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行的观测表明，它径直穿过了被认为是形成天空的不可刺透的透明天球。于
是，天球的真实性便成了问题。著名的天文学家布拉赫·第谷因此而表示，
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他再也不相信天球的存在了。天文学界出现了一种倾向，认为“天文学彻底
革新”的时机已经到来。有人认为，需要有一种既不是哥白尼体系而又能取
代托勒密体系的新假说；也有人指出，应该有一种比托勒密和哥白尼的观察
更好的观察。
正是在这一背景下，一些卓越的学者在理论阐述或实际观测方面发展或
完善了哥白尼的学说。而从另一角度来说，哥白尼学说在真正对天文学产生
根本性影响之前，也还需要经受批评和考验。
（2）布鲁诺的宣传和超越
①接受和发展日心说。乔尔丹诺·布鲁诺（1548—1600年）是文艺复兴
时期反对经院哲学的思想家，也是天文学家和数学家、哥白尼学说最早的支
持者之一。
1562年，布鲁诺到那不勒斯学习古典文学、逻辑和雄辩术，三年后进入
修道院，成为多米尼克派修士，并继续学习和研究。在文艺复兴精神的影响
下，布鲁诺形成了非正统观点。1576年，由于阅读异教书籍和谈论异教思想，
地方教士要审判他。于是，他先逃亡罗马，后又到日内瓦，并转而信奉加尔
文派。但新教同样是不容异说的，布鲁诺在日内瓦曾因自己的观点而遭拘捕。
1581年，他来到巴黎。当时天主教正与胡格诺派斗争，他被法王亨利三世任
命为王室神学教师。次年去伦敦，在牛津大学作了一系列演讲，阐述哥白尼
的学说，批驳托勒密的体系和亚里士多德的观点。
布鲁诺摒弃了地心说，宣传哥白尼关于地球是绕太阳旋转的行星的思
想，并比哥白尼更进一步，超越了他关于恒星固定在一个以太阳为中心的天
球上的观点。他认为，宇宙在时间和空间上是无限的和永恒的，宇宙没有中
心，太阳系只是其中的一个天体系统；恒星之间有着极大的距离，它们散布
于无限的宇宙之中，以它们为中心，存在着无数象太阳系一样的体系。他还
预见到，太阳围绕着它自己的轴转动，太阳系的行星数量不止已知的那些，
地球的两极呈扁平状等等。
布鲁诺宇宙观的基础，是认为“物质”和“形式”紧密结合为“一”。
他指出，统一的物质实体是宇宙万物普遍的、共同的本质，是万物的本原和
原因；不存在宇宙之外的别的推动力量，宇宙便是其自身运动的原因。
1584年，布鲁诺先后出版了《论无限性、宇宙和诸世界》等三种著作，
系统地论证了日心说理论的真实性，阐述了宇宙是无限的观点，全面地批判
了亚里士多德物理学。
②为真理献身布鲁诺是近代科学革命的哲学代表，他强调，自然界是唯
一的认识对象，而只有理性才能真正认识自然，只有最符合于自然真理的哲
学才是最好的哲学。他指出，真理并不存在于感觉之中，譬如，在人们的感
觉中，地球不动而太阳在围绕地球运转，但这只是一种错觉。布鲁诺也是近
代科学的殉道者，他认为，为了追求真理和美好的事物，应该具有牺牲精神，
如果个人在追求真理过程中遭受危难和不幸，从永恒的观点来看，可以被认
为是善事或引向善的先导。
布鲁诺的言论对教会权威和经院哲学构成了重大威胁，甚至在较为自由
的英国也不能被容忍。1585年10月，布鲁诺回到巴黎，同天主教徒公开论
战。随后，他离开巴黎去德国，1588年出版了一本宗教哲学方面的著作，主
张所有宗教在互相了解和自由辩论的基础上和平相处。1591年8月，布鲁诺
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回到意大利，次年5月因宣扬异端的罪名而被捕受审。由于布鲁诺坚持自己
