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我们对哥白尼感激不尽，因为他把我们从居于统治地位的庸俗哲学中解放出来，只有坚定不移地站在反宗教的潮流中的人，才能充分评价并颂扬他的精神。
——布鲁诺（16—17世纪伟大的天文学家）
《天体运行论》是波兰天文学家哥白尼写的一部记录自己的天文学说的著作，是一本影响世界历史进程的科普著作。它的问世，使人们对宇宙的本质有了新的认识，并促使自然科学冲破神学束缚，向前迈进了一个崭新时代，它是人类探求客观真理道路上的里程碑。
尼古拉·哥白尼（1473—1543年），波兰天文学家、“太阳中心学说”的创立者、近代天文学的奠基人。
1473年，哥白尼出生在维斯杜拉河畔托伦市的一个富商家庭。他自幼酷爱自然科学，善于独立思考。1483年丧父后由舅舅抚养长大，舅舅是一位主教，他希望哥白尼将来也能成为一名神职人员。1491年，年仅18岁的哥白尼听从舅舅的安排，在当时欧洲的学术中心——克莱考大学就读。这所大学以数学和天文学著称。学习期间，哥白尼对天文学产生了浓厚的兴趣，“太阳中心学说”开始在他脑海中萌芽。1496年，23岁的哥白尼来到文艺复兴的发源地——意大利，在博洛尼亚大学和帕多瓦大学攻读法律、医学和神学学位，当时博洛尼亚大学的天文学教授德·诺瓦拉（1454—1540年）对他影响极大。在意大利求学时，哥白尼学到了天文观测技术和希腊的天文学理论。后来，他在费拉拉大学获宗教法博士学位。在此期间，他接触了希腊哲学家阿里斯塔克斯 （生活在公元前3世纪，早于哥白尼生活的时代1700多年） 的学说，认同地球和其他行星都围绕太阳运转的“日心说”是正确的。
1500年，哥白尼前往罗马参加天主教会百年纪念盛典。他在罗马逗留了一年，在这一年里，他进行了一系列的天文观测，做了多次有关数学和天文学的讲演，还积极同那里的天文学家们交流、讨论，这一年的见闻让他受益匪浅。多年后，哥白尼在撰写《天体运行论》的时候，就采用了公元1500年11月在罗马观测到的月食记录。
1506年，哥白尼回到波兰，回国后的他为担任大主教的舅舅当秘书和私人医生。作为一名医生，他因医术高明被人们誉为“神医”。成年后的他大部分时间是在费劳恩译格大教堂担任教士。在1512年舅舅去世后，哥白尼定居弗龙堡，这时他把许多精力都用在对天文学的研究上。他买了城墙上的一座箭楼作宿舍，并用顶上一层作为天文台，即后来的“哥白尼塔”，它被人们作为天文学的圣地保存下来。哥白尼在那里坚持不懈地观察天文，记录数据，一做就是30年。1533年，60岁的哥白尼在罗马做了一系列的讲演，提出了他的学说要点；1536年，哥白尼完成了《天体运行论》；1542年秋，哥白尼因中风半身不遂，于次年5月去世。
从远古时代起，人类就对浩渺天穹和日月星辰产生了浓厚的兴趣，并不断思考，希望了解宇宙结构、掌握天体运行规律。早在古希腊时代就有哲学家提出地球在运转，但由于当时缺乏依据而没有得到大众的认可。
在古代欧洲，亚里士多德和托勒密都主张“地球中心学说”。托勒密认为，地球静止不动地坐镇宇宙中心，所有天体，包括太阳、水星、金星、火星、木星、土星等都围绕地球运转。然而，人们在观测中却发现，天体的运行并不是一成不变的，它时前时后、时快时慢，这让人们感到困惑。为了解决这一问题，托勒密提出了“圆轮说”，即天体运动的圆轮中心环绕地球作均衡运动。这个圆轮被称为“均轮”，其他较小的圆轮则称为“本轮”。在主要的“本轮”之外，他另外增加了一些辅助的“本轮”，并采用了“虚轮”的说法，这样就使“本轮”中心的不均衡运动，从“虚轮”的中心看来似乎是“均衡”的。
