在以哥白尼、開普勒、伽利略為首的天文學(xué)家的努力下，人類對宇宙的認(rèn)識終于向著正確的方向邁進(jìn)了一大步，到了17世紀(jì)中葉的時(shí)候，大多數(shù)知識分子的頭腦中都已經(jīng)建立了這樣的一副宇宙圖像：太陽位于宇宙的中心，地球連同其他五顆行星，在橢圓形的軌道上圍繞著太陽轉(zhuǎn)。行星按照距離太陽由近到遠(yuǎn)依次是：水星、金星、地球、火星、木星、土星。在土星之外極為遙遠(yuǎn)的地方，還有一個(gè)恒星層，所有的恒星都位于這個(gè)恒星層中，恒星與太陽的相對位置固定不變。然而，2000多年來，卻始終有一個(gè)基本的不能再基本的問題困擾著人們，那就是：如果地球是一個(gè)球體，為什么“下面”的人不掉下去呢？

在英國，有一位23歲的青年人坐在蘋果樹下思索著這個(gè)古老的問題，那是公元1665年，青年的名字叫做艾薩克-牛頓。毫無疑問，牛頓是一個(gè)超級牛人。據(jù)后世的學(xué)者充分的考據(jù)，牛頓是這樣分配他一生的時(shí)間：三分之一用來研究《圣經(jīng)》的年代學(xué)，三分之一用來研究煉金術(shù)，剩余的三分之一時(shí)間用來順便研究一下物理、數(shù)學(xué)、天文等自然科學(xué)。牛頓還是一個(gè)怪人，他心胸不廣，氣量偏小，不愛說話，喜歡記仇。他有一個(gè)冤家叫胡克，年齡比牛頓大8歲，算是前輩，也是當(dāng)時(shí)英國大師級的科學(xué)家，并且掌管著英國皇家學(xué)會。但是這兩人互相看不順眼。牛頓有一句名人名言流傳的很廣：之所以我比別人看得遠(yuǎn)，是因?yàn)槲艺驹诰奕说募绨蛏稀：笕送门ｎD的這句話來說明一個(gè)人應(yīng)當(dāng)謙虛如牛頓。但實(shí)際上牛頓講這句話是為了諷刺長的矮小、駝背的胡克。

有一則幾乎人人都知道的故事是說，一個(gè)蘋果砸到了牛頓的頭上，于是他就像禪師一樣頓悟了萬有引力定律。但它的真實(shí)性是沒有依據(jù)的，聽聽也就算了。事實(shí)上牛頓思考這個(gè)問題用了很久的時(shí)間。他是從思考拋物體的運(yùn)動作為切入點(diǎn)的，他是這樣做思維實(shí)驗(yàn)的：假設(shè)自己站在一座高塔頂上，朝前方扔一塊石頭出去，那么石頭會以一根拋物線的軌跡掉落在地上。石頭能扔得多遠(yuǎn)取決于石頭出手時(shí)的初速度。

牛頓認(rèn)為，石塊同時(shí)具備兩種運(yùn)動，一種運(yùn)動是水平方向的有一定初速度的勻速直線運(yùn)動，另一種運(yùn)動則是垂直下落的加速運(yùn)動，現(xiàn)在把這種運(yùn)動合成在一起，就形成了一根拋物線的運(yùn)動軌跡。

他繼續(xù)想，如果水平初速度一直不斷地增大下去，會發(fā)生什么呢？因?yàn)榈厍蚴菆A的，當(dāng)石塊扔的“遠(yuǎn)”到一定程度，超過了地球的一半周長，那么石塊豈不是趨向于繞著地球轉(zhuǎn)一圈而回到原地嗎？

最終，牛頓的計(jì)算結(jié)果表明：如果石塊的水平初速度超過一個(gè)臨界值，那么，這個(gè)石塊將會一直繞著地球作勻速圓周運(yùn)動，停不下來，也不會再掉回地球上了。要維持這樣的一種運(yùn)動，石塊必須始終受到來自地球的一個(gè)很穩(wěn)定的，均勻不變的，而且是可以隔空作用的一個(gè)力，這個(gè)力指向地球的球心。牛頓把這個(gè)力稱之為“引力”。他還進(jìn)一步用高超的數(shù)學(xué)技巧推算出，這個(gè)引力的大小與石塊到地心的距離的平方成反比。能想到這個(gè)份上，已經(jīng)是相當(dāng)天才的表現(xiàn)了，但他的思考還沒有停下來，他還在繼續(xù)往下想。之前的那個(gè)石塊是牛頓思維的創(chuàng)造之物，并不真實(shí)存在，而且牛頓也沒有這個(gè)能力“扔出”這樣一個(gè)超級石頭。但有一天晚上，牛頓赫然發(fā)現(xiàn)，地球的周圍不是正好就存在著這樣一個(gè)石塊嗎？那就是頭頂上的那一輪明月。月亮就是一個(gè)被地球的引力牽著的“石塊”，它繞著地球做勻速圓周運(yùn)動，這恰好解釋了為什么月亮不會掉到地球上來。人為什么不會“掉出”地球，很簡單，地球的引力指向地心，每個(gè)人都被這個(gè)引力牢牢“抓在”地表上，雙腳指向地心。對，就是這么個(gè)道理。