的信念，在被监禁8年之后，教皇克莱芒八世下令，将他处以死刑。 1600
年2月17日，布鲁诺被宗教法庭烧死在罗马鲜花广场。在临刑之际，布鲁诺
依然宣称：“火并不能把我征服，未来的世界会了解我，知道我的价值的。”
（3）第谷的观测
在16世纪下半期，编制出能准确表示行星实际运动的星表，是不少天文
学家努力追求的目标。第谷（1546—1601年）便是这些天文学家中最著名的
一位。
①心向天空。第谷于1546年12月14日出生于一个丹麦贵族之家，13
岁时就进入哥本哈根大学。在他的学习科目中，除了语法、修辞、逻辑和音
乐外，还有几何、天文和算术。1560年8月21日，他惊奇地看到了一次在
预报时间发生的日全食，从而对天文学产生了强烈兴趣。于是，他白天在学
校上课，而把晚上的部分时间用于观测星空。1562年，他到莱比锡大学学习
法律，但仍迷恋于天文学。1563年8月17日，他第一次作了天文观测记录，
描述了木星与土星相合的情况。借助于极为简陋的观测器材，第谷发现，根
据已有星表计算出的行星位置与实际观测到的行星位置之间存在着偏差。这
使他下决心献身于天文观测工作。从此，他开始了长期而又系统的观测，以
编制一个精确可靠的星表。
在欧洲各地游学数年之后，第谷约在1570年回到丹麦。1572年11月，
他遇到又一次重大的天文事件：发现仙后座中出现了一颗亮度超过金星的新
星。在这颗新星可见的约一年半时间里，他不断跟踪它的亮度和色彩的变化，
反复地测量了它与其他星体的角距。根据观测结果，他发表了一篇《论新星》
的文章。他指出，这颗新星相对于周围的恒星没有明显的周日视差，而且它
也没有象行星那样的自身运动，因此，它应当是在极远的恒星区域。这一结
论具有十分重要的意义，因为在当时，亚里士多德的宇宙学教导说，恒星区
域是不可能发生物理变化的。
②从尤拉纳斯堡到布拉格。第谷成了享誉欧洲的天文学家。 1576年，
丹麦国王腓特烈二世 （1534—1588年）为把他留在丹麦而赐给他一笔经费，
让他在文岛建立天文台。第谷把他在文岛上建造的城堡称为尤拉纳斯堡——
天上的城堡。他和他的家庭从1576到1597年在这里住了20多年。在尤拉纳
斯堡，除了有一些天文观测室外，还有图书馆、仪器制造厂、印刷厂和化学
实验室，并且集中了一些能工巧匠。在自己的孩子们和助手的帮助下，第谷
进行了长期的系统而又有规律的天文观测。他使用的仪器已是当时可能有的
最好的仪器，但仍然是比较简单的。他借助于这些仪器，用肉眼观察天空。
1577年，通过对大慧星的观测，他又一次证明，慧星离地球肯定比月球遥远
得多，因为慧星没有显示出明显的周日变化。在他于1588年出版的《论天上
世界的新现象》一书中，详细叙述了他对慧星的观测和结论。当时的尤拉纳
斯堡成了欧洲天文研究和发现的中心。
在1588年腓特烈二世死后，第谷从王室得到的资助越来越少，尤拉纳斯
堡的维持也越来越困难。1597年，第谷最终离开文岛前往德国。在汉堡，他
写了一本名为《力学重建的天文学》的书。1598年，德皇鲁道夫二世（1552
—1612年）邀请他到布拉格，并于次年资助他在布拉格附近的一个城堡建立
天文台。1600年，第谷邀请年轻的德国天文学家刻卜勒当自己的助手。但是，
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他在布拉格还未来得及进行系统的工作，就于1601年10月24日去世了。
③无与伦比的观测者。第谷对于精密天文学的一系列问题作了深入的研
究。在16世纪最后的20多年中，他在实践中使用了望远镜出现之前所有可
能的观测方法，极大地改进和完善了观测仪器。他的观测结果达到了光学仪
