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之后的300多年，被认为是天文学史上的“蒙昧时代”。而数学家、地理学家、天文学家克劳狄乌斯·托勒密（100—170）的著作《天文学大成》，为我们了解那个时期的天文学发展提供了扎实的文献基础。通过他的文字，我们了解到这位住在亚历山大港的学者极力推崇喜帕恰斯，视其为热爱真理的人和最重要的前辈。故而在托勒密伟大的著作《天文学大成》中，他照搬了喜帕恰斯的太阳运动模型，并以此构建了他的推算基础——地球在天体运行轨道的位置必须是偏心或中心错位的，他认为这就是四季有长有短的原因。托勒密还在喜帕恰斯星表的基础上增加了坐标，增补了可见的星云，并将恒星数量从850颗扩大至1022颗。在随后的一千多年中，直到17世纪早期，托勒密划分的48个星座一直都是天文学界的权威和重要依据。《天文学大成》是几个世纪以来人类观测和认识宇宙的巅峰之作，书中用来预测行星运动轨迹的几何模型，精确得令人匪夷所思；此外，其中的表格和恒星目录，对占星师和偏好用数学方法研究天文的学者们来说也是极好的资料和工具。
克劳狄乌斯·托勒密，抬手指向星星。
科斯马斯（全名Cosmas Indicopleustes，字面意思为“去过印度的科斯马斯”）是一个希腊商人，后来在亚历山大港（托勒密的家乡）成为僧侣，约在550年去世。科斯马斯以自己的旅行见闻，融合了基督教的信仰绘制了很多幅地图。左面这一幅，展示的就是一种理论上的宇宙结构——宇宙是一个巨大的箱子，箱盖弯曲向上鼓起，扣在巨大的帐幕上，这帐幕便是造物神在世间的居所。
虽然托勒密并没有像他的前辈们那样完整地展示出自己的宇宙体系，但我们可以先根据他算出的行星和地球之间的距离为行星运动天球层排序，再将这个顺序与他稍晚些的著作《行星假说》中的计算结果相结合，这样就能还原托勒密脑海中宇宙的模样
。在《行星假说》中，托勒密使用了一个宇宙单位——地球半径，计算出各行星与地球之间的距离，这是人类计算宇宙大小的最早尝试。他算出的地球半径大约为5000英里（约8500千米），因此他认为地球与月球间的距离大概是30万英里（约48万千米），实际上为23.89万英里（约38.45万千米）；他算出的地球与太阳之间距离为500万英里（约800万千米），实际上约为9200万英里（约1.48亿千米）。由于采纳了欧多克索斯的嵌套球层理论，托勒密认为恒星天球层最遥远，大约距离地球1亿英里（约1.6亿千米），这个距离就是宇宙的半径。
策拉留斯绘制的天体图，图中展现的是托勒密天体运动模型中古老的本轮（小圈）概念。托勒密的模型采用本轮来解释为什么行星和月亮的运行轨道并不是个完美的正圆，而各行星和月球围绕地球运行的大圈被称为均轮。
根据上述数据，托勒密脑海中的球形宇宙直径约为2000亿英里（约合3200亿千米）
。这个数字对现代天文观察者来说微不足道（土星在近地点时，离地球也有大约12亿千米），但对前哥白尼时代的人们来说大得惊人。托勒密推算出的数据，将天穹确立为一个有限的、几何上有序的界。托勒密的这套以地球为中心的多层天球嵌套宇宙模型盛行了1300多年，直到16世纪哥白尼学说出现，才受到了颠覆性的挑战。
《托勒密天球的平面图》（1661年），展示了托勒密的地心宇宙模型。图中众神驾驶战车在各自的轨道赛跑，代表行星围绕地球在轨道上运行。安德烈亚斯·策拉留斯绘。