“地球中心学说”的观点与《圣经》中关于三界 （天堂、人间、地狱） 的说法不谋而合。因此在“政教合一”的中世纪，处于统治地位的教廷力挺“地球中心学说”，把它和“上帝创造世界”融为一体，经院神学家们还把“地静天动”的内容融入教义，并把它们延伸至古希腊学说。实际上，这并不是古希腊典籍里的真实内容，而是经过经院神学家们加工处理过的。这种被扭曲了的学说为神学统治服务，它是神学家们愚弄民众的工具。为巩固封建统治，教会采取了一系列“愚民”措施，他们烧掉许多珍贵的科学著作，并用极刑处死有独特见解的科学家，企图扼杀掉一切新思想、新学说。
15—16世纪，资本主义在欧洲萌芽，各国社会形态发生了巨大变化。城市工商业的兴起，尤其是采矿和冶金业的快速发展，使许多国家出现了一些新兴的大城市。到15世纪末，中央集权的君主政体在不少国家出现。哥白尼的家乡波兰也发生了翻天覆地的变化，许多手工业城市在资本主义的萌芽中快速兴盛起来。
当时，教会仍掌控国家统治权，新兴的资产阶级为寻求自身的生存和发展，运用古希腊的哲学、科学和文艺，首先在意大利掀起了一场反对封建制度和教会迷信思想的斗争——文艺复兴运动。这股人文主义思潮给当时的社会注入了活力，它很快感染了波兰及欧洲其他国家。
与此同时，商业的活跃也迅速促进了对外贸易的兴起。在物质利益的驱使下，欧洲的冒险家们远航至非洲、印度及整个远东地区。在远洋航行中，人们掌握了不少天文地理知识，也积累了许多观测资料，这些见闻与当时流行的“地静天动”宇宙学说并不完全相符，这就引发了人们的思考，人们开始更深层次地去探索宇宙奥秘。1492年，意大利著名航海家哥伦布横渡大西洋到达美洲大陆，麦哲伦和他的同伴绕行地球一周。这些事实证明地球就是球形的。此时的人们开始真正认识地球，不再认为它是上帝安排给“天之骄子”们生活的襁褓。
经济的快速发展，带动了科学、文化的快步前行，天文观测的精确度也渐渐提高，大量具有可信度的观测资料被积累下来。这时，人们发现，仅用托勒密的“本轮”不足以解释天体的运行，为了弥合破绽，后代的学者们不断增添新的“本轮”“均轮”。对学说的“修修补补”，使“地球中心学说”体系变得越来越复杂。到文艺复兴时期，托勒密体系里的“均轮”和“本轮”数目达80多个，这个数目是骇人的，也是极不合理的。
哥白尼意识到，对天文学的研究，不是强迫宇宙现象服从原有学说，也不应该继续“修补”托勒密的旧学说，而是要让天文现象指引天文学家，让宇宙现象来回答问题，并从现象中发现规律，得出宇宙结构的新学说。年轻的哥白尼在克莱考大学读书时，就开始思考地球运转问题，他曾用“捕星器”和“三弧仪”观测月食，研究浩瀚无边的星空，这是他进行天体研究工作的一个良好开端。后来，当他在意大利学习教会法时，也一边努力钻研天文学。在那里，他与知名的天文学家多米尼克·玛利亚一起研究月球理论，并孜孜不倦地观测天象、积累数据、探索行星的运动规律。此时的哥白尼开始用实际观测来揭露托勒密学说和客观现象之间的矛盾。