器被应用于天文观测之前的最高精度。据此，他确定了许多重要的天文学常
数，编录了一千颗恒星的位置。他跟踪行星运动的整个过程，而不仅是在这
些行星轨道的某些特定位置分辨出它们。
第谷采用了反复观测的方法，力求把误差减小到最低限度。在他的星表
中，标准星座标的误差率只有25秒左右。由于意识到任何精密的仪器都难免
造成误差，他通过组合观测的方法，测出误差并以此修正由该仪器测得的结
果。他还注意到大气折射对观测精度的影响，并力图加以修正，编制出了最
早的大气折射表，虽然他对折射产生的影响估计有误。
在理论上，第谷既没有完整地继承托勒密，也没有全面地接受哥白尼，
而是提出了自己的折衷性体系。他没有放弃地球在宇宙中心静止不动的观
点，认为有关地球在运动的说法违背了亚里士多德的物理学，如果地球是旋
转的，那么一枚朝地球旋转方向发射的炮弹将比朝相反方向发射的炮弹射得
更远，而这种情况是不存在的；此外，如果地球绕太阳运动，那么恒星的视
位置应产生周年视差移动，但这种移动尚未被测出，即便存在也肯定极小，
以至于恒星只能位于离地球遥远到难以置信的距离。正是由于拘泥于上述认
识，他认为沉重静止的地球位于宇宙中心。但在他的体系中，围绕地球转动
的只有太阳和月球，而水星、金星、火星、木星和土星等行星则是绕着太阳
运动的。通过自己的体系，他既证明了托勒密体系的缺陷，也指出了哥白尼
体系的不足。
尽管第谷本人没有直接发展哥白尼的学说，但他对积累天文现象所作的
贡献是空前巨大的，他的卓越观测成果，为刻卜勒的工作奠定了基础。
（4）刻卜勒的研究
1601年，第谷临终时把大量宝贵的观测记录传给了年轻的助手刻卜勒
（1571—1630年），希望他利用这些资料改进天文图表，进而证明第谷的理
论。但刻卜勒日后取得的成就，远远超出了这个范围。
①《宇宙的奥秘》。刻卜勒出生于符腾堡，父亲曾任职于当地新教教会。
他在少年时进入符腾堡隐修院学习，曾把当牧师作为理想的职业。1587年开
始，他就读于蒂宾根大学，在这里听了赞成哥白尼日心说的麦斯特林教授的
天文学课程，并因此而成了哥白尼学说的信徒。1591年，他获得硕士学位。
为了谋生，他于1594年中断了在蒂宾根大学的神学课程，到奥地利南部的格
拉茨地方担任路德派学校的数学教师。他同时还编写占星历书，以贴补生活
之需。
刻卜勒的思想中具有毕达哥拉斯神秘主义的某些痕迹，他认为自然界具
有数学的简单性，行星是依照几何定律运动的。1596年，他出版了自己的第
一本著作—《宇宙的奥秘》。该书以5种正多面体的几何结构，来解释当时
已知的包括地球在内的6大行星与太阳的距离。作为哥白尼的信徒，他希望
自己的构想能够证明哥白尼的学说。他甚至在做这项工作时不断地祈求上
帝，“如果哥白尼说的是真的，那就让我成功吧！”他进行了大量的计算，
以验证自己的想法是否与哥白尼的轨道理论吻合。根据上述构想计算出的结
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果，与通过实际观测推算的距离基本相符，虽然并不完全一致，但刻卜勒认
为这是观测的误差所致。这本在哥白尼的《天体运行论》问世50多年后出版
的著作，是对哥白尼体系所作的第一次重要的公开辩护，但刻卜勒也修正了
哥白尼。他在确定行星轨道时，不是以地球偏心轨道的中心为参考，而是以
太阳作为参考，因为据此得出的数据与他的正多面体结构的构想更为吻合。
《宇宙的奥秘》出版后，刻卜勒把它寄给了第谷，并由此而同他建立了
通信联系。刻卜勒在书中表达的关于宇宙和谐的思想，受到第谷的赏识。1600
年，刻卜勒到布拉格同第谷会面，并留下来为第谷整理行星观测资料。第谷
逝世后，刻卜勒把根据这些观测结果编制准确的星表和探索与哥白尼学说一
