第1章 第一章
天文知识
在谈论其他星球之前，我们必须首先强调天文科学的发展以及当前采用的研究方式和方法，否则我们将无法展开这一话题，更遑论书中呈现的各种描述，况且乍看之下，人们可能会斥责这一主题是虚诞的天方夜谭，但重要的是，自古以来它一直吸引着人类前仆后继，这些先驱先后带来他们对星辰这一永恒问题苦苦追索后的回答。我们更要承认的是，当今时代给出的所有答案都是建立在直接观察、计算测量以及现代科学技术应用的理性基础之上；而当这些研究并未给某一事态提供一手资料之时，我们可以将其与经验进行对照，获得想要的结果。
最终的胜利可能尚未来临——远远没有。任何断言都是在忽视进步；但可以肯定的是，每一天，我们关于天体的认识都在不断清晰、不断补全。尽管如此，尽管待探索的领域还如此广袤，但可以这么说，我们合情合理的好奇心已经得到了满足。这并不意味着我们现在已经有能力揭开其他世界本质的“面纱”，而是我们已获取的知识足以对它们进行相当完整的描述。我们不用进入简单灵活但缺失根据的猜想假设就能够谈论它们。这一广阔多变的想象领域终会被抛弃，我们将驻扎在精确知识为我们打开的绝对领域内。
在书中介绍天文发现的演变范围及其酝酿出的概念领域，可能会偏离本书的性质，但在主线中回顾这漫长精彩的一路至关重要，因为这漫漫数世纪的求索使得20世纪的天文学家们更加清楚地了解宇宙、接近真相。
古人眼中的天空
埃及第十八王朝石碑，现存于开罗博物馆；碑上是崇拜朝之太阳神阿吞的埃及人，阿吞神以太阳圆盘的形象出现。
我们所知的最远古的资料证明：人类自古以来就注意到了天体，并力图揭开他们置身其中的这一伟大谜题。然而我们的先辈不知自然法则，缺乏光学仪器，对母星——地球的认知也乏善可陈，他们对天象以及天空中星辰的概念自然全是谬误。此外，我们很难知晓古人对宇宙的真正认识，原因有二：一、缺乏证据手稿——它们几乎全部葬身于亚历山大图书馆(1)的大火之中；二、神话攫取了尚存的资料，将其改头换面，淹没在宗教信仰和神话传说的废纸堆里，例如，作为真正的学者，古埃及的祭祀们严谨地观察并研究天空及天体运动，这一科学赋予他们凌驾于人民之上的无可质疑的权威，但祭司们善财难舍，只将其作为宗教启蒙传授给几个信徒，以防止如此珍贵的发现被泄露出去。信徒们知道什么呢？几个巧妙的神话就满足了好奇心，他们也就不可能发现其中的具体事实。今天，许多作家如饥似渴地查阅神话寓言，希望发现其中可能蕴藏着的部分精确科学。然而必须承认的是，我们很难确定，某个精彩的故事是源自观察事实，还是诗意的想象游戏。
此外，古代的天文学家们发现了什么呢？他们的认知显然来自长期的凝视观察。他们先是被天空呈现出的无可比拟的景观所吸引，继而注意到某些经常出现的表象。为找出其规律及周期，古人只能用肉眼耐心地观察和研究。要知道，第一架折射望远镜直到1610年才面世，但天文观察则可追溯至公元前几千年。正因是亲眼所见，所以他们不会怀疑这是否是天空的真正模样。当时流行的观点认为，天空不过是随机点缀着各种光源的拱顶。如果那时的人们没有能力估量天体与我们之间或近或远的距离，那么在他们眼中，这些光源不就像是在弯弯的天花板上缓慢运动，且与我们的距离同样遥远吗？在地球上的任何一个角落，人们都能观察到天体在这一运动的牵引下浮出地平线，缓慢升到一定高度，然后慢慢降落直至消失在天空的另一头。
摄影记录下的星空的视动现象。在静止不动的照相机前，星星缓缓移动，影像也随之在感光板上变幻成一道道我们此刻见到的和谐的光迹（曝光时间：1小时）。
古人还将天空看作围绕地球转动的球面，对此我们同样不应大惊小怪，即便这唯一的球面假说很快便不足以解释不同天体的各种运动。事实上，古人对天上之物的持续观察揭示了三种天体。首先是向地球挥洒光芒的太阳和月球，它们是能够通过人眼观测其视直径(2)的天体。其次是“流浪的星星”（行星），它们根据时间出没，在空中画下一道道或长或短的弧线。最后一种是“固定的天体”，即由无数天体组成的星团，它们的相互位置不变，以一种恒定的速度在我们的头顶上旋转。因而，当时的人们以为这些固定的天体按所属类别在互相嵌合的轨道上转动，而这整个同心拱顶系统则围绕宇宙的中心——地球而转，为人类提供效用，供人类赏玩。
古希腊哲学家来到埃及收集古埃及祭司们耐心、规律的观察的成果，超越或者说补充完整了其中一些基础概念，并加以综合。如此一来，他们飞快地了解到了天体的运动。公元前600年，毕达哥拉斯教授学生，地球及太阳是球形结构。那时他便断言，太阳在空中不动而地球绕着太阳运动。他还猜想这些星星也同太阳一样。这一如此接近真相的宇宙观却似被前人的观念扼杀了，直到2000年后经哥白尼重新拾起，毕氏理论才最终取得胜利。
人类的目光自古便凝注在星星上。夜幕一降临，天上的星星就被点亮了，有些组成了几何图案，形成星座，更加吸引人们的注意。
公元前3世纪至公元前1世纪，蓬勃发展时期的亚历山大博学园拥有许多杰出的天文学家：埃拉托斯特尼、阿利斯塔克、喜帕恰斯以及托勒密。托勒密博学多才，编纂了著名的集大成之作《至大论》。为了不偏离主旨，此处我们就不再详细列举之前提到过的这些古代天文学家的工作。我们不得不钦佩这些智者的能力，敬慕他们杰出甚至天才的发现：在缺乏光学仪器的情况下，仅凭十分简陋的测量工具，便能确定地球的圆周长，大致准确地计算出地月距离，发现岁差……托勒密正是在这些要素的基础之上才建立了著名的托勒密体系(3)。他自然而然会将地球看作宇宙中心，天体绕地球做圆周运动；认为月球离地球最近，其次是“内行星”水星和金星，再次是太阳，太阳之外便是所谓的“外行星”们。由于这一组合过于简单，无法解释所有行星运动，因此托勒密又在其体系的基础之上加入了“本轮”概念，即天体绕主圆周轨道上的一点做小圆周运动。每颗行星在公转时也在做本轮运动：金星公转周期225天，火星为一年又222天(4)……托勒密体系看起来无懈可击，乃至在长达1700年的时间里都拥有统治力。此外还需指出的是，托勒密体系不仅构思精巧，还蕴含丰富的宇宙志知识。古代的天文学家们几乎全神贯注于天体运动，而无暇顾及天体构成、形状及其相对距离。这一点很容易解释——这些学者生活在天空异常纯净的东方，他们可以不间断地标出星星的连续位置，建立数据，进而推断出其组合运动，但至于这些天外来客的自然状态，他们就无从得知了；此外，由于自我中心主义作祟，他们视星辰为装饰夜空的照明光源。前人兴许试过测算日地距离，但均以失败告终。
托勒密的宇宙体系：地球是宇宙中心。摘自安德烈亚斯·塞拉里乌斯编著的星图《和谐大宇宙》，阿姆斯特丹，1660年。——拉鲁斯出版社
一些哲学家认为，在地球和其伴随物太阳及行星组成的地球体系外，可能还存在着其他类似体系。毕达哥拉斯学派的信徒们甚至断言“每个天体都是一个世界”，但通常说来，确定这些世界的数量着实是个难题，每个人根据其哲学理论所给出的答案都不尽相同。
基于五种柏拉图立体、地球五大洲、人体五感，柏拉图认为存在五大世界。而后，伊壁鸠鲁的学生卢克莱修则宣称存在无数个世界。他说，既然没有什么是独一无二的，任何生命、任何物体都有族属系派，那么散落在太空中的天空、海洋、星星也是无尽的。然而这一伟大设想被宗教论据打败了：在无限世界之中，须有许多同上帝一样强大的朱庇特神(5)。而在泛神论逐渐沉沦、一神教日益兴起之时，这种异议十分可怕。
我们可以看到，这些观点与天文学和基于事实观察的推理演绎已不再相关。实验科学被辩证科学取而代之。我们可以设想这会启发出多少种不同的假说啊！
至于邻近地球的天体，尤其是太阳和月球，对它们的猜想更是五花八门，有些甚至是毫无根据的怪力乱神之语。比如，阿那克西曼德认为太阳是地球的28倍大，阿那克萨戈拉认为太阳比伯罗奔尼撒半岛大一点，而赫拉克利特却认为太阳只有1英尺(6)大，斯多葛派则将太阳看作理性生物……其他观点或照顾到了太阳的外形，或将太阳跟什么进行了比较，相对于空口白话而言更有优势。比如，卢克莱修认为：“太阳不比我们眼中所见更大，也不如我们眼中所见明亮。因为一个燃烧的物体向我们辐射光与热时，不管多远的距离都不会改变我们所看到的它的表象。”通过类似推理，他认为月球的体积就像人眼所看到的那样时大时小。普鲁塔克几乎记载了当时人们对月球的全部猜想，其中有一种奇怪的假说声称，我们的卫星只是一面反射地球的简单镜子，我们看到的黑点则是地球上的海洋和大陆的影像。希腊的一位伦理学家则出于个人意愿攻击这一猜想过于现实：他将月球看作亡灵的栖居之地，并在一次混杂着神话与形而上学的讨论中延伸、发挥……
以上便是文章主线中对古代世界留给天文学的遗产的概述。对于对天体运动的研究而言，这一遗产已经非常丰富；但如果考虑到对地外世界的研究，那就乏善可陈了。
佛罗伦萨教堂钟楼浅浮雕：托勒密观测天空。乔托与皮萨诺刻。——阿里纳瑞博物馆
代表了中世纪的宇宙体系及天体力学观念的雕刻。
为了解释月球表面形貌，古人将月球比作映照地球形象的镜子。
(1) 这座曾是世界上最大的图书馆由埃及托勒密王朝国王托勒密一世于公元前3世纪所建，后毁于火灾。
(2) 指被观测的物体在垂直观测者视线方向中心的平面上产生的透视投影的直径，并非真实直径，现一般称为角直径或视角直径。
(3) 即托勒密地心体系。