此外，哥白尼还努力研读古代的典籍，目的是为“太阳中心学说”寻求参考资料。他读遍了能够弄到手的各种文献。在钻研古代典籍的时候，哥白尼尤爱摘抄古代学者的卓越见解，他把这些在当时被认为是不符合《圣经》和教义的独特见解当成前进的灯塔，并在自己的观察实测中融会贯通。
同时，他十分勤奋地钻研托勒密的著作，在研读中逐渐找到了“地球中心学说”和科学方法之间的矛盾。
1506年，瘟疫在意大利流行。凑巧，这时出现了“彗星断天”的异常天象。另外还发生了一件事，即罗马教皇亚历山大谋害他人不成，反倒自己误饮了毒酒命丧黄泉。天灾加人祸，使得人心不安。教会趁机编造出种种天将降祸的谣言，招摇撞骗，聚敛钱财，愚弄民众。当哥白尼回到波兰时，教会正以天空出现的另一罕见星象大做文章，造谣说洪水和瘟疫很快就会到来，这是上天对世人的惩罚。这样的言论，引得社会一片恐慌，国家近乎崩溃。与此同时，波兰教会借机活动，说无论活人还是死人，只有买了“赎罪券”，方可消灾免难。普通百姓为了求得“赎罪券”，弄得倾家荡产，难以活命；达官贵人日夜寻欢作乐，以消除心中的恐慌。整个首都一片乌烟瘴气、民不聊生。
哥白尼通过细心研究，发现教会有关天象的说法中包含错误数据，明显是在蛊惑人心。面对这种情况，他和他的朋友们积极研究两星“相会”问题。他们在不同地区进行观察实测，以期能一起揭发教会的丑陋嘴脸。
在观察实测中，哥白尼和他的朋友们发现，第四次两星“相会”的日期提前了一个多月，与教会所说的时间并不相符，而和他的推算却是符合的。
哥白尼还深入研究了行星视运动的不均匀运动，例如逆行、留、打结状轨道一类。他发现，这些运动现象用同心圆上的均匀运动根本就不能解释。用托勒密学说中的“偏心圆”和“本轮”也得不出与实测相符的结果。在深思熟虑后，哥白尼一针见血地指出：赋予地球以行星绕日一样的运动是唯一的出路。这就是日心说的基础。
为论述自己观测到的天体运行规律和“太阳中心学说”这一观点，哥白尼写了一篇名为《试论天体运行的假设》的论文，他在文中指出，天体运行具有以下几个特点：
1．所有天体轨道和天体不会有一个共同的中心。
2．地球仅是自身的引力中心和月球的轨道中心，并不是宇宙的中心。
3．所有天体都绕太阳运转，太阳附近某处就是宇宙中心。
4．天穹高度远不止地球到太阳的距离。
5．地球和别的行星一样绕着太阳运转。它一昼夜绕地轴自转一周，一年绕太阳公转一周。
6．人眼看到的太阳和行星运动现象是地球运动引起的，地球同时进行着几种运动。
《试论天体运行的假设》是哥白尼在以前观测到的基础上创作而成，是《天体运行论》的一个学说提纲，为在这块基石上建起高楼大厦，哥白尼进行了长期的观察实践。
在回国任教不久之后哥白尼开始写作《天体运行论》。
1512年，哥白尼定居弗龙堡，为方便观测天象，他买下了城堡的一座箭楼，把箭楼的顶楼作为工作室，他用自己制作的简陋仪器作为观测工具。在有记录可查的50多次观测中，包括了对日食、月食、火星、金星、木星和土星的方位观察等。1516年秋后的极长一段时间里，十字军骑士团多次侵占波兰的各个城堡，教会派哥白尼担任教产总管，对付压境的十字军骑士团。“太阳中心学说”的观测和完成，很多都是在和十字军骑士团的斗智斗勇中进行的。直到1525年，哥白尼才在弗龙堡全面展开《天体运行论》的写作，并于1536年左右完成。在哥白尼的天文观测研究期间，他一度受到教皇的猜忌和监视，所幸手稿并未落入教皇手中。