致的行星理论作为自己的任务。前一项任务于1627年取得了结果，刻卜勒编
制出了望远镜出现之前最好的星表，它以第谷和刻卜勒的保护人鲁道夫二世
皇帝的名字命名，称“鲁道夫星表”。后一项任务的进行，则导致了宇宙天
文学的重大突破。
②发现行星运动定律。在探索行星运动规律时，刻卜勒注意到，太阳不
仅位居中心，而且也是力量的中心。他起先认为，太阳有一个“运动精神”，
它推动行星沿着各自的轨道运动，行星离太阳越近，受太阳运动精神的影响
也就越大。后来，他对上述表达作了一个重大的修改，即用“力量”一词代
替了“运动精神”的提法，从而使自己的天体物理体系的意义更加完整，并
因此而使得对宇宙的解释从有机转向机械。刻卜勒指出，很有可能，“天体
机器并非神圣的有机体，而只是一个时钟结构……因为各种各样的运动是通
过物体的一个单一而十分简单的磁力产生的，正如钟内的所有运动都只是一
个十分简单的钟锤所产生。”他的这一思想大概受到了英国科学家威廉·吉
尔伯特（1544—1603年）的影响。吉尔伯特在1600年出版了关于磁性研究
的著作，其中有关于地球是一个巨大球形磁场的思想。
刻卜勒的最大成就，是发现了行星运动的三大定律。
刻卜勒对火星的运动进行了长时期的艰苦研究。他在用哥白尼的匀速圆
周运动理论计算火星轨道时，得出的结果同第谷的观测数据至少相差 8弧
分。这个误差在当时条件下不算很大，但刻卜勒相信第谷的观测误差不会大
于4弧分。于是，他放弃了行星作匀速圆周运动的理论，而在反复计算之后
得出了新的结论：行星绕太阳运动的速度是变化的，其轨道是椭圆形的曲线。
1607年10月，刻卜勒在给友人的信中表示，在他即将出版的书中将提
出一种新的哲学或天体物理学，以取代亚里士多德的天体神学或形而上学。
1609年，他的《新天文学》一书出版，他认为，此书探索的是“运动的自然
原因”。而在他之前，还没有人用天体力学去解释行星的运动。这是一项具
有革命性意义的研究。以前，天文学只是为了产生一种能使行星位置与观测
一致的天体几何学；而刻卜勒的目标是寻找天体运动的真实物理原因，而不
仅仅是去发明或修正几何结构。
在《新天文学》中，刻卜勒提出了火星运动的两条定律：1。火星的轨道
是一个以太阳为一焦点的椭圆；2。太阳到火星的矢径在相等的时间内扫过相
等的面积。随后，他把这两条定律推广到其他的行星、月球以及木星的一颗
卫星。
1619年，刻卜勒又在《宇宙和谐论》中提出了他关于行星运动的第三条
定律：各个行星运行周期的平方与其离开太阳的平均距离的立方成正比。在
这里，运行周期指的是行星沿轨道运行一周所需的时间，离太阳的平均距离
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指的是行星绕日运行椭圆形轨道离太阳的最大距离与最小距离之和的一半。
用刻卜勒三定律计算出的行星轨道与第谷的观测是吻合的，与近代观测
的结果也是一致的。全部九大行星——包括当时尚未发现的——都是按照这
三个定律而围绕太阳旋转的。
刻卜勤极大地发展了哥白尼的学说。事实上，到最后他除了保留哥白尼
的两个最基本观点——太阳静止地位于中心以及地球自转和公转——之外，
几乎放弃了哥白尼学说中所有别的东西。他不仅建立了一个新的宇宙天文学
体系，而且为整个天文学提供了一个新的动力学基础。行星运动定律的发现，
成为后来牛顿万有引力概念产生的基石。
刻卜勒的个人遭遇是令人同情的，伴随他走完人生旅程的，基本上是贫
困、孤独和疾病。但他在逆境中奋斗不息，为天文学和物理学的革命作出了
卓越的贡献。
（5）伽利略的发现
当刻卜勒正在孜孜以求地计算行星轨道、进行天文学理论的改造之时，