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中国是一个历史悠久的文明古国。天文学在中国有着十分古老的历史。古代流传下来的许多神话传说，就生动地体现了我们祖先对宇宙的丰富想象，也包含了对天体运行规律的一些猜测。天象观测的记载也很早，在殷代的甲骨文中就有不少关于日食、月食的记载，春秋鲁庄公七年（前687年）记述了流星雨现象，春秋鲁文公十四年（前613年）就对哈雷彗星作了记录。中国古代天象观测，在近代自然科学诞生以前一直处于世界领先地位。这些天文学史上的光辉记载，体现了中华民族的勤劳与智慧。
在这些丰富的天象观测资料的基础上，中国古代的宇宙理论形成了。从周代到晋代，就陆续出现了各种不同的学说。这些学说的共同课题是探索天地的形状，研究天地之间的关系。
宇宙是什么？天与地的形状是怎样的？古埃及人设想宇宙像一个箱子，稍凹的箱底是大地，箱盖是天，其形状有人说是圆的，有人说是方的。古巴比伦人认为天像个圆罩，地是个圆形平面。天空之上、地面之下全都被水包围着。天空上有一个天窗，天窗打开，就会下雨。太阳每日沿着天穹东升西落，然后又在夜里通过地下管道再回到东边，而天穹本身是不动的。
中国古代的宇宙理论也对天地的形状问题提出了各种不同的看法。这些看法是直观的产物，是观测经验的总结，同时又具有一定的思辨色彩。中国古代宇宙理论所依据的主要是如下三方面的事实。
第一，重物下落。人们在生活与生产实践中，每天都要碰到这样的现象：重的物体若没有东西支撑，就必然直线下落。古人认为天有形，有形就会有重量，因此中国古代的各种宇宙理论都要回答天为何不往下坠落的问题。杞人忧天的故事就提出了这个问题。杞人之忧在今天看来虽然幼稚可笑，但在古代它并不是毫无认识根据的。
第二，水成平面。水总要从高处流向低处，最后当各处都一样平时，就停止流动。这就使一些人由此想象大地也应当是平的，即使是主张大地球形的人，也要认真考虑为何水会成平面的问题。
第三，天体做圆周运动。“斗转星移”，说明北斗围绕北极星做圆周运动。二十八宿从角宿开始，一个接一个地穿过下中天，最后是轸宿，紧接着又是角宿，这说明二十八宿在做圆周运动。这就使古人自然想到天呈球形，是圆的。
这样，一条垂直直线、一个水平面和一个圆圈，就同中国古代各种宇宙理论发生了密切的关系。如何解释这三种现象，直接关系到各种学说的命运。
中国古代宇宙论有盖天说、浑天说、宣夜说三大家，后又有昕天说、穹天说、安天说三家，即所谓“论天六家”。若再加上王充的平天说，就有七家。但最主要的是盖浑二家。
盖天说也有几种。祖冲之之子祖
在《天文录》中说：“盖天之说，又有三体：一云天如车盖，游乎八极之中；一云天形如笠，中央高而四边下；一云天如欹车盖，南高北下。”
最早的盖天说始于周代，主张“天圆如张盖，地方如棋局”。
这种说法完全是直观的产物。人们看到头顶上的天很高，而四周的天都在远方同大地接触，很像一个圆盖。所以南北朝的民歌唱道：“天似穹庐，笼盖四野。”为什么要设想地是方的呢？这是因为古人不能上天，也不能入地，人们活动的范围，从根本上说是个二维平面，所以东西南北四个方向比上下两个方向有更重要的意义。《尸子》说“四方上下曰宇”，把四方与上下加以区分，就是这种实际状况的反映。显然，只有正方形才能形象地代表有四个方向的平面大地。辽宁省凌源市牛梁河母系原始氏族社会遗址的发掘表明，当时已有象征天圆地方的祭神的殿堂，距今五千余年。盖天说还对天的高度、地的大小作了估计。《周髀算经》说大地是一个正方形，每边八十一万里，天顶的高度是八万里。《尚书纬·考灵曜》也说：“从上临下八万里，天以圆覆，地以方载。”