手稿完成之后，哥白尼迟迟不肯让其面世。究其原因，正是因为他的理论不但违反《圣经》和教义，而且矛头直指托勒密的“地球中心学说”，认为其是“主观和荒谬的”。这样的一本书极有可能会被认为是“异端邪说”；而哥白尼自己也将会被当作“离经叛道分子”，受到教会的迫害。然而他的朋友和学生们对此热情不减，他们积极地协助和促成哥白尼出版这一著作，他的学生雷蒂库斯为他修订书稿，并和朋友奥西安德尔一起联系了出版商。为了让《天体运行论》顺利出版，奥西安德尔杜撰了一篇前言，他在前言中称书中理论是为了编算星历表和预测行星位置而提出的一种人为设计，不一定代表了行星在太空中的真实运动。他的这一席话，在其后的许多年，蒙蔽了不少人的眼睛。哥白尼为免受教会的迫害，在序言中宣称把书奉献给教皇保罗三世，希望能因此得到保罗三世的支持与庇护。由于采取了这些掩护措施，这部巨著终于在1543年得以出版。
在《天体运行论》中，哥白尼不但正确论述了地球绕地轴自转、月球绕地球作圆周运动、地球绕太阳公转以及其他行星也绕太阳运转的事实，并描述了太阳、月球和五颗行星 （水星、金星、火星、木星、土星） 的视运动。同时，他批判了托勒密的理论，归纳出托勒密学说与实际观测间的矛盾。并指出地球只是地球的引力中心和月球轨道中心，它并不处于宇宙的中心；宇宙的中心在太阳附近的某一处，包括地球在内的所有天体都绕太阳运转；地球在环绕太阳公转的同时自转；月球绕着地球转；人们看到的太阳运动、行星运动，都由地球运动引起。他科学地阐述了天体的运行现象，推翻了长期以来居于统治地位的“地球中心学说”，也从根源上否定了基督教关于上帝创造一切的谬论，动摇了欧洲中世纪宗教神学的理论基础，使科学从神学中摆脱出来，从而实现了天文学的根本变革。
《天体运行论》在社会上激起了轩然大波，给当时受神学思想愚弄的民众注入了思维活力；它在一定程度上解放了人们的思想，同时也激发了一些具有科学创造意识的天文学家们的研究热情，驱使他们对行星运动做更为准确的观察。丹麦天文学家泰寿·勃莱荷受“太阳中心学说”启发，沿着哥白尼的指引方向，在长年的天文观察中积累了许多正确可行的资料。后来，德国天体物理学家开普勒根据泰寿积累的观察资料，最终推导出了行星运动三大定律。行星运动三大定律的面世，给了托勒密的“地球中心学说”沉重打击。意大利天文、物理学家伽利略受哥白尼学说的影响颇深，他的天文学著作明显有“太阳中心学说”的痕迹。在天文学的科学研究上，哥白尼成了泰寿、开普勒、伽利略的指路明灯，而开普勒与伽利略又成了牛顿的引路人，正是因为有了他们的发现，牛顿才在此基础上得出了动力定律和万有引力定律。
哥白尼的太阳中心学说、地球运动学说对我国天文学的发展也有着重大影响。在我国古代，就有了地球在运动的说法。战国时期，人们对地球在运动和地球静止不动这两种学说进行了长时间的争论。《庄子·天运篇》里曾明确指出是地球在运动，且不会自行停止，但在哥白尼的“太阳中心学说”传入中国之前，中国古代并没有明确提出地球及行星是绕太阳在运行。它的传入促进了中国天文历算的发展。
所以说，哥白尼的“太阳中心学说”是人类对宇宙认识的革命，《天体运行论》的出版是人类探求客观真理道路上的里程碑。从哥白尼时代起，人们的世界观开始发生改变，脱离了教会束缚的自然科学和哲学也从此飞速发展。
《天体运行论》一书各章论述要点明确。纵观整体，具有以下几个中心要点：
1．宇宙的中心在太阳附近，地球、水星、金星、火星、木星、土星等行星沿着固定轨道绕太阳运行。
