4.1　水星逆行为何会推动地心说的变革？

离开了金星，让我们前往这次太阳系之旅的第四站：水星（图4.1）。

质量：3.301×10 ²³ 千克（地球质量的5.5%）

体积：6.803×10 ¹⁹ 立方米（地球体积的5.6%）

与太阳的平均距离：5.791×10 ⁷ 千米（日地距离的38.7%）

水星是太阳系中最小的行星，体积只有地球的5.6%，质量也只有地球的5.5%。它也是离太阳最近的行星，只要花88个地球日就能绕太阳公转一圈。此外，水星也是全太阳系地表温差最大的行星。它面向太阳的一面，温度高达430℃ ；而背对太阳的一面，温度则低至—170℃。换句话说，水星地表的温差能达到惊人的600℃。

估计很多人一提到水星，首先想到的名词就是“水逆”。

所谓的“水逆”，其实是水星逆行的简称。一年中，大概会出现三四次水逆。占星学认为，在此期间人往往会“诸事不顺”；有些占星师还宣称，这是一段“不适合做重大决定”的危险时期。

那水星逆行到底是怎么回事呢？下面，我就来给你讲一讲。为了便于理解，让我先从相对比较简单的黄道面说起。

从古至今，地球一直在同一个平面内围绕太阳公转。这个地球绕太阳公转的轨道平面，就是所谓的黄道面。事实上，太阳系内的所有行星，当然也包括水星，基本上全在这个黄道面内绕太阳公转。此外，这些行星的运动方向也完全相同，都是自西向东沿逆时针的方向绕太阳旋转。

前面讲地心说的时候，我们已经提到了天球；这是一个假想的、以地球为球心且半径无限大的球面，可以覆盖整个天空。很明显，把黄道面无限延伸，最终会与天球相交成一个圆（就是图4.2中那个红色的大圆）。这个圆，就是所谓的黄道。在地球上看来，黄道就是太阳在天球上运动的轨迹。

早在公元前5世纪，古巴比伦人就提出了黄道带的概念。所谓的黄道带，就是黄道南北两侧各增加8度的圆环区域。在地球上看来，太阳系内的所有行星都在这个黄道带内运动。此外，以太阳在春分时的位置为起点，可以把黄道带均匀地划分成12个30度的区域，分别对应白羊座、金牛座、双子座、巨蟹座、狮子座、处女座、天秤座、天蝎座、人马座、摩羯座、水瓶座和双鱼座，这就是黄道十二宫（图4.3）。

有了黄道带的基础知识，下面我们就可以讲一讲水星逆行到底是怎么回事了。

前面说过，地球和水星都在沿逆时针的方向绕太阳旋转。此外，两者拥有不同的角速度：水星只要花88个地球日就能绕太阳转一圈，而地球要花365个地球日才能绕太阳转一圈。这样一来，当地球绕太阳转上大约90度的时候，水星已经绕太阳转了整整一圈。这意味着，在地球绕太阳转90度的过程中，水星可以转到太阳的前面、侧面或背面。

图4.4就是水星逆行的原理图。作一条地球与水星的连线，并让它与黄道带相交于一点。随着时间的推移，这个交点在黄道带上的位置将不断变化。在地球上看来，这正是水星在黄道带上的运动轨迹。在地球绕太阳转90度的过程中，这个交点的运动轨迹将出现两种情况。第一种情况下，水星转到了太阳的侧面或背面。在此期间，这个交点将在黄道带上沿逆时针的方向运动。第二种情况下，水星转到了太阳的前面，也就是太阳与地球之间。在此期间，这个交点将在黄道带上沿顺时针的方向运动。换句话说，从地球上看，此时水星在黄道带上的运动方向为顺时针，恰好与水星绕太阳的实际公转方向相反。这个现象就是所谓的水星逆行。

很显然，水星逆行并不是说水星绕太阳公转的逆时针方向会发生改变，而是说当它转到太阳与地球之间的时候，从地球上看到的水星在黄道带上的运动方向会变成顺时针。因此，水星逆行只是一个普通得不能再普通的自然现象，并不会对我们的日常生活造成任何影响。

