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第1集：何处是中心 一千多年前，托勒密创立“地心说”，认为地球是宇宙的中心。哥白尼起来反对他，认为太阳才是宇宙的中心。可后来的人们却发现，把太阳作为宇宙的中心，同样也有很多问题。伽利略的发现，牛顿的研究，以及开普勒和多普勒的结论，都使人类认识到，太阳也不是宇宙的中心。这些科学家们，都发现了哪些奇方妙法？到底哪里，才是宇宙的中心呢？ 我们在宇宙中处于怎样的位置，宇宙有没有起源，如果有，它怎样起源？ 　　公元前5世纪，爱琴海的萨摩斯岛上，有一位发明了几何学中勾股定理的数学天才毕达哥拉斯，从球型是最完美的几何体的观点出发，认为大地是球型的，而且所有天体都是球型的，它们的运动是匀速圆周运动。并认为地球是宇宙的中心，周围是空气和云，再往外是围绕地球做圆周运动的行星，如月亮、太阳等，再往外是恒星所在之处，最外面是永不熄灭的天火，这就是毕达哥拉斯的宇宙模型。但他并没说明地球有多大，日月星辰离地球有多远。 　　最早算出地球大小的人是公元前3世纪的希腊天文学家埃拉托西尼。他听说在阿斯旺附件有一口深井，在夏至的时候，太阳光照能射到井底，这表明，夏至时，太阳光在当地是垂直入射的；然后他又在埃及北方的一个城市亚历山大找了一个方尖塔，在夏至那一天，测量了斜入射的太阳光与垂直的方尖塔之间的角度，这个角度其实是从阿斯旺到亚历山大这一段距离弧长的圆心角，于是他算出了地球的周长约是三万九千多千米（现在实测是四万千米，几乎相差无几了）。 　　月球离地球有多远呢？当时希腊人已经猜测到，月食是因为地球走到太阳与月球之间而引起的。出生于萨莫斯岛的阿利斯塔克提出，测量月食时掠过月面的地影与月球的相对大小，利用几何学方法，可以算出以地球直径为单位的地球至月球的距离。 公元前150年，古希腊又出了一位叫依巴谷的天文学家。依巴谷重复了这项工作，依巴谷得出地球到月球距离是地球直径的三十倍。根据埃拉托西尼求得的地球直径计算，月球到地球的距离约等于三十八万公里，他还同时得出了地球与太阳的距离：弦月的时候，地球、月亮和太阳组成一个近似的直角三角形，于是得出太阳到地球的距离是月亮到地球距离的19倍，当然了这个精度与现测的结果相差有点大，但他的结果显示出太阳比地球要大得多。依巴谷思考，一个很大的天体不可能围绕一个小的天体来运行，这已经隐含了日心说的概念。 　　公元140年，埃及的亚历山大城的希腊裔天文学家托勒密，提出了一个完整的地心体系，所有能观测到的行星都是围绕着地球做顺时针周周运行，并提出了本轮和均轮的概念来解释所观测到的行星的运动规则。 　　然而到16世纪的时候，波兰天文学家尼古拉·哥白尼勇敢地站出来表达了相反的观点。他认为，宇宙应该是简单的Hexie的，没有托勒密所描述的那么复杂，是地球绕太阳，而不是太阳绕地球旋转，这样根本不需要均轮的概念。这一日心学说改写了托勒密延续千年的宇宙模型，开启了宇宙学革命性的一刻。 　　哥白尼死后66年，德国天文学家开普勒在1609年《新天文学》一书中宣布，他用丹麦天文学家第谷留下的精密观测资料，发现行星是沿着椭圆轨道围绕太阳运动，从而打破了天体必须做匀速圆周运动的传统观点，并彻底消除了托勒密体系中的本轮和均轮。 　　1609年底，意大利物理学家伽利略，造出了一台放大率三十二倍的望远镜，并开始观测天体，并被木星所吸引，并有了一个惊人的发现：在木星周围有四个暗弱的星体在围绕着它运转（也就是后来我们称的伽利略卫星），这彻底宣告了托勒密地心体系的终结，因为人类第一次发现了有天体围绕不是地球的行星在运行。 　　这个时候，牛顿终于出场了。牛顿生于1642年。1661年，他离开家乡伍尔索普，前往剑桥大学三一学院，于1665年毕业。随后的18个月，他回到家乡躲避瘟疫，研习数学，发明了微积分。1667年，牛顿回到剑桥，于次年成为剑桥大学卢卡斯数学教授。不久，他对伽利略的望远镜进行了改良，他在里面加了一片平面的反光镜，这使得镜筒变短，并观察到更清晰的图像。 　　开普勒的发现和伽利略的观测结果，都支持哥白尼的日心学说，但有一个问题还没解决：究竟是什么原因维持着这些天体的运动？开普勒曾经猜想也许是磁力，而真正解决这个问题的是牛顿，这就是我们高中物理都学过的万有引力：一个大质量的物体，才可以把一个较小的物体吸引到自身上来，所以，苹果才会从树上落下来。也是万有引力使得人能够站在移动的地球上。万有引力让宇宙中所有的行星保持运动，宇宙也因此而永恒不变。 　　1716年，英国天文学家哈雷提出利用金星凌日的机会来测量太阳到地球的距离，可惜金星凌日十分罕见，直到1772年，法国天文学家潘格雷在分析了1769年金星凌日时各国天文学家的全部观测资料后，得出太阳与地球的距离为1.5亿公里。这时人们开始在想能否测量恒星到地球的距离呢。 　　伽利略早就提出了测量恒星到地球距离的方