(4) 现测定火星公转周期为687个地球日，即1.88个地球年（一年又322天）。
(5) 朱庇特神，古罗马神话中的众神之王。
(6) 1英尺=0.3048米。
中世纪的宇宙志信仰以及文艺复兴时期的发现
在科学沉睡的几个世纪里，屡遭侵略的希腊-拉丁世界已然四分五裂，疲惫难支，摇摇欲坠，因此文明重新在西欧生长。然而，一方面，捍卫个人生命、祖国和新生社会的任务就足以使无数代人前仆后继，劳动生活并未给精神生活留下一隅之地；另一方面，《圣经》已经预先回答了才智之士提出的所有问题。中世纪基督教会圣师圣多玛斯·阿奎那采纳了一种类似托勒密体系的宇宙观，他认为所有天体都为地上的居民而生。在这一时期，只有阿拉伯人还在观测天空，他们将亚历山大博学园(1)的发现原封不动地传给后人，同时坚持规律性的观察，为以后宇宙志的建构做出了贡献。
人类似乎是经历了迂回转折才重新拾起对天上之物的兴趣的。确实如此，15世纪前夕，人类对大航海的渴望、与日俱增的未知国度的诱惑使得勇敢的水手踏上征程。在看不到岸的海面上没有任何方位标志，水手们只有寻找天上能指引方向的星星。同一时期，印刷术的发明(2)使得知识和思想的传播成为可能；人们还发现了古希腊罗马的知识文化遗产。对知识的强烈渴望再一次占据上风，且再也不会黯淡。一代代学者前仆后继，其中的开先河者便是哥白尼。
哥白尼曾拜读过毕达哥拉斯猜想，他借助计算及长期观察得以展示并完成毕氏未完成的设想。正因如此，他被视为名副其实的现代天文学的奠基之人。哥白尼将太阳视为行星围绕的中心，地球只是其中之一，现代学说与之唯一的不同便是指出了有一个天体或是卫星绕地球旋转。因为此时望远镜还未面世，哥白尼和他的前辈们一样，只能用肉眼进行观测。至于其他星星，哥白尼认为，它们都是像太阳一样的恒星，其运动不过是地球自身运动所产生的相对表象。这一崭新概念将摧毁此前盛行的所有理论，因而它并未马上被接纳，直到两个世纪之后才占据上风！人类艰难地放弃了宇宙中心这一他们自认为与自身相称的位置。日心说的胜利经历了多少论战、悲喜，我们在此就不再赘述了。无论如何，我们必须正视当时的哥白尼体系的反对者们所提出的严重质疑：为什么只有地球拥有卫星？后者进行的是怎样复杂的运动？如果太阳系如哥白尼表述的那样，那么行星，特别是地球和太阳之间的行星们，应该呈现同月球相似的相位变化，然而当时的人们却无法发现它们。诸如此类的问题直到第一架折射望远镜瞄向天空才得到答案。
此外，正是海员将望远镜用到了声名卓著的大发现之路上。据史料佐证，第一架望远镜是荷兰的一个眼镜店主发明的，初衷是海用。它由一根首尾两端镶有透镜的管子构成，因此可以将物体的直径放大两三倍。伽利略听说这一发明后，产生了将其应用于天体研究的想法。1610年1月7日，伽利略首次将自制的望远镜瞄向了木星。他发现，木星是个直径相当大的圆盘，伴有明亮的星点。起先他误以为这些星点是恒星，但在随后几夜的不断观察中，他意识到，这些星点不是恒星，而是围绕木星运动的、与我们的月球极为相似的4颗卫星。之后，新的天文发现接踵而来：这位威尼斯学者观测到了金星的相位；清晰地看到了月球上的山脉；辨认出了土星的独特面貌，却始终没有解开土星光环之谜；最后，他将望远镜对准太阳，发现了太阳黑子。他感到非常奇怪：用肉眼也经常能观测到的太阳黑子，为何以前的人类从未发现呢？这大概是因为“即使是一个微小的缺陷也可能会损害太阳的光辉”这种想法在那些把太阳视为净化之火的人看来是不可接受的；就算有人曾注意到它们，也会将其归因为视力不良或是其他与太阳本质无关的原因。
14世纪初期观测天空。选自阿布马谢尔·阿巴拉克斯的《天文学导论》，威尼斯，1506年。
哥白尼的宇宙体系：太阳位于宇宙中心。摘自安德烈亚斯·塞拉里乌斯编著的《和谐大宇宙》，阿姆斯特丹，1660年。——拉鲁斯出版社
肉眼可见的太阳黑子，其周围区域的亮度减弱。
随着天文学观测日渐清晰，我们很容易想象出当年伽利略发出的惊叹。他所使用的工具比起现代设备来逊色不少，他从未用过放大倍数超过30倍的望远镜，而某些设备先进、位置优越的现代天文台却配备有可放大2000倍甚至更多倍数的望远仪器。尽管简易，伽利略的望远镜却实现了直接观察；只有直接观察才能为哥白尼体系提供确实依据。托勒密忠实信徒们的反对之声逐渐减弱直至消匿无踪——金星呈现出的相位同预料的一样，只是距离太过遥远，目力不及，但在望远镜中一览无遗；月球并非独一无二，光木星便有4颗卫星……尽管如此，托勒密的狂热信徒却还未言弃，直到经过了几代人的更替，哥白尼体系才被认可和接受。无论如何，哥白尼通过计算将行星系中的天体安置回了真正的位置上，而伽利略则亲眼看到了它们。
我们在此处稍费笔墨是因为这两位天才不仅是天文学的改革者，还为本书的主题“行星研究”开辟了道路。我们不关注恒星体系，只着眼于太阳系的世界——其他“地球”也如我们的母星一般，围绕其他“太阳”运转。接下来，我们要着墨于行星天文学的进步。对恒星的研究可能与行星研究并驾齐驱，但后者才是我们关注的重点。
与像王冠般镶嵌在夜空中的月亮一样，地球也是我们眼中满天繁星中的一颗。
16世纪前夕，行星学诞生了，从此，天文望远镜一刻不停地搜索着天空；再后来，其他工具手段如摄影术、光谱学也纷纷登场并做出贡献，太阳系一点一点显露出更加广阔、复杂的相貌。伽利略的一位前辈第谷·布拉赫对于星象位置的测量十分谨慎，得出的结果也十分精确，他的学生开普勒在这些数据的帮助下，对哥白尼体系进行了修正。事实上，哥白尼体系中行星的圆形轨道未能完全反映这些天体的运动，因此开普勒最终产生了椭圆轨道这一想法，并认为太阳处在椭圆轨道的一个焦点上。在他之后，牛顿揭示了天体运行所遵循的定律。这时人们才知道，天体根据质量及彼此之间的距离相互吸引。牛顿是一位真正的百科全书式的通才，他不仅精通数学、物理，还擅长天文学，对异常艰难的月球运动研究贡献巨大。此外，他还是解释潮汐现象的第一人。
(1) 与前文提到的亚历山大图书馆是同一时期的文化成果，由国家维护，供学者们居住、学习和教学。
(2) 这里是指约翰内斯·古腾堡发明的活字印刷术。
现代：天文学进展与解释
也许是因为有了太多发现，也许是因为动力十足，17世纪和18世纪的天文学领域学者云集，优秀工匠辈出。巴黎天文台的首任台长卡西尼致力于确定金星、火星和木星的自转；惠更斯辨认出了土星所呈现出的奇怪外观——一个被圆环围绕的球体，他还发现了土星的一颗卫星；罗默通过观测木卫食确立了光速有限观；牛顿的后继者克莱罗、达朗贝尔、拉格朗日以及拉普拉斯是18世纪法国最为著名的代表人物，所有人都知道拉普拉斯(1)提出的解释太阳系生命及其形成的著名假说；威廉·赫歇尔是个名副其实的“观察者”——他深知改善光学仪器的必要性，努力制造性能更加强大的观测工具，最终制造出了一架口径1.45米的天文望远镜。赫歇尔将大量精力投入到了恒星天文学的研究中，被后世誉为“恒星天文学之父”，但他对一些行星问题也颇感兴趣。他发现了天王星及其两颗卫星，并确定了土星的两颗卫星的自转周期。
使用仪器得到的第一批天文发现。摘自安德烈亚斯·塞拉里乌斯的《和谐大宇宙》，阿姆斯特丹，1660年。——拉鲁斯出版社
天文测量仪器。摘自第谷《天文学仪器》（Astronomiae Instauratae Mechanica）所绘之图，纽伦堡，1602年。——拉鲁斯出版社
就这样，通过精确的数据，关于行星的知识日渐丰富，人们自然而然想要了解其他星球的本质。17、18世纪的学者们钟爱逻辑清晰易懂的推理，这在当时引起了强烈反响：在古希腊罗马时代及中世纪，人们曾认为，地球不仅地位高于其他天体，还是宇宙诞生的起源；而如今，地球的地位一再下降——与其他天体一样不过是行星链中的一颗。过度谦虚代替了过分骄傲，再加上稍嫌简单化的推演，人们最终认为，水星、金星、火星与木星的特征同地球一样，甚至更加奇特；同时，人们也再无理由认为地球是唯一孕有生命的行星。其著作在科学领域拥有法律效力的丰特奈尔出版了《关于宇宙多样性的对话》一书，这部社交对话体著作实际上是第一部通俗天文学作品。丰特奈尔在书中解释道，月球是无人之地这种说法已经没有立足之地了，它就如妄图说明圣丹尼空无一人一样荒谬，因为一个从未出过城的“巴黎市民”站在巴黎圣母院塔楼顶端，就算能望见圣丹尼市，也看不到城内的居民。同样，行星可能距太阳各有远近，但总有一天，人们会看到星球上的植物、矿物，当然还有生物。丰特奈尔对这些行星逐一观测以研究其上的生存环境，他因从未怀疑过外星生命的存在，便轻率地统统赋予这些古老的星球以生命。通过科学论证、逻辑推理以及温情的想象，丰特奈尔勾勒出火星、木星、土星的社会面貌，与太阳王统治下的王朝大相径庭。
同一时期，数学家兼天文学家惠更斯也涉足了这一问题。作为观星专家，他的观点更加宝贵。惠更斯十分相信逻辑和理性的可靠性，因此在尽可能客观地研究行星、行星间相对距离及各自面貌后，他最终坚定地认为行星的地表特征同地球一样。他是如此推崇行星与地球之间的相似性，以至于他的论述竟不似出自一位科学家之笔。如此经过再三推论——尽管他的论证中只有代数形式具有科学性——惠更斯最终确定了行星生命的存在，自然，他也相信行星生命的体貌同地球上的人类一样。惠更斯详细核查地球上的生物及事物的所有属性，将其赋予相邻的星球，因而其他行星上的人不仅四肢俱全会思考，还像地球上的人类一样拥有知识储备，孕育艺术科学……我们的天文学家还产生了这样一种大胆的想法：这些外星人是不是优于我们地球人……惠更斯对此并无疑虑，他一定认为自己通过进一步的巧妙推演，打开了幻想的大门。