盖天说认为大地不动，天穹旋转，日月星辰则在天穹之上，随天穹旋转。天穹绕本身的一个极点旋转，就像车轱辘绕轴旋转一样。起初人们以为天顶就是天的中心，后来发现北斗星绕不动的北极星旋转（当然北极星也在打圈圈，但这圈圈较小，很难发现），就认为北极星是天的中心。实际上天穹上这个极是地球自转轴正对的一点，所以成为天体周日视运动的不动的极。在我国黄河流域一带，北极约高出地面三十六度，因此盖天说认为天穹倾斜三十六度盖着大地。这就是祖
所说的“天如欹车盖，南高北下”。
中国最早的盖天说实质上是天拱地平说、天曲地直说。这种学说在外国也有，前面说过的古巴比伦宇宙观就是一例。6世纪时出生在亚历山大里亚的科斯马，制作了圣柜式地图，是至今保存的最古老的教会地图，也认为天圆地方。天圆地方说是中国古代最早的一个宇宙模型，能对某些现象作出某种解释，又符合天尊地卑、天动地静的哲学观念，所以在历史上曾产生过广泛的影响。甚至在盖天说退出历史舞台以后，人们仍把圆与方作为天与地的象征。比如，北京的天坛是圆的，而地坛则是方的。
但这种天圆地方的盖天说有下列问题难以解释。
1．圆的天穹与方的大地不能吻合，如何盖法？就这点而言，天圆地方说是直观的产物，但又同直观矛盾。孔丘的弟子曾参（前505～前436）说：“天圆而地方，则是四角之不揜也。”但他又企图用抽象的思辨来弥补直观上的矛盾：“夫子曰：天道曰圆，地道曰方。”
这样，他就把一个实实在在的天地形状的问题，变成谈论天地之道的哲学玄谈了。
但无论如何，天圆与地方是不能协调的。后来安天说认为“方则俱方，圆则俱圆”
，是有道理的。天圆地方说就是缺少这种宇宙和谐的思想。这种思想在古希腊的天文学中是十分突出的。天圆地方说仍包含着天曲地平的观念，就大地形状而言，舍其方，留其平，把方形大地修改为圆形平面的大地，就不会出现天地不吻合的矛盾了。有的天圆地方说者从另外的方面寻找出路，设想天地并不相接，天盖高高悬在大地上空。可是这样一来又出现了新问题。
2．天盖为何不坠落呢？他们的说法是有八根柱子支撑着天穹，相传共工触倒的那座不周山就是八根擎天柱之一。可是其余七根柱子又竖在何处？指的是哪七座山？这些山真的能顶着天吗？屈原就曾在《天问》中问过这些问题。于是又有人认为天穹是由气托住与水相接的。东晋的虞耸提出穹天说，他认为：“天形穹隆如鸡子幕其际，周接四海之表，浮于元气之上。譬如覆奁以抑水而不没者，气充其中故也。”
3．为什么天穹要斜着盖在大地上？如何解释这种不和谐性？三国时的姚信提出的昕天论认为：“人为灵虫，形最似天。”
人之形前后不对称，所以天之形也南北不对称。这种说法在逻辑上也是荒谬的，毫不足取。
4．白天太阳在天穹上，那么夜晚太阳又在何处？太阳怎么可能从西到东地穿过地下？
由于最初的盖天说不能解释这些问题，所以天圆地方说就逐步演化为“天地双拱”的学说。日本的能田忠亮称这种学说为第二次盖天说。中国学者则把天圆地方说称为“周髀家说”，而把新盖天说称为“周髀算经说”。
新的盖天说主张：“天似盖笠，地法覆盘。天地各中高外下。”
天穹犹如一个斗笠，大地像一个底朝天倒放着的盘子。《周髀算经》说天穹与大地的中央都比四周高六万里，天与地相距八万里，可见天的曲率与地的曲率相同。这种学说的实质是：天拱地拱，天曲地曲，这在“圆则俱圆”的道路上迈出了可喜的一步，天地也显得比较和谐了。从平直大地到拱形大地，是古代中国人对大地形状认识的一个重大发展，是向球形大地观念前进的过渡形态。拱形大地的认识，在大海中航行时比较容易获得直观印象。许多生活在地中海流域的古希腊罗马的学者都乘船到过埃及，而生活在黄河流域的中国天文学家，却很少能横渡重洋，直接获得水面弯曲的印象。直到1839年华蘅芳才在送表弟出洋的诗中说：“经过赤道知冬暖，渐露青山识地圆。”