不只是水星，太阳系中除地球以外的所有行星全都会出现逆行的现象。事实上，在古希腊时代，行星的逆行一直是困扰地心说的最大难题。

在游览金星的时候，我已经向大家介绍过地心说。不过我当时讲的是它最终的版本，而不是它最初的样子。下面我就来聊聊地心说的演化史。

在古希腊，人们普遍相信地球一定静止在宇宙的中心。对此，大哲学家亚里士多德曾做过如下的论述：如果地球是运动的，那么当一个人跳起来的时候，他脚下的大地就会跑走；这样当他落地的时候，他就会落在与之前不同的地方。但实际情况是，一个人跳起来后还会落回原地。因此，大地一定是静止不动的。

今天，我们很容易就能看出这个论述的错误所在。当一个人跳起来的时候，因为他在水平方向上没有受到任何外力，所以他还是会在此方向上保持与地球一起运动的状态，这就是所谓的惯性。不过惯性这个概念，是伽利略在17世纪提出的。生活在2000多年前的亚里士多德，确实不可能想到惯性的存在。

古希腊人还认为，神创造的天界一定完美无瑕。此外他们也深信，圆是世界上最完美的形状。因此，所有天体都必须作圆周运动。

所以最早的地心说是这样的：地球一直静止在宇宙的正中心；从内向外依次是月球、水星、金星、太阳、火星、木星和土星，而且这些天体都在绕地球作圆周运动；最外面的，则是镶满了恒星的天球。

相信你已经看出这个早期地心说理论的问题所在了。如果所有的行星都在绕地球作圆周运动，那么就不可能会出现行星逆行的现象。换句话说，在日心说中非常好理解的行星逆行现象，在最早的地心说中就变成了完全无法解释的超级难题。

一直到古罗马时代，这个难题才被一个横空出世的天才破解。此人就是我们前面提到过的古罗马大天文学家托勒密（图4.5）。

托勒密是一个百科全书式的人物。他曾经涉猎过很多研究领域，包括天文、地理、光学、占星和音乐。当然，他一生中最大的贡献还是在天文学领域。

公元2世纪中叶，托勒密写了一本关于天文学的百科全书，叫作《天文学大成》。600多年后，这本书被阿拉伯人翻译成了阿拉伯语，然后在全世界传播开来。夸张的是，阿拉伯人觉得这本书实在太伟大了，干脆把书名改成了《至大论》，意思是“最最伟大的理论”。而在长达1400年的时间里，这本书一直是最权威的天文学著作。

为什么后人会对《天文学大成》如此追捧呢？因为在这本书中，托勒密想出了解决行星逆行难题的办法，也就是所谓的大圆套小圆。

图4.6就描述了托勒密的解决之道。托勒密认为，地球并非位于宇宙的正中心，而是与真正的中心存在着一个非常微小的偏离。此外，五颗行星也并不是单纯地绕宇宙中心作圆周运动。首先，它们都在一个叫本轮的小圆上旋转；其次，本轮的圆心又在一个叫均轮的大圆上绕宇宙中心旋转。换句话说，这些行星的运动轨迹是由本轮和均轮这两个圆周运动组合而成的，看起来就像是公园里的旋转咖啡杯。

基于这个对行星轨道的修正，托勒密提出了最终版的地心说理论，即所谓的托勒密体系。事实上，托勒密体系与实际观测吻合得非常好。它不但能轻松破解行星逆行的难题，还可以很精确地预测所有行星的运动轨迹。正是因为如此，地心说才得以成为一个统治天文学界上千年的权威理论。

我们来做个总结。由于角速度的明显差异，当地球绕太阳转一圈的时候，水星差不多能绕太阳转四圈。而当水星运行到太阳与地球之间的时候，从地球上看到的水星在黄道带上的运动方向会变成顺时针，而这与水星本身绕太阳公转的方向相反。这个现象就是所谓的水星逆行。不只是水星，太阳系中的所有行星（除地球以外）全部会出现逆行的现象。而最早的地心说理论根本无法解释行星的逆行。公元2世纪中叶，托勒密写了《天文学大成》。在这本书中，他采用大圆套小圆的办法，建立了一个全新的地心说理论，并一举解决了行星逆行的难题。因此，行星逆行的现象推动了地心说的变革，并让它蜕变成了一个统治天文学界上千年的权威理论。

除了水星逆行，还有一个水星所特有的现象也在科学史上扮演过至关重要的角色。那就是水星近日点进动。 3bYA3p3ttClAG4ftPaQCkDRkvVKoUc7e/Abyqow7kFlbdlkXomhMNRkEkjRdSPSQ