18世纪人们想象的其他行星居民——拉鲁斯出版社
如要继续深入17、18世纪所形成的关于其他星球的观点，那我们只能考虑来自当时的学者、思想家的权威意见，因为若要忆及当时以行星为框架或主题的想象作品，这点篇幅远远不够。当时的作家和诗人要么出于对奇幻故事的兴趣，要么为了隐晦表达对社会或政治的批评，纷纷采用月球、火星或者木星作为各自作品的背景。显然，不管这些作品多么奇特有趣，都无法吸引我们的注意。然而，说到这两个世纪丰富的科学文学作品，我们不得不提及伏尔泰的《微型巨人》。这位敏锐的哲学家也涉足了“行星”这一主题，但他的作品不过是对《关于宇宙多样性的对话》以及丰特奈尔在这部作品中采用的笛卡尔主义的愉快批评，要知道，丰特奈尔和惠更斯深受笛卡尔主义影响。简言之，伏尔泰可能是在回答从巴黎圣母院的塔楼上眺望圣丹尼的市民这一问题，他讽刺道，人类总是凭“一个人身上有跳蚤就断言旁边的人身上也有跳蚤”，没有比这个回应宇宙多样性的答案更好的了。哲学家的玩笑吗？批评家的戏谑吗？也许是吧，但同时，这也是对在科学事实面前愈显失败的惠更斯等人的演绎方法的谴责。随着天文技术的日臻完善，天文发现的成果越来越多，也越发清晰，古老的推理方法逐渐被真正意义上的科学方法所代替，这一过程起势缓慢，但随后突飞猛进。科学的方法从特定发现出发，依赖实践来发展。
仅用几页纸就想概括19世纪和20世纪初期的天文学进展，无异于痴人说梦，因为科学从未像此刻这样巨步向前，我们也从未见过哪个时代曾诞生过这么多出类拔萃的天文学家。首先，数学被大量应用到对天文现象的研究之中，从而带来了众多重大发现。比如，勒维耶(2)仅仅通过强大的计算能力就揭示并确定了海王星的存在及其位置；无数的“寻星者”聚焦于浩瀚无垠的星辰宇宙。与此同时，仪器技术与这一天文学分支齐头并进，带来了无数的发现和希望。我们将在下一章逐一介绍这些现代仪器——天文望远镜、光谱仪器、摄影仪器，以及它们在天文学研究中各自的地位。
有人说，这一切都与专家有关，但重要的是，我们须知道学者们基于上述方式方法建立的“确切”描述为我们塑造了怎样的宇宙以及太阳系各星球。上个世纪(3)，新发明的光学仪器带来了天象的详细细节，但人们经常过于仓促地妄下结论，著名的“火星运河”便诞生于此时（见“火星”一章）。这些在稍后有必要承认的错误解释告诫人们必须谨慎、耐心。今天，天文科学已经发展到了这样一种程度：人们无须想象和做过于烦琐的演绎，就能获取关于行星外表或特性的某些基本概念。现在，人们已然熟知了这些神秘的天体，而这一切要归功于伟大的天文学家兼普及者弗拉马利翁(4)及其著作。
尽管如此，如果不首先解释整个行星系统及其在宇宙中所占的地位，我们依旧不能着手定义太阳系的每个成员或掌握它们的特点乃至形象。
最初，人类多么倾向于火星上的“运河”想象。
行星轨道为椭圆形，太阳位于焦点F、F’中的一处。行星在轨道上运行时，交替经过近日点P和远日点A。如图所示，由于行星的公转，S处的卫星也被行星牵引绕日运动。
(1) 皮埃尔-西蒙·拉普拉斯（1749—1827），法国著名天文学家、数学家。这里提及的假说指的是拉普拉斯在《宇宙系统论》中从数学和力学角度充实了康德哲学角度的星云说，提出了第一个科学的太阳系形成与演化理论。
(2) 奥本·尚·约瑟夫·勒维耶（1811—1877），法国数学家、天文学家。德国天文学家伽勒根据他的计算观测并证实了海王星的存在。
(3) 在这里指19世纪。
(4) 尼可拉斯·卡米伊·弗拉马利翁（1842—1925），法国天文学家、作家，作品包含了天文科普类书籍和早期科幻书籍。
天文学的描述概念：行星系、太阳和恒星
我们会尽可能简要地概述行星系的定义，因为本篇的目的并不在于提供关于宇宙志的完整论述。
行星受引力影响，围绕中心太阳做圆周运动；行星体积各异，在同心轨道上运行，离中心越远，轨道必然越大。在如此不平等的发展轨道上，天体运动受万有引力定律控制高速进行，其速度与距离成反比；因此某颗星球沿轨道绕一周比距日距离更远的星球用时要短，原因有两个：一、周长较短；二、公转速度更快。
除此之外，行星的轨道不是正圆形，而是椭圆形，太阳位于每个椭圆轨道的一个焦点上。轨道的椭圆率，即偏心率(1)，会导致行星距日距离产生规律性的变化，尽管只有几颗星球会受影响，我们把行星离太阳最近的位置称为近日点，反之为远日点；同样，由于距离不同，行星在每个点上的运行速度也不一样。这种不规律性会对与物理环境相关的某些现象产生影响，正如我们将会看到的每颗行星所特有的现象。考虑到行文简洁及习惯用法，我们目前仅涉及基于平均距离的一般分布情况。
现在已知的九大行星(2)如图所示依次距太阳越来越远(3)
木星是肉眼可见的最远一颗行星，在很长时间内都被视为太阳系的边界。根据上图所示数字，我们可以看出整个体系逐渐显露——首先1781年发现了天王星，继而1846年发现了海王星，最后1930年发现了冥王星。
除了这九大行星，为使定义完整，我们还需加入大量微小的天体，即小行星。肉眼是看不到小行星的，即使用最强大的机器观测，通常也只能看到些微弱的光点。小行星数量庞大，目前已经发现了1200多颗，每年这一数字都在变大。大部分小行星的轨道都聚集在火星和木星之间；最新发现的一些小行星则在偏心率很大的轨道上运动，它们交替接近、远离太阳，最近时在地球轨道内侧，最远时则在火星外侧。小行星的体积非常小（其中许多直径只有几千米），以致我们对其表面特点及物理环境仍一无所知。尽管我们对小行星颇有兴趣，但从天体力学的角度出发，我们不会于此着墨过多。
探照灯下被照亮的巴黎天文台。在这种情况下，建筑物仿佛在夜晚发光。行星也是如此，它们的光芒来自太阳的光线。本张照片上的两个圆屋顶惊人地再现了行星球体发光的条件。
等距射影情况下，行星球体的照明条件以及地球上不同的观测角度 Terre：地球 1.在地日之间的行星：在A1处，行星的明亮一面几乎全朝向地球；在A2处，只有半面明亮；在A3处，从这一角度只能看到明亮与黑暗的相交处。就这样，一颗星球便呈现出了与月球相似的连续相位。 2. 地日之外的行星：在B1处，行星垂直于太阳，我们只能隐约看到相位；在B2处，行星呈满月状，此时行星恰好处在地球的背面。
我们在此处指出的大行星和小行星的区别只在于其直径，直径决定我们是否会出于某些目的研究它们。在大部分大行星的周围，体积更小的天体或者说卫星在距离不同的位置运转，因而一条拥有几颗卫星的行星链恰似太阳系的缩影。举世闻名的月球是唯一一颗围绕地球旋转的卫星。在对星辰的探索之旅中，我们得知，某几颗行星比地球更加得天独厚，它们各自拥有好几颗“月球”，这些“月球”像我们的月亮一样运转，或多或少驱散了黑夜。
我们眼中闪耀着的行星、卫星中，有几颗有时会特别明亮，但它们本身是不会发光的。这些天体仅仅是向我们反射其表面获得的太阳的光亮，且强度与其距离或多或少成反比，正如夜晚的建筑或物体往往昏暗模糊，但在辐射灯的会聚下竟显得熠熠生辉。任何一颗行星球体只有朝向太阳的那面是明亮的。根据行星相对于地球观测点的空间位置，这个观测视角或多或少可以让我们看到行星明亮的那面——月球的连续相位缘于它在绕地旋转时呈现在我们眼中的不同状态。由于围绕光源焦点运动，行星相继运转到不同位置时，其球体就会像月球一样，显示出不同的光照相位。像这样的观察只能借助相当强大的光学仪器才能进行，因为这些行星离我们太过遥远，距离消减掉了相位变化，以至于肉眼凡胎的我们只能看到闪烁的光点，却不知其体积异常可观。与此同理，这些与地球或月球多少有些相似的天体的真正特点只有通过使用天文望远镜进行大量观察才会得到无可争议的证实。
不管行星相对于太阳和地球的位置在哪里，在我们眼中，它总是无数或明或暗的光点中的一个。在黄昏时分，古人便如此观察金星，而天文望远镜却能即时发现其相位的真正面貌。
以木星为例：深夜人眼中的木星以及天文望远镜中的一轮表面被照亮的巨大圆盘。
刚刚描述的照明条件与食也有关。食是由多个相关天体的相互运动形成的。当月球行至地球与太阳之间时，对于地球上的某些区域而言，月球完全或部分遮住了太阳，此时，地球处在月球背对太阳投下的锥形阴影里。而当情况相反——月球恰好行至与太阳相对的地球背面时，它就处在地球的阴影里而接收不到阳光，此时，如果月球上有观察者，他会认为发生了日食。这些食——日食或是月食——必定也会发生在其他拥有附属卫星的星球上；这些天文现象产生的景致不一，却格外吸引我们的注意。
行星在围绕太阳运动或受太阳牵引的同时，其自身也在进行自转，绕其母星运转的卫星情况也相同。如果我们分别观察每颗行星，就会发现它们的自转周期是不同的；由于行星的自转运动与其围绕太阳的公转运动同时进行，因此不同行星表面的昼夜长短也是不一样的。此外，各个行星自转轴的倾斜度也不一样。正因如此，地球四季交替，昼夜时长不等。由于自转轴在绕日公转期间倾斜（自转轴在太空中的方向固定不变），旋转中的地球的不同区域所直面的太阳光线也变化不定——北半球和南半球轮流成为太阳光照更多的半球。其他行星同地球一样，其球体表面按相同的顺序暴露在阳光下，但根据各个星球的情况，所造成的影响程度不一。
