第一章 星空下的沉思 汝聞人籟而未聞地籟，汝聞地籟而未聞天籟夫！ ──《莊子‧內篇‧齊物論第二》 假如我們未曾見過眾星、太陽、穹蒼，就無法說出任何描述宇宙的字眼。既然我們目睹了白 晝與黑夜，也目睹了歲月的更替，於是人類有了數字、時間觀念、以及探究宇宙本質的能力 ；以此為基礎，我們導出了哲學，這是眾神給予凡人的最大恩賜。 ──柏拉圖（Plato, 427-347 B.C.） 人類老祖宗所想像的天空是在離頭頂不遠處；因此，當古代的蘇美人、中國人及高麗人的天文學家沿著階梯爬上石砌的廟塔觀察星象時，乃理所當然地以為取得了有利的觀測位置。他們之所以這樣認為，並不是如我們今日所說的可以避開一些塵埃和亂流的影響，而是他們覺得在廟塔上面更加靠近眾星。在古埃及人的心目中，天空像一頂帳篷，以四座標示著大地四個角落的山撐起；既然山的高度都是有限的，天空也應該不會太高；古埃及夜空中一些巨大的星座就在人類頭頂上方不遠處遊走，猶如慈母俯身親吻睡夢中的小孩。古希臘人的太陽也很近，因此在希臘神話中，當伊卡魯斯只飛到幾千英尺高度時，太陽的熱就把他翅膀裡的蠟熔化掉了，這可憐的小孩遂墜入無情的愛琴海中。古希臘人的眾星辰也高不了多少；當太陽神阿波羅之子費爾頓駕駛太陽失控時，就像一輛撞到路標的馬車一般，衝進群星之中，然後彈回地面（一路掉下來時，還將所有衣索匹亞人烤得焦黑）。
其實，只要我們的老祖宗對空間的深邃稍微有點概念的話，就能充分理解恆星和行星在天空中畫出的二維運動，並終究會思考到第三維度。自古蘇美人的時代，也許更早，就有一批夜空學習者願意花上整晚的時間，透過一排石頭、或木製的四分儀、或手指頭，極目眺望星空，並將所見景象一五一十記錄下來。這是一件既孤獨又繁瑣的差事，但他們仍不厭其煩地做下去，究竟圖的是甚麼？
動機之一，或許跟人類想要表達自身與眾星之間關係的蒙昧渴望有關，這種神祕的願望從古至今始終未曾間斷。正如哥白尼（Nicolaus Copernicus, 1473-1543）所言，崇拜星辰的思想早已深植人心，因此也反映在人類語言當中。他寫道：「既然天上擁有所有上好事物，那還有甚麼比天更崇高的？我們從文字就可以很清楚看出這一點：『天』（Caelum）的希臘文原意是『精心雕琢』，而『世界』（Mundus）是『純潔、高雅』之意。」蘇格拉底（Socrates, 470-399 B.C.）本人雖然漠視天文學，但也承認觀察天空有助於靈魂的「淨化與昇華」。
另外也有實用上的動機，航海就是其中之一：水手觀測北極星的高度即可推知船隻所在的緯度；同時，由眾星的位置也可推知當時的時間。早在文字發明之前，眾水手就已充分體認到觀星帶來的種種好處，而將它們納入詩歌和神話中。荷馬的史詩裡提到「熊不沾水」，正是轉述自水手的航海知識，也就是從地中海的緯度觀之，大熊座（Ursa Major，內有北斗七星）一直繞著北極附近轉，但永遠不會沉到海平面下。
另一個實用上的動機是計時的需要。古時候的農夫學會利用天體的運動來當時鐘和日曆，然後參考刻在木頭或石頭上的曆書，即可知道何時播種、何時收成。赫西俄德（Hesiod，西元前八-七世紀）是最早有詩作傳世的古希臘詩人之一，他留下了許多教人如何由觀察天象而知節氣變化的訣竅：
當偉大的獵戶座初升時，要指派你的奴隸們 在有風的老舊打穀場上， 簸篩狄米特（Demeter，司農業的女神）所賜的穀物…… 然後讓奴隸們休息，並解下牲口身上的軛。 但當獵戶座（Orion）和天狼星（Dog star）升至天頂， 大角星（Arcturus）和英仙座（Perseus）與朝霞相遇時， 要採收成串成串的葡萄，運回家裡…… 當偉大的獵戶座下沉時，又到耕作的季節了； 不用說，舊的一年已過去。 在農耕時代之前的狩獵 - 採集時期，人類也是利用天象來當日曆。誠如一位美國加州卡惠拉族印地安人（Cahuilla Indian）所告訴研究人員的：
族中長老經常注意天象，藉以瞭解每個節氣何時到來。他們聚集在舉行祭典的屋子裡，爭論某些星星何時會出現，而且經常為此打賭。這是一件大事，因為某些星星的出現各自代表不同作物生長的節氣。經過好幾個晚上的仔細觀察，當某一顆星星終於出現時，長老們會衝出來，大吼大叫，還會跳起舞來。假若是在春天，這種歡樂氣氛會更誇張，因為……現在他們可以在山裡面找到某些植物。還未看到某一顆星星之前，他們絕不會上山，因為他們知道在這之前是不會找到食物的。