2．地球是运动的，它不但自转，还绕太阳公转。
3．月球离地球最近，它是地球的卫星，按照一定的轨道绕着地球转。
4．天体的排列有序可循，它们按照一定的顺序离太阳或远或近。
第一章是全文的精髓，也是全文的概括和缩影，主要论述太阳位于宇宙的中心。这一章总括式地介绍了宇宙结构，基本上采用文字叙述，另加一些简单的几何图形辅助说明。本章的前几节，哥白尼依次论述了“宇宙是球形的”“大地也是球形的”“大地和水构成了统一整体”“天体在进行匀速的、永恒的、复合的圆周运动”。对“宇宙是球形的”之论证，可信的依据不多，有不少主观上的想象成分，而论证“大地也是球形的”以及“天体轨道是圆形的”时，哥白尼则列举了一系列确切的证据。例如：位于北面的星星大都不下落，相反，位于南面的一些星星永远不会升起；在意大利看不到的某些星星，如老人星，在埃及却能看见；向北走的旅行者发现，周日旋转的北天极在渐渐升高，而与北天极相对的南天极却以同样的弧度降低。在第五节里，哥白尼运用相对运动的原理，通过地球周日旋转来解释日月星辰的出没。第六节则用视差的原理，阐明“天穹之大是地球无法比拟的，甚至可以说是无穷大”的观点。第七、八节，哥白尼论述了古人认为地球静居宇宙中心的原因，并对“地球中心学说”进行了系统批判，指出地球运动的合理性。“太阳中心学说”的论点在第九节里明确提了出来，哥白尼肯定地说：“最后，我们认识到宇宙的中心的确是在太阳附近。”他指出天文观测应正视事实，行星的运动规律与宇宙万物的和谐现状都能证明太阳位于宇宙的中心地带。第十节讲天体顺序。太阳静居宇宙中心，往外依次是水星、金星、地球与月球、火星、木星、土星，恒星天球在最外围，它也是静止不动的。第十一节进一步论证地球的“三重运动”，即地球自转、绕日公转及“赤纬运动”。第十二至第十四节系统介绍了圆周的弦长、平面三角形的边和角以及球面三角形的知识，为阅读后文打好了必要的数学基础。
第二章主要论述地球的三种运动 （周日自转、绕日公转、赤纬运动） 所引起的一系列现象，如昼夜交替、四季循环、太阳和黄道十二宫的出没等。第一节是对赤道、黄道、地平、回归线下定义，并指出它们各自的位置。第二节讲黄道倾角的含义和测量方法。第三到十三节，依次讲在赤道、黄道和地平三套坐标系中天体位置的转换方法，给出了黄道度数的《赤纬表》《赤经表》和《子午圈角度表》，对天体中天时的黄道度数、正午日影长度差异、昼夜长度变化等数量的测定方法都有所叙述。第十四节讲如何对恒星进行方位测定、星表怎样编制的问题。他详细介绍了方位天文学的观测仪器——星盘，并介绍了星盘的结构、制造和使用方法。章末附《星座与恒星描述表》，该星表是哥白尼在自己多年实测的基础上总结前人的经验而得出，它按北天区、中部和近黄道区、南天区三个天区分别列出三百余颗天体的黄道坐标等。天区里的星座和行星在其所属星区里的位置，都配有相应的文字描述。
第三章论岁差，准确地讲是论二分点和二至点的岁差。哥白尼在第一节里，主要介绍岁差的研究历史。第二节讨论岁差的不均匀性及它的观测史。根据古代的观察记录，哥白尼得出黄道、赤道的交点移动速率时快时慢这一结论。第三节的内容是阐述岁差的成因，指出这是由于自转轴的方向变化引起的。在其后的几节，哥白尼讲了二分点岁差与黄赤交角等数值变化的均匀行度和非均匀行度，以及太阳视运动的不均匀性。第四节是对不均匀天平动的解释。第五节论证二分点岁差和黄赤交角的不均匀性。