太阳与主要行星之间的大小对比。从上往下依次是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。
综上所述，太阳是我们这些星球居民的主宰。太阳不仅维持各个星球在其强大的吸引力统率下运动，还施与各星球光亮，使我们可以看见它们；这些光热以及太阳散发的其他大量辐射，还是太阳系中所有天体物质生命的保障。这样一个巨大的火炉有多重要？这正是我们将要明确指出的。
按星座排列的星星格局使古代的天文学家们联想到了神话传奇，而非星团的真正概念。很久以来，星星与神话传奇之间的联系多次被艺术性地表现在许多天体图上。尽管这些优美的表述已经废置不用，但星座的名字还在被使用着。摘自安德烈亚斯·塞拉里乌斯的《和谐大宇宙》， 阿姆斯特丹，1660年。——拉鲁斯出版社
太阳是一颗直径不小于1 391 000千米的球体，直径是地球的109倍，其体积则是地球体积的1 301 200倍(4)。这些参数均符合我们眼中的这轮光辉洒满天空的圆盘，但实际上，太阳的构成极为复杂。它耀眼的表面是阳光的来源(5)，由一层固态或液态的白炽物质组成，中心分布着密度极大的气层，气层上还有其他高温层，外延相当可观。这些外层通常是看不见的，因为透明的地球大气层会散射太阳光线，阻碍人眼观察。只有在日全食的时候我们才能饱览它们的光彩，因为当这轮耀眼的圆盘被不透明的月球遮住时，其外围会被清晰地辨认出。所有这些区域会周期性发生多种多样的重大奇观，很快我们将一一描述。
太阳系平面图。冥王星的轨道比海王星的更远，并未出现在图上。 Neptune：海王星 Uranus：天王星 Saturne：土星 Jupiiter：木星 Mars：火星 Terre：地球 Venus：金星 Mercure：水星
在太阳的发光表面，即光球层上，一些表面暗淡的斑点（与肉眼难以承受的普遍亮度对比的结果）不断生成、变化、消失。有时斑点范围非常广，肉眼也能看到。这些人眼中的太阳圆盘上的黑点，在天文望远镜中显得非常奇特，呈涡流状，范围可达数千千米。我们还会看到大片有着奇怪分叉的更加明亮的区域，我们称之为太阳耀斑。与太阳表面这些扰乱现象有关的是，在比光球层更高一层的色球层上相应显示出了许多规模毫不逊色的意外事件——涌现出神奇的瑰色火焰，喷发出气体或金属蒸汽，这些被统称为日珥。外层就是大气层(6)，表面光芒四射，瑰丽异常。
以上的简短描述仅仅旨在强调中心天体——太阳的特点及其重要性，这对我们而言已经足够为接下来的篇章做铺垫。通过将这些资料与我们从地球上看到的结果相比较，我们可以理解太阳是如何被其他远近距离如此不同的行星所看到，或者说所感知到。事实上，我们在上文中已经了解到当前太阳系的已知范围发展到了何种程度。
肉眼看到的天上星星的数量（上）与天文望远镜中的数量（下）的对比。由于星辰的规模必然庞大，为展示其丰富性，下图仅涉及上图树上的星群。
肉眼看到的银河
现在，让我们来试着理解太阳系在可见宇宙中的地位，也就是我们称之为étoile(7)的所有汇聚在太空中的天体的地位。让我们澄清一下什么是étoile。首先要注意的是，在通用语中，这个词被不加区别地用来指代天空中的所有星点；事实上，从简单的视觉上来说，行星呈现出的就是这样按距离成比例缩减的光点，只有通过其运动才能识破它们的本质。另外，我们已经知道，除了通过运动可以将行星辨认出，还有一点，它们的光辉实际来自太阳，因此我们绝不能将行星与真正的étoile混淆。étoile位置固定，且像我们的太阳一样自身可以发光，因此我们可以无区别地说étoile就是恒星，恒星就是别的“太阳”。但是不管这些恒星有多强大，任何天文望远仪器都不能像我们窥测太阳那样，将这些天体展现在我们眼前——它们的形象永远都是缩减过的闪烁的星点，而没有可感知的大小。这正是其距离遥不可及的证据。确实，我们与这些恒星相隔如此遥远，以至于大部分的距地距离我们都无法确切估算。诚然，对于太空中一些不太远的恒星的距地距离，现代测量手段以其精确度做到这一点还有些许可能，但对剩下的绝大多数，我们不得不采用各种手段进行我们不敢肯定的一般估量。有关距离，我们最近的“邻居们”的报告足具说服力：目前已知距太阳最近的恒星距我们不少于35万亿千米(8)，还有几颗恒星不算太远，但之后我们要面对的距离则以十倍、百倍、千倍、数千倍计……乍一看我们就遇到了困难：如何用千米为单位列举出这些距离。正因如此，我们更欣赏根据光线抵达视线所需的时间来评估这些距离所代表的无限性。众所周知，光以每秒300 000千米(9)打败了所有速度纪录，而光线从距我们最近的恒星出发，要经过近4年才能抵达我们的视线。既然人们认为恒星的光线会用几百、数千甚至百万年的时间来跨越分隔我们彼此的太空，那么我们就能够估计其他天体与地球之间难以置信的距离，甚至包括得靠强大的现代观测手段才能揭示其存在的最遥远的恒星与地球的距离。在所有天体中，我们要着重指出星云——这个名字足以让我们联想到它的外观。然而，在这整体呈云状的相同外观之下，个体千差万别，而形状也或变幻莫测，或规律整齐。其一部分是真正的气团，另一部分则是因距离遥远才显得密集的星云，看上去就像乳白色的光斑；大部分星云的布局都很特殊，十分引人注目。
可以看见的恒星数以几十亿计；所有这些恒星，包括太阳在内，都是同一个巨大集团的组成部分，我们将其命名为银河系。基于数量、距离和整体布局，我们看到的恒星分布决定了星座的图案，形成了美妙的银河。这一景象是由不计其数的恒星沿着某一方向积聚而成的。在银河边际的遥远彼方，存在旋涡星系等其他星系。
天鹰座与人马座之间的部分银河摄影。
旋涡星云。M.101星云，摄于威尔逊山天文台（加利福尼亚）。
那么太阳系在哪儿，它在银河系中的地位如何呢？事实上，它的位置并不特殊，也无甚重要。它就像一个平淡无奇的简单天体混入然后遗失在了茫茫星海中。许多比它更大、更亮、更热的其他“太阳”也同样没有什么特殊地位。
至于关于它们的相互位置、特点以及质量等问题，我们可以肯定，诚然，这涉及另一个主题，且相关观察还未有进展。我们的太阳与其他恒星完全一样吗？后者也是某个行星系的中心吗？我们尚不能亲眼证实这一点，因为如果我们认为由于距离，这些恒星只能被看作无法感知其表面大小的光点，那么可以想象的是，我们也绝不可能区分出更小更暗淡的附属行星。因此，只有通过逻辑推理，我们才能设想其他行星系或多或少类似我们的太阳系。
让我们回到最后一个问题上来。尽管与我们相比，太阳无比巨大，但对于周围的宇宙而言，它是微不足道的，由最远的海王星、冥王星轨道环抱着的它的全部范围也无足轻重。我们估计：如果用一张地图来表现太阳系的规模，设太阳直径为1厘米，地球轨道则距中心1米，海王星轨道距太阳30米，冥王星远日点（轨道偏心率非常大）距日49米，那么为了在这张地图上标出最近的恒星，我们不得不移到230千米之外！
因此，相对于恒星，太阳系中的行星可以被看作挨挨挤挤生活在偏僻小角落里的同一个家庭的成员。然而，从我们栖身观察天象的地球来看，这些行星却是无比遥远，距离我们数百万千米。如被观察到的那样，它们显得各不相同，一些实际上非常庞大的行星在我们眼中却比距离更近的行星还要渺小。长久以来，距离障碍仿佛一道不可逾越的天堑，阻碍人类深入了解其他星球的秘密。如何使用天文科学的人力物资才能跨越这一障碍呢？这就是我们将要进行的研究。
(1) 椭圆率，也称偏心率、离心率，此数据越大，表明行星的轨道越扁。
(2) 现为八大行星。2006年8月24日，国际天文联合会重新定义“行星”这个名词后，冥王星从大行星（有足够的质量使本身形状为球体且有能力清空轨道附近区域的小天体的行星）变成了矮行星（未能清空轨道附近区域的小天体的行星）。
(3) 按照国际天文联合会在1979年制定并使用的天文学单位，以太阳-地球间的日地平均距离（149 597 870 700米，一般取149 600 000千米或用约1.5亿千米表示）为一个天文单位，天文时间单位为1个地球日，即86 400秒，现八大行星和冥王星的平均距日距离、公转周期根据美国国家航空航天局（英文简称：NASA）的数据在表格中相应位置的括号里显示。
(4) 根据NASA的数据，太阳平均直径864 000英里，即1 392 000千米，地球直径12 742千米，太阳直径为地球直径的109倍，体积为地球的1 301 019倍。（https://solarsystem.nasa.gov/）
(5) 太阳大气层从里向外分为光球层、色球层和日冕层，如今天文学界认为地球接收到的太阳能量（即我们所说的阳光）基本上来自太阳大气层底层厚约500千米的光球层。
(6) 即日冕层。
(7) 法语，即星星，恒星。——译者注。
(8) 距离太阳最近的恒星是位于半人马座的半人马座α星C，也叫比邻星，距太阳4.22光年，约39万亿千米。
(9) 现在光速一般精确为每秒299 792.458千米。