在千百種古老的計時工具當中，英格蘭石柱群（stonehenge）是其中之一，它可動的部分都在天上。埃及吉薩（Giza）大金字塔係對準北極星而建造，很可能當時埃及人是由金字塔影子的位置來判讀各種節氣。居住在墨西哥猶加敦（Yucatan）的古馬雅人則在石碑上刻了許多公式，來預測日蝕和金星隨太陽升起的時間（金星隨太陽在東方同步升起時，稱為「晨星」）。北美大草原印第安人則根據石製藥輪（medicine wheel）上的標示來判定當季的明亮星辰，並根據結果通知族裡的遊牧建築師傅前往下一個季節的放牧區搭篷。北美夏安族（Cheyenne）和蘇族（Sioux）印第安人巫師作法帳篷所用的二十八根竿子，據說是用來標示陰曆一個月的天數。
早期人類卯足全力想找出天空中的週期運動，也很可能與政治權力的攫取有關；一個人只要能預測些甚麼，就可以裝神弄鬼掌控他人。像是馬雅人的祭司因為控制了曆法，得以在硬碰硬的政治舞台上佔盡優勢；哥倫布（Christopher Columbus, 1451-1506）也曾嚇唬西斯班紐拉島（Hispaniola）上的印第安人，說如果不提供食物給他的船員充饑的話，月亮就會「震怒、著火，顯示上帝將要降災禍」。哥倫布的兒子費迪南在一五○四年二月二十九日的日記中描述了當晚的情況：
月亮初升時月蝕就開始了，而且蝕相隨著月亮的上升而增加；印第安人見狀大驚，大伙兒驚叫、哀號，紛紛拿著貢物由各方朝船隊奔來，乞求司令官（哥倫布）務必替他們向上帝求情，因為他沒有讓他們深切感覺到招怒祂的後果，並且保證以後一定會充分滿足司令官的要求，絕不敢怠慢……。從此之後，他們就一直戰戰兢兢地提供我們一切的必需品，而且隨時稱頌基督徒的上帝。
不過，隨著史前時期天文學家對夜空中各種週期運動的瞭解愈多，也愈發證明了這些運動的複雜性。這些週期運動看似單純--他們知道，月球繞一圈黃道十二宮需要二十八天，太陽是三百六十五又四分之一天；肉眼可見的行星方面，跑得快的水星需八十八天，慢吞吞的土星則需二十九又二分之一年。但令他們大惑不解的是，行星偶爾會在軌道上停下來，然後又往回走--也就是後來所稱的「逆行」（retrograde）現象，而且各行星的軌道都相互傾斜，就像一疊參差不齊的碟子；他們也發現，地球的天球北極（north celestial pole，即自轉軸指向北方天空的一點）會進動（precession），緩慢地在天空中畫出一個圓，而畫完這個圓需時整整二萬六千年。
要解釋這些複雜的現象，我們必須認清，人類據以觀察行星的地球本身就是一顆運動中的行星，而當時人們並不知道這一點。這是由於地球除了繞日公轉之外，同時也繞一傾斜的軸自轉，因此即使在同一緯度觀察，任何星球東升西沉的時間每晚都不相同；況且，地球緩慢的進動也一直在改變天球北極的位置。逆行現象則是地球與其他行星各自漫遊的結果；地球像內跑道的跑者，當它在趕過其他原來領先的外跑道行星時，會看到這些行星突然在天空中退縮不前，然後向後倒退。另外，由於各行星的軌道都互相傾斜，因此從地球上觀之，行星除了東西向的運動之外，還加上南北向的蜿蜒蛇行。
這些複雜的現象對當時的人而言似乎是禍不是福，但長遠來看，它們對宇宙學的發展卻是福不是禍。假如天體運動都很單純，那麼很可能只要用早期宇宙學那些簡單的想像故事來應付就可以了。但事實證明，所有天文現象是既錯綜複雜又精巧微妙，我們若不徹底探討太陽、月球、及所有行星在真實的三維空間裡如何運動、並在何處運動，是無法精確預測天文現象的。真即是美，但美的東西未必為真：古代蘇美人想像所有星辰每天西沉之後，都會沿著一條地底河流由西邊游回東邊；這種觀念美則美矣，但若想利用它來預測火星何時會逆行，或者月球何時會掩蔽木星，可就一籌莫展了。
因此人們逐漸體認到，一個適當的宇宙模型不但內部結構必須完整，還能做精確預測，通過觀測數據的考驗。此一觀念的得勢，宣告我們的宇宙學已經開始脫離幼稚期。然而，建立正確宇宙模型的奮鬥過程，就像人由孩提長大成人一樣是苦樂參半，期間有努力、有徬徨、也有苦盡甘來的喜悅，而且剛開始的時候願意投入的人是少之又少。