可是，新盖天说仍然难以回答旧盖天说所遇到的那个问题：太阳西落以后，又怎样回到东方来的？有人回答说：日月星辰根本没有东升西落的运动，这只是我们的感觉而已。因为天体都围绕北极星转，而北极星并不正好在我们头顶之上，所以天体在旋转时，有时离我们远，有时离我们近。近时我们就觉得它们在天上，看得很清楚；远时看不到，就以为它们落到地平线以下了。有人甚至说：太阳光最多只能照射十六万七千里的距离，太阳与我们的距离超过这个数字时，我们就看不到太阳了。所以日月星辰根本没有围绕地球做圆周运动，太阳也就不存在所谓东升西落的问题了。这种说法显然不能自圆其说。为什么恒星离我们比太阳更远，可是夜晚我们却看不到太阳，反而能看到满天星斗？月亮的盈亏又如何解释？至于阳光传播的极限是十六万七千里之说，更是无稽之谈了。
王充的平天说也遇到了类似的难题。王充（27～约100）说：“天平正与地无异。”他认为天地相接只是人的错觉：“平正，四方中央高下皆同，今望天之四边若下者，非也，远也。”“人望不过十里，天地合也，远，非合也。”
在他看来，日月星辰出没于地平线上下也是错觉，它们实际上只在天上打圈圈，并没有转到地下。天体转到西方的远处，看起来同地相接，我们就以为是西落了。“今视日入，非入也，亦远也。”这种说法很快就受到了东晋葛洪的批评。但王充把天体东升西落归结为错觉，并认为天地都是无限的，这都是合理的。
天体围绕北极旋转的现象，给中国古代天文学家留下了深刻的印象。这也许就是中国古代天文学很少明确讨论是地球围绕太阳转，还是太阳围绕地球转的问题的原因。
新旧盖天说的共同要害是只承认半个天球，这就破坏了宇宙的和谐、对称，从而也把上下、高低绝对化了。这说明中国古代天文学的美学色彩比较淡薄，不像毕达哥拉斯、柏拉图、亚里士多德那样反复讲宇宙的形状应当是完美的等等。也正因为盖天说只讲半个天球，而不去讨论另外半个的问题，所以它又没有犯地球中心说的错误。它虽然否定了大地的运动，但这个缺点在当时并不直接影响到它的命运。
从平面大地到拱形大地，再往前发展，就必然会得出球形大地的结论。“方则俱方，圆则俱圆”，这既是宇宙和谐性的一个表现，也是宇宙理论本身的逻辑一致性的要求。广义的方，包括平直的意思；广义的圆，包含球形的形状。天与地一圆一方，一是半个球，一是一块平面，这无论如何是不能说服人的。那么出路是“方则俱方”吗？想象方形的天，这同人的直观完全抵触。想象平面的天吗？平天说证明这条道路也很难走得通。因此出路只有一条：沿着“圆则俱圆”的道路前进。
但是，要做到这一点，必须先扫清一个思想障碍——抛弃半个天球的观念，承认天是个完整的球，确立“球则俱球”的原则。这个工作的确有人做了。战国时的慎到（约前395～约前315）就一反半个天球的说法，明确提出“天体如弹丸”，为浑天说提供了一个重要的思想来源。这样，人们在总结二十八宿等观测资料的基础上，就逐步确立了“天球”的概念。
那么，谁最早提出了“地球”概念的呢？郑文光与席泽宗认为，惠施（约前370～前310）提出了球形大地的最初猜测。惠施共留下10个命题，含义不很明确，很难对它作出确切的解释。郑、席二位认为其中的“南方无穷而有穷”，“我知天下之中央，燕之北，越之南是也”和“天与地卑，山与泽平”3个命题
，只能理解为大地是球形的，才有确定的含义。