在谈论其他星球之前，我们必须首先强调天文科学的发展以及当前采用的研究方式和方法，否则我们将无法展开这一话题，更遑论书中呈现的各种描述，况且乍看之下，人们可能会斥责这一主题是虚诞的天方夜谭，但重要的是，自古以来它一直吸引着人类前仆后继，这些先驱先后带来他们对星辰这一永恒问题苦苦追索后的回答。我们更要承认的是，当今时代给出的所有答案都是建立在直接观察、计算测量以及现代科学技术应用的理性基础之上；而当这些研究并未给某一事态提供一手资料之时，我们可以将其与经验进行对照，获得想要的结果。
最终的胜利可能尚未来临——远远没有。任何断言都是在忽视进步；但可以肯定的是，每一天，我们关于天体的认识都在不断清晰、不断补全。尽管如此，尽管待探索的领域还如此广袤，但可以这么说，我们合情合理的好奇心已经得到了满足。这并不意味着我们现在已经有能力揭开其他世界本质的“面纱”，而是我们已获取的知识足以对它们进行相当完整的描述。我们不用进入简单灵活但缺失根据的猜想假设就能够谈论它们。这一广阔多变的想象领域终会被抛弃，我们将驻扎在精确知识为我们打开的绝对领域内。
在书中介绍天文发现的演变范围及其酝酿出的概念领域，可能会偏离本书的性质，但在主线中回顾这漫长精彩的一路至关重要，因为这漫漫数世纪的求索使得20世纪的天文学家们更加清楚地了解宇宙、接近真相。
古人眼中的天空
埃及第十八王朝石碑，现存于开罗博物馆；碑上是崇拜朝之太阳神阿吞的埃及人，阿吞神以太阳圆盘的形象出现。
我们所知的最远古的资料证明：人类自古以来就注意到了天体，并力图揭开他们置身其中的这一伟大谜题。然而我们的先辈不知自然法则，缺乏光学仪器，对母星——地球的认知也乏善可陈，他们对天象以及天空中星辰的概念自然全是谬误。此外，我们很难知晓古人对宇宙的真正认识，原因有二：一、缺乏证据手稿——它们几乎全部葬身于亚历山大图书馆(1)的大火之中；二、神话攫取了尚存的资料，将其改头换面，淹没在宗教信仰和神话传说的废纸堆里，例如，作为真正的学者，古埃及的祭祀们严谨地观察并研究天空及天体运动，这一科学赋予他们凌驾于人民之上的无可质疑的权威，但祭司们善财难舍，只将其作为宗教启蒙传授给几个信徒，以防止如此珍贵的发现被泄露出去。信徒们知道什么呢？几个巧妙的神话就满足了好奇心，他们也就不可能发现其中的具体事实。今天，许多作家如饥似渴地查阅神话寓言，希望发现其中可能蕴藏着的部分精确科学。然而必须承认的是，我们很难确定，某个精彩的故事是源自观察事实，还是诗意的想象游戏。
此外，古代的天文学家们发现了什么呢？他们的认知显然来自长期的凝视观察。他们先是被天空呈现出的无可比拟的景观所吸引，继而注意到某些经常出现的表象。为找出其规律及周期，古人只能用肉眼耐心地观察和研究。要知道，第一架折射望远镜直到1610年才面世，但天文观察则可追溯至公元前几千年。正因是亲眼所见，所以他们不会怀疑这是否是天空的真正模样。当时流行的观点认为，天空不过是随机点缀着各种光源的拱顶。如果那时的人们没有能力估量天体与我们之间或近或远的距离，那么在他们眼中，这些光源不就像是在弯弯的天花板上缓慢运动，且与我们的距离同样遥远吗？在地球上的任何一个角落，人们都能观察到天体在这一运动的牵引下浮出地平线，缓慢升到一定高度，然后慢慢降落直至消失在天空的另一头。
摄影记录下的星空的视动现象。在静止不动的照相机前，星星缓缓移动，影像也随之在感光板上变幻成一道道我们此刻见到的和谐的光迹（曝光时间：1小时）。
古人还将天空看作围绕地球转动的球面，对此我们同样不应大惊小怪，即便这唯一的球面假说很快便不足以解释不同天体的各种运动。事实上，古人对天上之物的持续观察揭示了三种天体。首先是向地球挥洒光芒的太阳和月球，它们是能够通过人眼观测其视直径(2)的天体。其次是“流浪的星星”（行星），它们根据时间出没，在空中画下一道道或长或短的弧线。最后一种是“固定的天体”，即由无数天体组成的星团，它们的相互位置不变，以一种恒定的速度在我们的头顶上旋转。因而，当时的人们以为这些固定的天体按所属类别在互相嵌合的轨道上转动，而这整个同心拱顶系统则围绕宇宙的中心——地球而转，为人类提供效用，供人类赏玩。
古希腊哲学家来到埃及收集古埃及祭司们耐心、规律的观察的成果，超越或者说补充完整了其中一些基础概念，并加以综合。如此一来，他们飞快地了解到了天体的运动。公元前600年，毕达哥拉斯教授学生，地球及太阳是球形结构。那时他便断言，太阳在空中不动而地球绕着太阳运动。他还猜想这些星星也同太阳一样。这一如此接近真相的宇宙观却似被前人的观念扼杀了，直到2000年后经哥白尼重新拾起，毕氏理论才最终取得胜利。
人类的目光自古便凝注在星星上。夜幕一降临，天上的星星就被点亮了，有些组成了几何图案，形成星座，更加吸引人们的注意。
公元前3世纪至公元前1世纪，蓬勃发展时期的亚历山大博学园拥有许多杰出的天文学家：埃拉托斯特尼、阿利斯塔克、喜帕恰斯以及托勒密。托勒密博学多才，编纂了著名的集大成之作《至大论》。为了不偏离主旨，此处我们就不再详细列举之前提到过的这些古代天文学家的工作。我们不得不钦佩这些智者的能力，敬慕他们杰出甚至天才的发现：在缺乏光学仪器的情况下，仅凭十分简陋的测量工具，便能确定地球的圆周长，大致准确地计算出地月距离，发现岁差……托勒密正是在这些要素的基础之上才建立了著名的托勒密体系(3)。他自然而然会将地球看作宇宙中心，天体绕地球做圆周运动；认为月球离地球最近，其次是“内行星”水星和金星，再次是太阳，太阳之外便是所谓的“外行星”们。由于这一组合过于简单，无法解释所有行星运动，因此托勒密又在其体系的基础之上加入了“本轮”概念，即天体绕主圆周轨道上的一点做小圆周运动。每颗行星在公转时也在做本轮运动：金星公转周期225天，火星为一年又222天(4)……托勒密体系看起来无懈可击，乃至在长达1700年的时间里都拥有统治力。此外还需指出的是，托勒密体系不仅构思精巧，还蕴含丰富的宇宙志知识。古代的天文学家们几乎全神贯注于天体运动，而无暇顾及天体构成、形状及其相对距离。这一点很容易解释——这些学者生活在天空异常纯净的东方，他们可以不间断地标出星星的连续位置，建立数据，进而推断出其组合运动，但至于这些天外来客的自然状态，他们就无从得知了；此外，由于自我中心主义作祟，他们视星辰为装饰夜空的照明光源。前人兴许试过测算日地距离，但均以失败告终。
托勒密的宇宙体系：地球是宇宙中心。摘自安德烈亚斯·塞拉里乌斯编著的星图《和谐大宇宙》，阿姆斯特丹，1660年。——拉鲁斯出版社
一些哲学家认为，在地球和其伴随物太阳及行星组成的地球体系外，可能还存在着其他类似体系。毕达哥拉斯学派的信徒们甚至断言“每个天体都是一个世界”，但通常说来，确定这些世界的数量着实是个难题，每个人根据其哲学理论所给出的答案都不尽相同。
基于五种柏拉图立体、地球五大洲、人体五感，柏拉图认为存在五大世界。而后，伊壁鸠鲁的学生卢克莱修则宣称存在无数个世界。他说，既然没有什么是独一无二的，任何生命、任何物体都有族属系派，那么散落在太空中的天空、海洋、星星也是无尽的。然而这一伟大设想被宗教论据打败了：在无限世界之中，须有许多同上帝一样强大的朱庇特神(5)。而在泛神论逐渐沉沦、一神教日益兴起之时，这种异议十分可怕。
我们可以看到，这些观点与天文学和基于事实观察的推理演绎已不再相关。实验科学被辩证科学取而代之。我们可以设想这会启发出多少种不同的假说啊！
至于邻近地球的天体，尤其是太阳和月球，对它们的猜想更是五花八门，有些甚至是毫无根据的怪力乱神之语。比如，阿那克西曼德认为太阳是地球的28倍大，阿那克萨戈拉认为太阳比伯罗奔尼撒半岛大一点，而赫拉克利特却认为太阳只有1英尺(6)大，斯多葛派则将太阳看作理性生物……其他观点或照顾到了太阳的外形，或将太阳跟什么进行了比较，相对于空口白话而言更有优势。比如，卢克莱修认为：“太阳不比我们眼中所见更大，也不如我们眼中所见明亮。因为一个燃烧的物体向我们辐射光与热时，不管多远的距离都不会改变我们所看到的它的表象。”通过类似推理，他认为月球的体积就像人眼所看到的那样时大时小。普鲁塔克几乎记载了当时人们对月球的全部猜想，其中有一种奇怪的假说声称，我们的卫星只是一面反射地球的简单镜子，我们看到的黑点则是地球上的海洋和大陆的影像。希腊的一位伦理学家则出于个人意愿攻击这一猜想过于现实：他将月球看作亡灵的栖居之地，并在一次混杂着神话与形而上学的讨论中延伸、发挥……
以上便是文章主线中对古代世界留给天文学的遗产的概述。对于对天体运动的研究而言，这一遗产已经非常丰富；但如果考虑到对地外世界的研究，那就乏善可陈了。
佛罗伦萨教堂钟楼浅浮雕：托勒密观测天空。乔托与皮萨诺刻。——阿里纳瑞博物馆
代表了中世纪的宇宙体系及天体力学观念的雕刻。
为了解释月球表面形貌，古人将月球比作映照地球形象的镜子。
(1) 这座曾是世界上最大的图书馆由埃及托勒密王朝国王托勒密一世于公元前3世纪所建，后毁于火灾。
(2) 指被观测的物体在垂直观测者视线方向中心的平面上产生的透视投影的直径，并非真实直径，现一般称为角直径或视角直径。
(3) 即托勒密地心体系。
