的天文學家，保羅·維蒂希。這位天文學家幾乎沒留下什麼著作，所以一直默默無名。但是金格里奇教授發現，維蒂希在讀過《天體運行論》後，改良了書中提出的日心說理論，提出了一種介於地心說和日心說之間的全新理念，我們稱為地日心說。簡單說就是，地球是宇宙的中心，並且保持不動，月亮和太陽繞著地球旋轉，但是其他所有天體都繞著太陽旋轉。你看，這不就很好地解決了“地球不動，其他天體勻速圓周運動”的問題嗎？當然，現在我們知道這個理論是完全錯誤的，不過它對近代天文學的發展有著重要作用。
後來，維蒂希把自己的想法和做滿筆記的《天體運行論》，都給了另一位丹麥天文學家，第谷·布拉赫。你也許對第谷更熟悉一些。他在丹麥的一座小島上建了一座豪華的天文臺，將天文觀測的精度整整提高了五倍，這個精度對同時代的天文學家來說可是望塵莫及的。第谷勤奮而仔細地觀測星空，就是為了尋找證據支持地日心說。維蒂希和第谷一起改良發展出的地日心學說，雖然這個改良方向是錯誤的，不過也為日後建立正確的太陽系運動體系，積累了豐富而寶貴的觀測數據。
有了哥白尼的日心說和第谷豐富的觀測數據，最後一個階段，成熟的太陽系運動體系終於可以完成了，提出準確太陽系模型的人，就是我們熟知的德國天文學家，開普勒。開普勒是前面我們提到的天文學家第谷的助手。他很早就讀過《天體運行論》，也相信哥白尼的日心說是正確的，但一直有一個大問題困擾著他：雖然哥白尼的理論解釋了為什麼行星有逆行的現象，但它對火星軌道的預測非常不準。開普勒一直想不明白這到底是為什麼。幸運的是，開普勒從第谷的天文臺得到了非常豐富的行星運動觀測數據，於是，開普勒花了整整八年的時間，仔細研究《天體運行論》和這些數據，最終找到了哥白尼學說的缺陷。問題其實就出在我們前面提到的“勻速圓周運動”上。
開普勒大膽地拋棄了勻速圓周運動這個固有的觀念，用橢圓軌道計算行星的運動，最終，他提出了著名的“開普勒行星運動三定律”，來修正哥白尼的理論。從那時開始，我們就能用最簡單的公式來描述行星的運動，而這和第谷詳細的觀測數據是分不開的。到這裡，開普勒終於用橢圓的軌道給出了準確的太陽系模型。他從哥白尼的《天體運行論》出發，改良了日心說，讓它成為一套真正簡單、準確的近代天文學理論。
說到這裡，我們知道了在望遠鏡發明前，近代天文學發展大致經歷了三個階段。首先，哥白尼通過勻速圓周運動，讓日心說理論戰勝了地心說理論；接著，維蒂希與第谷一起提出了地日心說理論，雖然這個理論是錯誤的，但他們的研究為日心說理論的進步，積累了豐富的觀測數據；最後，在哥白尼的理論和第谷的天文觀測數據基礎上，開普勒通過計算火星的橢圓軌道，提出了開普勒三定律，終於完善了日心說理論，給出了準確的太陽系模型。
《天體運行論》 的作用
瞭解了近代天文學的發展過程，接下來我們進入第三部分，說說《天體運行論》這本書本身，是如何串聯起整個近代天文學的發展的，看看它如何通過“無形學院”的方式，將不同地域、不同時代的天文學家聯繫起來。
這裡我們說到了一個新概念：無形學院，字面意思就是沒有實體的學校。究竟什麼是無形學院呢？要想明白這個概念，我們可以先思考一個問題，那就是中世紀的時候，交通、通訊等等都是非常落後的，世界各地的科學家們是怎麼跨越時間和距離的限制，交流和宣傳彼此的科學想法呢？你可能會說，寫信交流呀，但這通常只能在兩位科學家之間展開。也有人說可以遊學，但在距離太長的情況下就很難實現，比如波蘭的天文學家可以去德國遊學，但想來中國就比較困難了。無形學院，就是十六世紀天文學家們之間的、一種獨特的天文學交流網絡，這個網絡就是《天體運行論》這本書本身。