浑天说的主要代表人物是东汉时的张衡（78～139）。张衡五六岁时就对星空怀有浓厚的兴趣，喜欢数满天的繁星，并要父亲教他星星的名称。东汉时期谶纬神学十分流行，它用迷信的观点来解释经书典籍，穿凿附会，并用来预卜吉凶。133年张衡向皇帝上疏揭露图谶的虚妄，说图谶是一些“虚伪之徒”为了升官发财而编出来的欺人之谈，建议“宜收藏图谶，一禁绝之”。由此他常受到打击、排挤。因为他曾发明一种能飞的木鸟，有人就嘲笑他：你既然能使木鸟飞起来，为什么不能使自己高飞呢？张衡一生发明制作了许多机械，如浑天仪、地动仪、候风仪、指南车、记里鼓车等。他又是一位文学家，曾用10年的时间写下了著名的《二京赋》。他去世时，好友称他“数术穷天地，制作侔造化”。郭沫若先生对他的评价是：“如此全面发展之人物，在世界史上亦所罕见。”月亮上的一座环形山就是以他的名字命名的。
他在《灵宪》一书中探讨了天体的演化问题。他认为天体的演化过程分为三个阶段：第一阶段称“溟涬”，这时只存在着空间，什么物质也没有，但存在着事物发展的规律。第二阶段称“庞鸿”，这时从无中产生了各种元气，互相混合在一起，元气不断运转，所以界限不明，混沌不分。第三个阶段称“天元”，这时元气逐渐分开，清者在外形成天，浊者在内形成地，“天成于外，地定于内”。天为阳气，地为阴气，二气相互作用，就形成了万物。可是最初的元气又是从何而来的呢？他不能回答这个问题，就认为来自于“无”。
他对七曜（日月与五大行星）运动速度的不相等，提出了一种解释：“近天则迟，远天则速。”就是说离地球近的就运转得快，离地球远的就运转得慢。他还根据七曜运动的慢快或远近，将七曜分为两类：一类“附于月”，属阴，包括月亮、水星和金星；另一类“附于日”，属阳，包括太阳、火星、木星和土星。
此外，他还认识到月亮本身并不发光，而是反射太阳的光。“夫日譬犹火，月譬犹水，火则外光，水则含景”，形象地把日月比作火与水，火能发光而水能反光，所以“月光生于日之所照”。他也认识到月食是由于地球的影子遮住了月面。他说：“当日之冲，光常不合者，蔽于地也，是谓暗虚。在星则星微，遇月则食。”
在《浑天仪》中，张衡提出了明确的浑天说观点。他写道：“浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡中黄，孤居于内，天大而地小；天表里有水，天之包地，犹壳之裹黄。天地各乘气而立，载水而浮。”“天盖地”变成了“天包地”。这是一种地心说。他肯定了天球的存在。但这个天球不是正球形，而是椭球形。他还提出了天球的直径问题：“八极之维，径二亿三万二千三百里，南北则短减千里，东西则广增千里。自地至天，半于八极。”
“宇之表无极，宙之端无穷。”可见他的天球同宇宙还不完全是一个概念。
关于大地形状的问题，《灵宪》的说法同《浑天仪》不一致。在《浑天仪》中，张衡把大地比作蛋黄，可是在《灵宪》中他又说：“天体于阳，故圆以动；地体于阴，故平以静。”这岂不是又主张天圆地平了吗？有一些浑天说者也曾提出大地既不是一个球，也不是一块简单的平面，而是一个半球，上平下圆，正好填满天球的下半部，地中（大地的中央）就在阳城。这种说法在逻辑上可以看作是从盖天说到浑天说的一种过渡形式，是科学思想进化过程中的一种中间类型。张衡著作中的这种“地体于阴，故平以静”的说法，也可以看作进化中的“旧器官的痕迹”。张衡的主要倾向还是认为大地呈球形，他对月食成因的解释就说明了这点。
三国时的王蕃（228～266）也是一位重要的浑天说者。他在《浑天象说》中指出：“天地之体，犹如鸟卵，天包于地外，犹卵之裹黄，周施无端，其形浑浑然，故曰浑天。其术以为天半覆地上，半在地下，其南北极持其两端，其天与日月星宿斜而回转。”既然天地的形状都像鸟卵，怎么会半个天在地上，另半个天在地下呢？可见上下的观念在古代是根深蒂固的，因为重物下落是常见的现象。