(4) 现测定火星公转周期为687个地球日，即1.88个地球年（一年又322天）。
(5) 朱庇特神，古罗马神话中的众神之王。
(6) 1英尺=0.3048米。
中世纪的宇宙志信仰以及文艺复兴时期的发现
在科学沉睡的几个世纪里，屡遭侵略的希腊-拉丁世界已然四分五裂，疲惫难支，摇摇欲坠，因此文明重新在西欧生长。然而，一方面，捍卫个人生命、祖国和新生社会的任务就足以使无数代人前仆后继，劳动生活并未给精神生活留下一隅之地；另一方面，《圣经》已经预先回答了才智之士提出的所有问题。中世纪基督教会圣师圣多玛斯·阿奎那采纳了一种类似托勒密体系的宇宙观，他认为所有天体都为地上的居民而生。在这一时期，只有阿拉伯人还在观测天空，他们将亚历山大博学园(1)的发现原封不动地传给后人，同时坚持规律性的观察，为以后宇宙志的建构做出了贡献。
人类似乎是经历了迂回转折才重新拾起对天上之物的兴趣的。确实如此，15世纪前夕，人类对大航海的渴望、与日俱增的未知国度的诱惑使得勇敢的水手踏上征程。在看不到岸的海面上没有任何方位标志，水手们只有寻找天上能指引方向的星星。同一时期，印刷术的发明(2)使得知识和思想的传播成为可能；人们还发现了古希腊罗马的知识文化遗产。对知识的强烈渴望再一次占据上风，且再也不会黯淡。一代代学者前仆后继，其中的开先河者便是哥白尼。
哥白尼曾拜读过毕达哥拉斯猜想，他借助计算及长期观察得以展示并完成毕氏未完成的设想。正因如此，他被视为名副其实的现代天文学的奠基之人。哥白尼将太阳视为行星围绕的中心，地球只是其中之一，现代学说与之唯一的不同便是指出了有一个天体或是卫星绕地球旋转。因为此时望远镜还未面世，哥白尼和他的前辈们一样，只能用肉眼进行观测。至于其他星星，哥白尼认为，它们都是像太阳一样的恒星，其运动不过是地球自身运动所产生的相对表象。这一崭新概念将摧毁此前盛行的所有理论，因而它并未马上被接纳，直到两个世纪之后才占据上风！人类艰难地放弃了宇宙中心这一他们自认为与自身相称的位置。日心说的胜利经历了多少论战、悲喜，我们在此就不再赘述了。无论如何，我们必须正视当时的哥白尼体系的反对者们所提出的严重质疑：为什么只有地球拥有卫星？后者进行的是怎样复杂的运动？如果太阳系如哥白尼表述的那样，那么行星，特别是地球和太阳之间的行星们，应该呈现同月球相似的相位变化，然而当时的人们却无法发现它们。诸如此类的问题直到第一架折射望远镜瞄向天空才得到答案。
此外，正是海员将望远镜用到了声名卓著的大发现之路上。据史料佐证，第一架望远镜是荷兰的一个眼镜店主发明的，初衷是海用。它由一根首尾两端镶有透镜的管子构成，因此可以将物体的直径放大两三倍。伽利略听说这一发明后，产生了将其应用于天体研究的想法。1610年1月7日，伽利略首次将自制的望远镜瞄向了木星。他发现，木星是个直径相当大的圆盘，伴有明亮的星点。起先他误以为这些星点是恒星，但在随后几夜的不断观察中，他意识到，这些星点不是恒星，而是围绕木星运动的、与我们的月球极为相似的4颗卫星。之后，新的天文发现接踵而来：这位威尼斯学者观测到了金星的相位；清晰地看到了月球上的山脉；辨认出了土星的独特面貌，却始终没有解开土星光环之谜；最后，他将望远镜对准太阳，发现了太阳黑子。他感到非常奇怪：用肉眼也经常能观测到的太阳黑子，为何以前的人类从未发现呢？这大概是因为“即使是一个微小的缺陷也可能会损害太阳的光辉”这种想法在那些把太阳视为净化之火的人看来是不可接受的；就算有人曾注意到它们，也会将其归因为视力不良或是其他与太阳本质无关的原因。
14世纪初期观测天空。选自阿布马谢尔·阿巴拉克斯的《天文学导论》，威尼斯，1506年。
哥白尼的宇宙体系：太阳位于宇宙中心。摘自安德烈亚斯·塞拉里乌斯编著的《和谐大宇宙》，阿姆斯特丹，1660年。——拉鲁斯出版社
肉眼可见的太阳黑子，其周围区域的亮度减弱。
随着天文学观测日渐清晰，我们很容易想象出当年伽利略发出的惊叹。他所使用的工具比起现代设备来逊色不少，他从未用过放大倍数超过30倍的望远镜，而某些设备先进、位置优越的现代天文台却配备有可放大2000倍甚至更多倍数的望远仪器。尽管简易，伽利略的望远镜却实现了直接观察；只有直接观察才能为哥白尼体系提供确实依据。托勒密忠实信徒们的反对之声逐渐减弱直至消匿无踪——金星呈现出的相位同预料的一样，只是距离太过遥远，目力不及，但在望远镜中一览无遗；月球并非独一无二，光木星便有4颗卫星……尽管如此，托勒密的狂热信徒却还未言弃，直到经过了几代人的更替，哥白尼体系才被认可和接受。无论如何，哥白尼通过计算将行星系中的天体安置回了真正的位置上，而伽利略则亲眼看到了它们。
我们在此处稍费笔墨是因为这两位天才不仅是天文学的改革者，还为本书的主题“行星研究”开辟了道路。我们不关注恒星体系，只着眼于太阳系的世界——其他“地球”也如我们的母星一般，围绕其他“太阳”运转。接下来，我们要着墨于行星天文学的进步。对恒星的研究可能与行星研究并驾齐驱，但后者才是我们关注的重点。
与像王冠般镶嵌在夜空中的月亮一样，地球也是我们眼中满天繁星中的一颗。
16世纪前夕，行星学诞生了，从此，天文望远镜一刻不停地搜索着天空；再后来，其他工具手段如摄影术、光谱学也纷纷登场并做出贡献，太阳系一点一点显露出更加广阔、复杂的相貌。伽利略的一位前辈第谷·布拉赫对于星象位置的测量十分谨慎，得出的结果也十分精确，他的学生开普勒在这些数据的帮助下，对哥白尼体系进行了修正。事实上，哥白尼体系中行星的圆形轨道未能完全反映这些天体的运动，因此开普勒最终产生了椭圆轨道这一想法，并认为太阳处在椭圆轨道的一个焦点上。在他之后，牛顿揭示了天体运行所遵循的定律。这时人们才知道，天体根据质量及彼此之间的距离相互吸引。牛顿是一位真正的百科全书式的通才，他不仅精通数学、物理，还擅长天文学，对异常艰难的月球运动研究贡献巨大。此外，他还是解释潮汐现象的第一人。
(1) 与前文提到的亚历山大图书馆是同一时期的文化成果，由国家维护，供学者们居住、学习和教学。
(2) 这里是指约翰内斯·古腾堡发明的活字印刷术。
现代：天文学进展与解释
也许是因为有了太多发现，也许是因为动力十足，17世纪和18世纪的天文学领域学者云集，优秀工匠辈出。巴黎天文台的首任台长卡西尼致力于确定金星、火星和木星的自转；惠更斯辨认出了土星所呈现出的奇怪外观——一个被圆环围绕的球体，他还发现了土星的一颗卫星；罗默通过观测木卫食确立了光速有限观；牛顿的后继者克莱罗、达朗贝尔、拉格朗日以及拉普拉斯是18世纪法国最为著名的代表人物，所有人都知道拉普拉斯(1)提出的解释太阳系生命及其形成的著名假说；威廉·赫歇尔是个名副其实的“观察者”——他深知改善光学仪器的必要性，努力制造性能更加强大的观测工具，最终制造出了一架口径1.45米的天文望远镜。赫歇尔将大量精力投入到了恒星天文学的研究中，被后世誉为“恒星天文学之父”，但他对一些行星问题也颇感兴趣。他发现了天王星及其两颗卫星，并确定了土星的两颗卫星的自转周期。
使用仪器得到的第一批天文发现。摘自安德烈亚斯·塞拉里乌斯的《和谐大宇宙》，阿姆斯特丹，1660年。——拉鲁斯出版社
天文测量仪器。摘自第谷《天文学仪器》（Astronomiae Instauratae Mechanica）所绘之图，纽伦堡，1602年。——拉鲁斯出版社
就这样，通过精确的数据，关于行星的知识日渐丰富，人们自然而然想要了解其他星球的本质。17、18世纪的学者们钟爱逻辑清晰易懂的推理，这在当时引起了强烈反响：在古希腊罗马时代及中世纪，人们曾认为，地球不仅地位高于其他天体，还是宇宙诞生的起源；而如今，地球的地位一再下降——与其他天体一样不过是行星链中的一颗。过度谦虚代替了过分骄傲，再加上稍嫌简单化的推演，人们最终认为，水星、金星、火星与木星的特征同地球一样，甚至更加奇特；同时，人们也再无理由认为地球是唯一孕有生命的行星。其著作在科学领域拥有法律效力的丰特奈尔出版了《关于宇宙多样性的对话》一书，这部社交对话体著作实际上是第一部通俗天文学作品。丰特奈尔在书中解释道，月球是无人之地这种说法已经没有立足之地了，它就如妄图说明圣丹尼空无一人一样荒谬，因为一个从未出过城的“巴黎市民”站在巴黎圣母院塔楼顶端，就算能望见圣丹尼市，也看不到城内的居民。同样，行星可能距太阳各有远近，但总有一天，人们会看到星球上的植物、矿物，当然还有生物。丰特奈尔对这些行星逐一观测以研究其上的生存环境，他因从未怀疑过外星生命的存在，便轻率地统统赋予这些古老的星球以生命。通过科学论证、逻辑推理以及温情的想象，丰特奈尔勾勒出火星、木星、土星的社会面貌，与太阳王统治下的王朝大相径庭。
同一时期，数学家兼天文学家惠更斯也涉足了这一问题。作为观星专家，他的观点更加宝贵。惠更斯十分相信逻辑和理性的可靠性，因此在尽可能客观地研究行星、行星间相对距离及各自面貌后，他最终坚定地认为行星的地表特征同地球一样。他是如此推崇行星与地球之间的相似性，以至于他的论述竟不似出自一位科学家之笔。如此经过再三推论——尽管他的论证中只有代数形式具有科学性——惠更斯最终确定了行星生命的存在，自然，他也相信行星生命的体貌同地球上的人类一样。惠更斯详细核查地球上的生物及事物的所有属性，将其赋予相邻的星球，因而其他行星上的人不仅四肢俱全会思考，还像地球上的人类一样拥有知识储备，孕育艺术科学……我们的天文学家还产生了这样一种大胆的想法：这些外星人是不是优于我们地球人……惠更斯对此并无疑虑，他一定认为自己通过进一步的巧妙推演，打开了幻想的大门。