那這個天文學交流網絡是怎麼運作的呢？我們先要感謝十六世紀成熟的圖書出版印刷行業，它為這種獨特的交流網絡提供了物質前提。金格里奇教授發現，十六世紀的歐洲已經普遍採用了鉛活字印刷術。這種活字印刷術，是德國人約翰·古騰堡在十五世紀研製出來的，這和我們熟悉的中國發明家畢昇在北宋年間發明的活字印刷術是不一樣的。它通過使用以鉛元素為主的合金材料製作的活字，以及相匹配的脂肪性油墨，大大提高了印刷的清晰度。谷騰堡還發明瞭木質印刷機，提高了圖書印刷的效率，讓印刷商可以在短時間內印刷大量書本。金格里奇教授確認，《天體運行論》第一版與第二版加起來，印刷了超過1000本的原書。這個數量和同時期的暢銷書相比，算是非常可觀了，這讓《天體運行論》原書可以在歐洲天文學家和大眾中廣泛傳播。值得一提的是，《天體運行論》原書是沒有名字的，這個名字是當時德國的印刷商自作主張地加上的。
有了數量充足的《天體運行論》原書，天文學家們開始以書本身構建無形學院。金格里奇教授花了三十年的時間，查看了大量現在依舊存世的第一版和第二版《天體運行論》原書。實際調查起來可比說說困難多了。你可能會問，都是同一批印刷出來的古書，難道每一本會有什麼不一樣嗎？還真不一樣。和我們現在買的書不太一樣，十六世紀是沒有統一的圖書裝訂的，印刷廠只提供作為書籍內芯的書頁，每個人買的也都是印刷好的書頁，然後大家會根據自己的品味，親自動手或者請工人把書頁裝訂成形態各異的書。可以說，每一本《天體運行論》原書都是不一樣的。所以，金格里奇教授除了要分辨大量不同的原書與手稿，還要會英文、拉丁文等多種語言；他不僅要記錄每本書裡各種各樣的筆記，還要通過字跡對比、資料查詢等方式確定其中大部分筆記的作者。
功夫不負有心人，結果發現，這些《天體運行論》原書曾經被傳閱或是贈送多次，往往經過了多個科學家的手。他們當中有的人是在書中寫下自己對於日心說的閱讀心得，有的人在書中點評別人的閱讀心得，還會討論修改其中的錯誤，也有的人直接提出了自己全新的天文學觀點。可以說，《天體運行論》本身就像一個學術論壇，每一本書都是一個帖子，天文學家們會在不同的帖子中留言交流自己的天文學理念。這就像是一座沒有實體的學校。
那是不是說，一本《天體運行論》的批註，就只能影響讀過這本書的人呢？金格里奇教授發現，不是這樣，不同本的《天體運行論》之間也有聯繫。舉個例子，對於想要計算一顆行星具體位置的讀者來說，必須用到《天體運行論》中的星表，但是使用星表的時候，需要計算者自己先確認一個起始位置。金格里奇教授發現，有一個閱讀《天體運行論》的天文學家，在做筆記的時候選了1550年行星的位置作為起始位置，結果後來，很多本《天體運行論》原書中的筆記，竟然都選擇了這一年作為起始位置，並且，天文學家們還會在自己筆記中討論用這個位置來計算的準確性。
你看，在交通和通訊都極端落後的中世紀，《天體運行論》這本書織成了一張網絡，連接了不同空間和時間的天文學家，構建起一個天文學的無形學院。《天體運行論》串聯起整個近代天文學的發展。
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