浑天说的实质是彻底贯彻了“方则俱方，圆则俱圆”的原则，提出了天球套地球的思想，简单讲来就是“球则俱球”。盖天说是上下二维结构，浑天说则是内外三维结构。这就是浑天说的精华所在。这样在人们看来，宇宙就完美和谐了。在这一点上，浑天说的确比盖天说前进了一大步。
但浑天说也有一些理论上的困难。
第一，若大地为球形，则水面也应当是球形，可是这同水成平面的直观印象不一致。所以许多浑天说者也不得不承认，大地虽然是球形的，但水面还是平的。这显然是不和谐的。
第二，球形大地是个庞然大物，为何能悬在空中？浑天说的核心是球中套球，因此这个问题也就成了浑天说的要害。有的浑天说者就解释说，地球之所以不下落，是因为天球内盛满了水，地球就浮在水上。初唐诗人杨炯在《浑天赋》中说：“天如倚盖，地若浮舟。”把地球比作在水面上漂浮的小船。这种解释虽然勉强回答了地球为何不下落的问题，并把大地的球形与水的平面结合在一块了，可是为什么漂浮于水上的地球不会与四周盛水的天球相碰？是什么力量系住了这艘庞大的“浮舟”？这又是浑天说者无法解释的难题。
第三，既然天球的下半部盛满了水，那么天体运转到水平线以下时，就要在水中通过了。太阳是个大火球，怎么能穿水而过？王充就曾提出这个问题：“天行地中，出入水中乎？”
于是有的浑天说者就解释道：天是阳物，同龙相似，所以可以出没水中。在关于气的学说广泛流传以后，有的浑天说者就把地浮于水修改为地浮于气。宋代的唯物主义者张载（1020～1077）说：“地在气中。”“地有升降，日有修短。地虽凝聚不散之物，然二气升降其间，相从而不已也。阳日上，地日降而下者，虚也；阳日降，地日进而上者，盈也；所以一岁寒暑之气候也。”
即地球浮于气上，气之升降造成了地球的升降和四季的变化。他把地球比作大气中的一个气球，由于气的盈虚，造成了地球与太阳距离的变化，从而形成了不同的季节。张载认为地球浮于气中，这点又同宣夜说一致。
第四，有的浑天说者认为大地是一个平面，中央称“地中”。可是地中在何处？汉代取阳城，唐代取浚仪。有说在昆仑山，又有说在广东某地。地点不一，又相隔千里，如何叫人相信？有的浑天说者认为圆地直径正好同天球直径相等，那天体如何能转到地下？于是张衡提出天球在东西方向比南北方向长一千里，刚好能使天体自由通过，因为当时盖浑二家有许多人认为日月的直径都是一千里。这个设想虽巧，但没有天文观测资料支持。
浑盖二家进行了长期的争论，总的趋势是浑天说占优势，因为它同天象观测较为一致。汉代的扬雄（前53～18）从盖天说转向浑天说，并提出了“难盖天八事”，生动体现了浑天说的生命力。另外，盖天说支持了天尊地卑的说教，浑天说则主张“圆则俱圆”，看不出天有什么特别之处，这在历史上是有进步意义的。
综观浑盖二家，各有长短。盖天说没有地心说的错误，但却否认了大地的运动；浑天说往往承认大地的运动（地球浮于水上就会游动），却又有地心说的味道。浑盖二家又有一个共同之处，都承认天有形，或像一个盖子，或像一个鸡卵。
彻底否认天球存在，打破天有形观念的是宣夜说。
何谓“宣夜”？东晋虞喜说：“宣，明也；夜，幽也。”此说相传出自殷代。《晋书·天文志》写道：“宣夜之书亡，惟汉秘书郎郗萌记先师相传云：‘天了无质，仰而瞻之，高远无极，眼瞀精绝，故苍苍然也。譬之旁望远道之黄山而皆青，俯察千仞之深谷而窈黑。夫青非真色，而黑非有体也。日月众星，自然浮生虚空之中，其行其止皆须气焉。是以七曜或逝或住，或顺或逆，伏见无常，进退不同，由乎无所根系，故各异也。’”“天了无质”，直截了当地否定了天有形的观念，冲破了天球的界限。天无色、无体，只是因为离我们太远，所以看起来好像有色、有体。正如魏晋时的杨泉所说：“地有形而天无体。”