但是，牛頓的思考還沒有停，這顆非凡的大腦還在繼續(xù)往下思索。月亮繞著地球轉(zhuǎn)是由于地球?qū)υ铝恋奈?，那么同樣的道理，地球和所有的行星繞著太陽轉(zhuǎn)動，說明太陽對所有的行星也都有吸引力。木星有四顆衛(wèi)星，說明木星對衛(wèi)星有吸引力，既然是這樣，那么是不是意味著，質(zhì)量大的天體對質(zhì)量小的天體會產(chǎn)生吸引力呢？牛頓搖搖頭，天體隔著這么遠(yuǎn)，它們怎么會知道誰大誰小，而且如果是兩個(gè)質(zhì)量相同的天體難道就沒有吸引力了嗎？不、不、引力一定是不分質(zhì)量大小的，他們普遍存在于兩個(gè)天體之間，準(zhǔn)確地說，應(yīng)當(dāng)是存在于任意兩個(gè)物體之間。24歲的牛頓終于發(fā)現(xiàn)了這個(gè)宇宙中最最基本的規(guī)律：萬有引力。只要是有質(zhì)量的兩個(gè)物體，它們之間就有引力存在，引力的大小與兩物體的質(zhì)量成正比，與物體之間的距離平方成反比，如果用數(shù)學(xué)公式來表達(dá)的話，就是這樣：

其中G是萬有引力常數(shù)。這是一把讓人類開啟宇宙奧秘的鑰匙，在天文學(xué)上有著不可估量的作用。

萬有引力的正確性不斷地被各種實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。并且，由萬有引力可以用純數(shù)學(xué)的方式推導(dǎo)出許多人類已知的的宇宙規(guī)律。例如，牛頓以萬有引力公式為基礎(chǔ)，推導(dǎo)出了行星的公轉(zhuǎn)軌道是一個(gè)橢圓，引力中心（也就是太陽）位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上，并且開普勒三定律也可以用純數(shù)學(xué)的方式推導(dǎo)出來。萬有引力還能解釋地球上歲差的成因和潮汐的成因。

牛頓45歲那年，完成了人類自然科學(xué)史上的開天辟地之作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，簡稱為《原理》。在書中，除了萬有引力定律，牛頓還提出了著名的牛頓力學(xué)三定律。有了這四個(gè)宇宙間的基本定律，一門嶄新的學(xué)科被創(chuàng)立出來，稱之為“天體力學(xué)”，它是一門研究宇宙中天體的過去與未來的學(xué)科。有了這門學(xué)科，我們頭頂?shù)男强胀蝗蛔兊貌辉儆腥魏蔚纳衩亓耍磺刑煳默F(xiàn)象都可以被天文學(xué)家用數(shù)學(xué)的方式準(zhǔn)確無誤地計(jì)算出來，現(xiàn)代的精度已經(jīng)可以達(dá)到微秒級了。并且，人類不但學(xué)會了預(yù)知天象，還搞清楚了為什么會這樣，開普勒發(fā)現(xiàn)了橢圓，而天體力學(xué)告訴了人們?yōu)槭裁词菣E圓。當(dāng)然，牛頓只是天體力學(xué)的理論奠基人，這門學(xué)科真正的大發(fā)展靠的不是牛頓，還有一大堆的天文學(xué)巨匠為這門學(xué)科的發(fā)展做出了偉大的貢獻(xiàn)，比如拉格朗日、拉普拉斯、高斯等等，其中法國人拉普拉斯在這門學(xué)科中的光芒尤為耀眼。他寫出了5卷16冊的巨著《天體力學(xué)》，也是他第一個(gè)明確提出了天體力學(xué)這個(gè)概念，這部巨著總結(jié)了當(dāng)時(shí)人類對天體運(yùn)動研究的全部成果。

這是人類認(rèn)識宇宙的一次巨大的飛躍，請帶著這個(gè)認(rèn)識觀念上的巨大飛躍和我一起把目光重新再聚焦到我們頭頂?shù)男强?。五大行星連同地球被太陽巨大的引力牽引著轉(zhuǎn)動。構(gòu)成了一個(gè)巨大的系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中，太陽無疑是主宰者。于是，我們可以把所有受到太陽引力而圍繞著轉(zhuǎn)的一切天體所包括的空間范圍稱之為太陽系。那些相對于太陽位置不動的恒星所在的地方就是太陽的引力所控制不到的地方，因?yàn)楹阈请x我們實(shí)在是太遙遠(yuǎn)了。

恒星到底離我們有多遠(yuǎn)？恒星層是否真的是恒定不變的嗎？天文學(xué)家對恒星的好奇一點(diǎn)兒都不亞于對行星的好奇，并且隨著對恒星研究的深入，人們很快發(fā)現(xiàn)，恒星帶給我們的震撼遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于我們的行星運(yùn)動規(guī)律發(fā)現(xiàn)時(shí)的震撼?，F(xiàn)在，請跟著我，把目光投向太陽系以外的恒星世界。