18世纪人们想象的其他行星居民——拉鲁斯出版社
如要继续深入17、18世纪所形成的关于其他星球的观点，那我们只能考虑来自当时的学者、思想家的权威意见，因为若要忆及当时以行星为框架或主题的想象作品，这点篇幅远远不够。当时的作家和诗人要么出于对奇幻故事的兴趣，要么为了隐晦表达对社会或政治的批评，纷纷采用月球、火星或者木星作为各自作品的背景。显然，不管这些作品多么奇特有趣，都无法吸引我们的注意。然而，说到这两个世纪丰富的科学文学作品，我们不得不提及伏尔泰的《微型巨人》。这位敏锐的哲学家也涉足了“行星”这一主题，但他的作品不过是对《关于宇宙多样性的对话》以及丰特奈尔在这部作品中采用的笛卡尔主义的愉快批评，要知道，丰特奈尔和惠更斯深受笛卡尔主义影响。简言之，伏尔泰可能是在回答从巴黎圣母院的塔楼上眺望圣丹尼的市民这一问题，他讽刺道，人类总是凭“一个人身上有跳蚤就断言旁边的人身上也有跳蚤”，没有比这个回应宇宙多样性的答案更好的了。哲学家的玩笑吗？批评家的戏谑吗？也许是吧，但同时，这也是对在科学事实面前愈显失败的惠更斯等人的演绎方法的谴责。随着天文技术的日臻完善，天文发现的成果越来越多，也越发清晰，古老的推理方法逐渐被真正意义上的科学方法所代替，这一过程起势缓慢，但随后突飞猛进。科学的方法从特定发现出发，依赖实践来发展。
仅用几页纸就想概括19世纪和20世纪初期的天文学进展，无异于痴人说梦，因为科学从未像此刻这样巨步向前，我们也从未见过哪个时代曾诞生过这么多出类拔萃的天文学家。首先，数学被大量应用到对天文现象的研究之中，从而带来了众多重大发现。比如，勒维耶(2)仅仅通过强大的计算能力就揭示并确定了海王星的存在及其位置；无数的“寻星者”聚焦于浩瀚无垠的星辰宇宙。与此同时，仪器技术与这一天文学分支齐头并进，带来了无数的发现和希望。我们将在下一章逐一介绍这些现代仪器——天文望远镜、光谱仪器、摄影仪器，以及它们在天文学研究中各自的地位。
有人说，这一切都与专家有关，但重要的是，我们须知道学者们基于上述方式方法建立的“确切”描述为我们塑造了怎样的宇宙以及太阳系各星球。上个世纪(3)，新发明的光学仪器带来了天象的详细细节，但人们经常过于仓促地妄下结论，著名的“火星运河”便诞生于此时（见“火星”一章）。这些在稍后有必要承认的错误解释告诫人们必须谨慎、耐心。今天，天文科学已经发展到了这样一种程度：人们无须想象和做过于烦琐的演绎，就能获取关于行星外表或特性的某些基本概念。现在，人们已然熟知了这些神秘的天体，而这一切要归功于伟大的天文学家兼普及者弗拉马利翁(4)及其著作。
尽管如此，如果不首先解释整个行星系统及其在宇宙中所占的地位，我们依旧不能着手定义太阳系的每个成员或掌握它们的特点乃至形象。
最初，人类多么倾向于火星上的“运河”想象。
行星轨道为椭圆形，太阳位于焦点F、F’中的一处。行星在轨道上运行时，交替经过近日点P和远日点A。如图所示，由于行星的公转，S处的卫星也被行星牵引绕日运动。
(1) 皮埃尔-西蒙·拉普拉斯（1749—1827），法国著名天文学家、数学家。这里提及的假说指的是拉普拉斯在《宇宙系统论》中从数学和力学角度充实了康德哲学角度的星云说，提出了第一个科学的太阳系形成与演化理论。
(2) 奥本·尚·约瑟夫·勒维耶（1811—1877），法国数学家、天文学家。德国天文学家伽勒根据他的计算观测并证实了海王星的存在。
(3) 在这里指19世纪。
(4) 尼可拉斯·卡米伊·弗拉马利翁（1842—1925），法国天文学家、作家，作品包含了天文科普类书籍和早期科幻书籍。
天文学的描述概念：行星系、太阳和恒星
我们会尽可能简要地概述行星系的定义，因为本篇的目的并不在于提供关于宇宙志的完整论述。
行星受引力影响，围绕中心太阳做圆周运动；行星体积各异，在同心轨道上运行，离中心越远，轨道必然越大。在如此不平等的发展轨道上，天体运动受万有引力定律控制高速进行，其速度与距离成反比；因此某颗星球沿轨道绕一周比距日距离更远的星球用时要短，原因有两个：一、周长较短；二、公转速度更快。
除此之外，行星的轨道不是正圆形，而是椭圆形，太阳位于每个椭圆轨道的一个焦点上。轨道的椭圆率，即偏心率(1)，会导致行星距日距离产生规律性的变化，尽管只有几颗星球会受影响，我们把行星离太阳最近的位置称为近日点，反之为远日点；同样，由于距离不同，行星在每个点上的运行速度也不一样。这种不规律性会对与物理环境相关的某些现象产生影响，正如我们将会看到的每颗行星所特有的现象。考虑到行文简洁及习惯用法，我们目前仅涉及基于平均距离的一般分布情况。
现在已知的九大行星(2)如图所示依次距太阳越来越远(3)
木星是肉眼可见的最远一颗行星，在很长时间内都被视为太阳系的边界。根据上图所示数字，我们可以看出整个体系逐渐显露——首先1781年发现了天王星，继而1846年发现了海王星，最后1930年发现了冥王星。
除了这九大行星，为使定义完整，我们还需加入大量微小的天体，即小行星。肉眼是看不到小行星的，即使用最强大的机器观测，通常也只能看到些微弱的光点。小行星数量庞大，目前已经发现了1200多颗，每年这一数字都在变大。大部分小行星的轨道都聚集在火星和木星之间；最新发现的一些小行星则在偏心率很大的轨道上运动，它们交替接近、远离太阳，最近时在地球轨道内侧，最远时则在火星外侧。小行星的体积非常小（其中许多直径只有几千米），以致我们对其表面特点及物理环境仍一无所知。尽管我们对小行星颇有兴趣，但从天体力学的角度出发，我们不会于此着墨过多。
探照灯下被照亮的巴黎天文台。在这种情况下，建筑物仿佛在夜晚发光。行星也是如此，它们的光芒来自太阳的光线。本张照片上的两个圆屋顶惊人地再现了行星球体发光的条件。
等距射影情况下，行星球体的照明条件以及地球上不同的观测角度 Terre：地球 1.在地日之间的行星：在A1处，行星的明亮一面几乎全朝向地球；在A2处，只有半面明亮；在A3处，从这一角度只能看到明亮与黑暗的相交处。就这样，一颗星球便呈现出了与月球相似的连续相位。 2. 地日之外的行星：在B1处，行星垂直于太阳，我们只能隐约看到相位；在B2处，行星呈满月状，此时行星恰好处在地球的背面。
我们在此处指出的大行星和小行星的区别只在于其直径，直径决定我们是否会出于某些目的研究它们。在大部分大行星的周围，体积更小的天体或者说卫星在距离不同的位置运转，因而一条拥有几颗卫星的行星链恰似太阳系的缩影。举世闻名的月球是唯一一颗围绕地球旋转的卫星。在对星辰的探索之旅中，我们得知，某几颗行星比地球更加得天独厚，它们各自拥有好几颗“月球”，这些“月球”像我们的月亮一样运转，或多或少驱散了黑夜。
我们眼中闪耀着的行星、卫星中，有几颗有时会特别明亮，但它们本身是不会发光的。这些天体仅仅是向我们反射其表面获得的太阳的光亮，且强度与其距离或多或少成反比，正如夜晚的建筑或物体往往昏暗模糊，但在辐射灯的会聚下竟显得熠熠生辉。任何一颗行星球体只有朝向太阳的那面是明亮的。根据行星相对于地球观测点的空间位置，这个观测视角或多或少可以让我们看到行星明亮的那面——月球的连续相位缘于它在绕地旋转时呈现在我们眼中的不同状态。由于围绕光源焦点运动，行星相继运转到不同位置时，其球体就会像月球一样，显示出不同的光照相位。像这样的观察只能借助相当强大的光学仪器才能进行，因为这些行星离我们太过遥远，距离消减掉了相位变化，以至于肉眼凡胎的我们只能看到闪烁的光点，却不知其体积异常可观。与此同理，这些与地球或月球多少有些相似的天体的真正特点只有通过使用天文望远镜进行大量观察才会得到无可争议的证实。
不管行星相对于太阳和地球的位置在哪里，在我们眼中，它总是无数或明或暗的光点中的一个。在黄昏时分，古人便如此观察金星，而天文望远镜却能即时发现其相位的真正面貌。
以木星为例：深夜人眼中的木星以及天文望远镜中的一轮表面被照亮的巨大圆盘。
刚刚描述的照明条件与食也有关。食是由多个相关天体的相互运动形成的。当月球行至地球与太阳之间时，对于地球上的某些区域而言，月球完全或部分遮住了太阳，此时，地球处在月球背对太阳投下的锥形阴影里。而当情况相反——月球恰好行至与太阳相对的地球背面时，它就处在地球的阴影里而接收不到阳光，此时，如果月球上有观察者，他会认为发生了日食。这些食——日食或是月食——必定也会发生在其他拥有附属卫星的星球上；这些天文现象产生的景致不一，却格外吸引我们的注意。
行星在围绕太阳运动或受太阳牵引的同时，其自身也在进行自转，绕其母星运转的卫星情况也相同。如果我们分别观察每颗行星，就会发现它们的自转周期是不同的；由于行星的自转运动与其围绕太阳的公转运动同时进行，因此不同行星表面的昼夜长短也是不一样的。此外，各个行星自转轴的倾斜度也不一样。正因如此，地球四季交替，昼夜时长不等。由于自转轴在绕日公转期间倾斜（自转轴在太空中的方向固定不变），旋转中的地球的不同区域所直面的太阳光线也变化不定——北半球和南半球轮流成为太阳光照更多的半球。其他行星同地球一样，其球体表面按相同的顺序暴露在阳光下，但根据各个星球的情况，所造成的影响程度不一。