“高远无极”，否定了天球，承认宇宙的无限性就是十分简单明白的事。“日月众星，自然浮生虚空之中，其行其止皆须气焉。”既然天无形无体，当然就不需要任何有形有体的东西来支撑它了，从这个意义上说，天体自然浮生虚空之中，但又不是真正的虚空，而是飘浮在气中。“或顺或逆，伏见无常，进退不同，由乎无所根系，故各异也。”因为天体都飘浮在气中，没有什么东西系住它们，所以它们可以自由地做各种不同的运动。
宣夜说的核心是抛弃天球概念，明确主张宇宙的无限。但它仍然遇到了盖浑二说都遇到的难题：为何天体能浮于气中而不下坠？东晋时的张湛解释说：“日月星宿亦积气中之有光耀者。只使坠，亦不能有所中伤。”
日月星辰也是气，不过是能发光的气，所以它坠落也不会损坏。实际上气浮于气中，也就不存在下落的问题了。
东晋的虞喜（281～356）基本上是宣夜说者，他为了解决宣夜说的这个难题，就提出了安天说。他写道：“天确乎在上，有常安之形；地魄焉在下，有居静之体。”
至于天为什么会安定，他也没说出个道理，只能起一种心理上的安慰作用。没有科学的万有引力理论，是根本不可能弄清天地日月之间的关系的。此外虞喜又说天在上，地在下，这本身又违背了宣夜说的基本精神。虞喜大约是中国古代天文学家中最富有宇宙和谐性思想的人。在上述引文的后面，他紧接着写道：“方则俱方，圆则俱圆；无方圆不同之义也。”这个观念可以看作是引导中国天文学家从盖天说转向浑天说的路标。
盖浑宣三说，从认识发展的内在逻辑次序来讲，应当是盖天说在先，宣夜说在最后。三说之中，宣夜说比较接近现代的宇宙理论。这是一个曲折的发展过程：从平面大地到拱形大地再到球形大地，这是对地的认识；从半个天球到整个天球再到否认天球，这是对天的认识。天球概念被抛弃了，地球的概念却被牢固确立了。
西方的地心说与地静说是联系在一起的，在中国古代却不是如此。盖天说不是地心说，但却是地静说。既然大地被天穹盖住，它也就无法运动了。浑天说虽有地心说的缺点，但却有地动的观念。
成书于秦汉之际的《黄帝内经》就提出了地动的思想：“上者右行，下者左行，左右周天，余而复会也。”意思是说天向右旋转——从东向西；地向左旋转——从西向东。李斯在《仓颉篇》中说：“地日行一度，风轮扶之。”西汉末年的纬书中载有更加丰富的地动观念：“天左旋，地右动。”
“地动则见于天象。”
由天之动可看出地之动，即通过天象的观测可以认识到地球的运动。“地有四游”，“地恒动不止，而人不知，譬如人在大舟中，闭
而坐，舟行不觉也。”
南朝梁元帝诗曰：“不疑行舫动，唯看远树来。”佛教《圆觉经》曰：“云驶月远，舟行岸移。”这已经相当清楚地把运动相对性原理表达出来了。
地球为什么会运动呢？在中国古代这一问题主要是由哲学家来回答的。张载提出了一个说法：“地气乘机右旋于中。”即大地的旋转是由气的旋转造成的，类似于后来法国笛卡儿的以太旋涡学说。他还进一步指出：“凡圆转之物，动必有机。既谓之机，则动非自外也。”
这既说明了物体本身有运动的源泉，又说明了凡在做圆周运动的物体，都能自行维持这种运动，而不需要外面作用的推动。这个说法又同亚里士多德的天体的圆周运动是自然运动的说法十分接近。这说明各个民族的思维发展，具有一些共同的规律。
中国古代宇宙理论总体上属于古代天文学的第一个阶段——用常识解释常识，主要是思考天和地的形状及其位置关系，提出静态的宇宙模型。盖天说、浑天说都没有专业术语，只有日常器物和动物的名称，如“张盖”、“棋局”、“笠”、“盘”、“弹丸”、“鸡子”等，用“如”、“似”、“法”这些词来表示常识之间的相似关系。宣夜说则开始用非常识来解释常识。