第六节讲二分点岁差与黄道倾角的均匀行度。第七节的内容是二分点的平均岁差与视岁差的最大差值。第八节讲二分点行差与黄赤交角，并辅以表格加以说明。第九节是对前几节有关二分点岁差的一个总结。第十节是对黄赤交角最大变化的讨论。第十一节讲二分点均匀行度的历元与如何测定非均匀角。第十二节讲如何计算春分点岁差和黄赤交角。第十三节讲太阳年的长度和非均匀性。地心运转的均匀化和平均行度在第十四节里有详细介绍，哥白尼用了六个表格来辅助说明。其后两节讲了太阳的视运动及其不均匀性。第十七节是对太阳的第一种差、周年差及其特殊变化的解释。第十八、十九节讲有关太阳均匀行度的知识。接下来的两节讲太阳的第二种差的成因及变化度。第二十二到第二十六节分别讲了太阳远地点的均匀与非均匀行度、太阳近点的测量及其位置的确定、太阳均匀行度和视行度变化、视太阳的计算、自然日的变化。
第四章讲的是月球的绕地运动。第一到第十四节细致描述了月球运动。由于月球是地球唯一的一颗天然卫星，它和地球关系密切，月球身份的特殊性使哥白尼很重视这一项研究，他在研究中发现，月球不但有自己的轨道，而且运行的速率和位置变化也很不均匀。为了表示这两种不均匀性，哥白尼提出了“第一种差”和“第二种差”两个概念。后来，他设计出“两个本轮”的图像来解释月球运行的不均匀性。第十五到第二十七节讲月球视差。哥白尼首先详细介绍视差仪的制作方法，最后他从测量的视差结果中得出结论。哥白尼在第十七节和第十八节中分别求出了地月距离和月球半径，然后在此基础上算出日、月、地三个天体的相对大小以及其他一些相关的天文数据。第二十七节讲的是观测结果。第二十八至第三十二节讲日食、月食这两种极具吸引力的天象。其中第二十八节讲平合和平冲的时刻确定是如何利用已知的月球平均行度来获得的。第二十九节讲如何确定真合与真冲。第三十节讲日食、月食的出现与朔望，日、月球与黄纬间的关系。第三十一节和第三十二节讨论食分和食延的问题。
第五章论述行星运动。第一节讲视差运动。第二至四节先是用偏心圆的均匀运动对它的非均匀运动做了解释，然后讲述地球运动引起的视非均匀性，最后讲行星运动的非均匀性。第五到第九节讲土星，所涉及的内容有土星运动的三次冲日、土星位置测定、土星视差、土星与地球间的距离等。第十到第十四节讲木星。第十五到第十九节讲火星。而后几节是对金星的论述。第二十五到第三十一节详细讨论水星，在第二十五节里，哥白尼指出，利用对太阳最大距角的测量可以研究水星运动，并设计出与金星类似的“双重运动”。哥白尼付出大量的心力观测水星，并在分析前人资料的基础上确定了水星位置。他利用托勒密的观测资料，找到了水星高拱点和低拱点的位置、偏心距和大小本轮的半径值以及平均行度，并阐述了水星同太阳的距角时大时小的原因。在这章的最后几节，还讨论了行星的黄经计算方法、行星视运动中的留和逆行以及确定逆行时间和弧段长度的方法。
第六章是第五章的延续，第五章研究了行星的“经度行度”，第六章则是对“纬度行度”的研究。这一章重点讨论地球运动引起的行星黄纬偏离。在第一节和第二节里，哥白尼对行星的黄纬和地球运动引起的黄纬偏离，都做了概略性的描述。第三节讲解托勒密推求轨道面倾角的方法和结果。第四节是对黄纬值的解释。第五节讲了金星和水星的黄纬。第六到第八节分别论述金星和水星的二级黄纬偏离角、倾角数值和第三种黄纬，章后附有“五行星”的黄纬表。第九节是对五颗行星的黄纬计算方法的一个总结。