太阳与主要行星之间的大小对比。从上往下依次是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。
综上所述，太阳是我们这些星球居民的主宰。太阳不仅维持各个星球在其强大的吸引力统率下运动，还施与各星球光亮，使我们可以看见它们；这些光热以及太阳散发的其他大量辐射，还是太阳系中所有天体物质生命的保障。这样一个巨大的火炉有多重要？这正是我们将要明确指出的。
按星座排列的星星格局使古代的天文学家们联想到了神话传奇，而非星团的真正概念。很久以来，星星与神话传奇之间的联系多次被艺术性地表现在许多天体图上。尽管这些优美的表述已经废置不用，但星座的名字还在被使用着。摘自安德烈亚斯·塞拉里乌斯的《和谐大宇宙》， 阿姆斯特丹，1660年。——拉鲁斯出版社
太阳是一颗直径不小于1 391 000千米的球体，直径是地球的109倍，其体积则是地球体积的1 301 200倍(4)。这些参数均符合我们眼中的这轮光辉洒满天空的圆盘，但实际上，太阳的构成极为复杂。它耀眼的表面是阳光的来源(5)，由一层固态或液态的白炽物质组成，中心分布着密度极大的气层，气层上还有其他高温层，外延相当可观。这些外层通常是看不见的，因为透明的地球大气层会散射太阳光线，阻碍人眼观察。只有在日全食的时候我们才能饱览它们的光彩，因为当这轮耀眼的圆盘被不透明的月球遮住时，其外围会被清晰地辨认出。所有这些区域会周期性发生多种多样的重大奇观，很快我们将一一描述。
太阳系平面图。冥王星的轨道比海王星的更远，并未出现在图上。 Neptune：海王星 Uranus：天王星 Saturne：土星 Jupiiter：木星 Mars：火星 Terre：地球 Venus：金星 Mercure：水星
在太阳的发光表面，即光球层上，一些表面暗淡的斑点（与肉眼难以承受的普遍亮度对比的结果）不断生成、变化、消失。有时斑点范围非常广，肉眼也能看到。这些人眼中的太阳圆盘上的黑点，在天文望远镜中显得非常奇特，呈涡流状，范围可达数千千米。我们还会看到大片有着奇怪分叉的更加明亮的区域，我们称之为太阳耀斑。与太阳表面这些扰乱现象有关的是，在比光球层更高一层的色球层上相应显示出了许多规模毫不逊色的意外事件——涌现出神奇的瑰色火焰，喷发出气体或金属蒸汽，这些被统称为日珥。外层就是大气层(6)，表面光芒四射，瑰丽异常。
以上的简短描述仅仅旨在强调中心天体——太阳的特点及其重要性，这对我们而言已经足够为接下来的篇章做铺垫。通过将这些资料与我们从地球上看到的结果相比较，我们可以理解太阳是如何被其他远近距离如此不同的行星所看到，或者说所感知到。事实上，我们在上文中已经了解到当前太阳系的已知范围发展到了何种程度。
肉眼看到的天上星星的数量（上）与天文望远镜中的数量（下）的对比。由于星辰的规模必然庞大，为展示其丰富性，下图仅涉及上图树上的星群。
肉眼看到的银河
现在，让我们来试着理解太阳系在可见宇宙中的地位，也就是我们称之为étoile(7)的所有汇聚在太空中的天体的地位。让我们澄清一下什么是étoile。首先要注意的是，在通用语中，这个词被不加区别地用来指代天空中的所有星点；事实上，从简单的视觉上来说，行星呈现出的就是这样按距离成比例缩减的光点，只有通过其运动才能识破它们的本质。另外，我们已经知道，除了通过运动可以将行星辨认出，还有一点，它们的光辉实际来自太阳，因此我们绝不能将行星与真正的étoile混淆。étoile位置固定，且像我们的太阳一样自身可以发光，因此我们可以无区别地说étoile就是恒星，恒星就是别的“太阳”。但是不管这些恒星有多强大，任何天文望远仪器都不能像我们窥测太阳那样，将这些天体展现在我们眼前——它们的形象永远都是缩减过的闪烁的星点，而没有可感知的大小。这正是其距离遥不可及的证据。确实，我们与这些恒星相隔如此遥远，以至于大部分的距地距离我们都无法确切估算。诚然，对于太空中一些不太远的恒星的距地距离，现代测量手段以其精确度做到这一点还有些许可能，但对剩下的绝大多数，我们不得不采用各种手段进行我们不敢肯定的一般估量。有关距离，我们最近的“邻居们”的报告足具说服力：目前已知距太阳最近的恒星距我们不少于35万亿千米(8)，还有几颗恒星不算太远，但之后我们要面对的距离则以十倍、百倍、千倍、数千倍计……乍一看我们就遇到了困难：如何用千米为单位列举出这些距离。正因如此，我们更欣赏根据光线抵达视线所需的时间来评估这些距离所代表的无限性。众所周知，光以每秒300 000千米(9)打败了所有速度纪录，而光线从距我们最近的恒星出发，要经过近4年才能抵达我们的视线。既然人们认为恒星的光线会用几百、数千甚至百万年的时间来跨越分隔我们彼此的太空，那么我们就能够估计其他天体与地球之间难以置信的距离，甚至包括得靠强大的现代观测手段才能揭示其存在的最遥远的恒星与地球的距离。在所有天体中，我们要着重指出星云——这个名字足以让我们联想到它的外观。然而，在这整体呈云状的相同外观之下，个体千差万别，而形状也或变幻莫测，或规律整齐。其一部分是真正的气团，另一部分则是因距离遥远才显得密集的星云，看上去就像乳白色的光斑；大部分星云的布局都很特殊，十分引人注目。
可以看见的恒星数以几十亿计；所有这些恒星，包括太阳在内，都是同一个巨大集团的组成部分，我们将其命名为银河系。基于数量、距离和整体布局，我们看到的恒星分布决定了星座的图案，形成了美妙的银河。这一景象是由不计其数的恒星沿着某一方向积聚而成的。在银河边际的遥远彼方，存在旋涡星系等其他星系。
天鹰座与人马座之间的部分银河摄影。
旋涡星云。M.101星云，摄于威尔逊山天文台（加利福尼亚）。
那么太阳系在哪儿，它在银河系中的地位如何呢？事实上，它的位置并不特殊，也无甚重要。它就像一个平淡无奇的简单天体混入然后遗失在了茫茫星海中。许多比它更大、更亮、更热的其他“太阳”也同样没有什么特殊地位。
至于关于它们的相互位置、特点以及质量等问题，我们可以肯定，诚然，这涉及另一个主题，且相关观察还未有进展。我们的太阳与其他恒星完全一样吗？后者也是某个行星系的中心吗？我们尚不能亲眼证实这一点，因为如果我们认为由于距离，这些恒星只能被看作无法感知其表面大小的光点，那么可以想象的是，我们也绝不可能区分出更小更暗淡的附属行星。因此，只有通过逻辑推理，我们才能设想其他行星系或多或少类似我们的太阳系。
让我们回到最后一个问题上来。尽管与我们相比，太阳无比巨大，但对于周围的宇宙而言，它是微不足道的，由最远的海王星、冥王星轨道环抱着的它的全部范围也无足轻重。我们估计：如果用一张地图来表现太阳系的规模，设太阳直径为1厘米，地球轨道则距中心1米，海王星轨道距太阳30米，冥王星远日点（轨道偏心率非常大）距日49米，那么为了在这张地图上标出最近的恒星，我们不得不移到230千米之外！
因此，相对于恒星，太阳系中的行星可以被看作挨挨挤挤生活在偏僻小角落里的同一个家庭的成员。然而，从我们栖身观察天象的地球来看，这些行星却是无比遥远，距离我们数百万千米。如被观察到的那样，它们显得各不相同，一些实际上非常庞大的行星在我们眼中却比距离更近的行星还要渺小。长久以来，距离障碍仿佛一道不可逾越的天堑，阻碍人类深入了解其他星球的秘密。如何使用天文科学的人力物资才能跨越这一障碍呢？这就是我们将要进行的研究。
(1) 椭圆率，也称偏心率、离心率，此数据越大，表明行星的轨道越扁。
(2) 现为八大行星。2006年8月24日，国际天文联合会重新定义“行星”这个名词后，冥王星从大行星（有足够的质量使本身形状为球体且有能力清空轨道附近区域的小天体的行星）变成了矮行星（未能清空轨道附近区域的小天体的行星）。
(3) 按照国际天文联合会在1979年制定并使用的天文学单位，以太阳-地球间的日地平均距离（149 597 870 700米，一般取149 600 000千米或用约1.5亿千米表示）为一个天文单位，天文时间单位为1个地球日，即86 400秒，现八大行星和冥王星的平均距日距离、公转周期根据美国国家航空航天局（英文简称：NASA）的数据在表格中相应位置的括号里显示。
(4) 根据NASA的数据，太阳平均直径864 000英里，即1 392 000千米，地球直径12 742千米，太阳直径为地球直径的109倍，体积为地球的1 301 019倍。（https://solarsystem.nasa.gov/）
(5) 太阳大气层从里向外分为光球层、色球层和日冕层，如今天文学界认为地球接收到的太阳能量（即我们所说的阳光）基本上来自太阳大气层底层厚约500千米的光球层。
(6) 即日冕层。
(7) 法语，即星星，恒星。——译者注。
(8) 距离太阳最近的恒星是位于半人马座的半人马座α星C，也叫比邻星，距太阳4.22光年，约39万亿千米。
(9) 现在光速一般精确为每秒299 792.458千米。