（5）

在介绍了有关光学思想的背景以后，我们再来看看光行差实验的天文学背景。

（6）

如果有一个物体离你近，一个物体离你远，你是如何通过视觉判断出来的呢？那是因为，我们有两只眼睛，每一只眼睛看到的图像不同：近的物体，在每只眼睛里，相对眼睛感觉到的图像中心的位置，有很大的差异；反之，远的物体，这个位置差异就小些；如果东西离你非常远，你会觉得那个物体在每只眼睛里都保持在了同一位置。这个实验非常好做：将手指放到离眼睛较近的位置，然后闭上一只眼睛，看看手指在眼睛中的位置；然后换只眼闭上，再看看手指的位置，你很容易察觉这种差别。通过调整手指的远近，你很容易发现我说的情况。利用两个眼睛位置的不同观察结果，来判断物体的远近，这叫双目视觉；而两只眼睛处于不同位置，得到图像不同，这称为视差。（http://en.wikipedia.org/wiki/Parallax）

将视差原理扩大些：我们在地球上不同位置观察星体，那么离地球近的星体，当然就会出现大的相对位置的变化；越远的星体，这个变化就越小。正是利用这个原理，如前所述，1672年，Cassini测定了地球到火星的距离。（http://blog.sciencenet.cn/blog-731678-782377.html ）

将视差原理再扩大些：假设如哥白尼所述，太阳在这宇宙中保持固定不动的地位（即日心说，http://en.wikipedia.org/wiki/Heliocentrism ），则地球是绕着太阳旋转的，那么天庭上那些相对太阳固定不动的星体，当离太阳近时，其在地球上一年中观察到的相对位置变化就大，而较远时，这些星体在相对位置变化就小，甚至看不出变化。这称为恒星视差（http://en.wikipedia.org/wiki/Stellar_parallax） 。实际上正是通过对恒星视差的观察，最后我们才知道其实太阳也不是宇宙的中心，太阳不过是银河系大家庭的一员。（http://en.wikipedia.org/wiki/Milky_Way）而认识到这一点，牵涉到了光学技术上的两位重要人物：贝塞尔（http://en.wikipedia.org/wiki/Friedrich_Bessel ），夫琅禾费（http://en.wikipedia.org/wiki/Joseph_von_Fraunhofer ）。这是后话，不提。

（7）

     在古希腊学者托勒密（http://en.wikipedia.org/wiki/Ptolemy）勾画的世界里，地球是世界的中心，而世界的最外层，是我们这个世界的最后一层水晶罩子，那些平时看起来统一移动，彼此相对不动的，离我们最远的星星，就嵌在这层罩子上。而水晶罩子，是由上帝和祂的天使们推动的。 （http://en.wikipedia.org/wiki/Geocentric_model，http://en.wikipedia.org/wiki/Firmament）

      到了16世纪上半叶，哥白尼（http://en.wikipedia.org/wiki/Nicolaus_Copernicus）的日心说建立，其概念也是从托勒密的模型修正而来，无非是世界的中心换作了太阳而已。世界最外一层罩子，依然保留在那里。换成太阳以后，整个外罩和太阳一起，也不需要移动了。（http://en.wikipedia.org/wiki/Heliocentrism）

      虽然布鲁诺（http://en.wikipedia.org/wiki/Giordano_Bruno

）更近一步，取消了这个世界的中心，并为此在1600年遭受火刑，但在当时，布鲁诺并没有证据。

      所以，当时被接受的观念，最重要的是哥白尼的日心说。-天文学家们用日心说，解释和计算行星轨道就容易多了。

      如果真能观察到恒星视差（有人从托勒密的时代就计算过，最外层的星星，即那些恒星，应该是至少离地球有20000个地球半径（http://en.wikipedia.org/wiki/Celestial_spheres），所以随着仪器水平的提高，这些星星又不是太远的话，观察到恒星视差不是不可能。），那么这个结论将大大支持日心说。Thomas Digges在1573年就提出了这个想法，因此不断有人提出看到了恒星视差。但是后来仔细检查，这些说法不是仪器出了毛病，就是观察者的主观感觉。

      但是 ，1680年， Jean Picard说，总结其10年观察，发现北极星（ Pole Star）每年有40''的往复变化； John Flamsteed 在1689年以及以后的年份观察到类似结果； 胡克（Robert Hooke）在1674年发表了关于天棓四（ γ Draconis）的观察发现其十月份比7月份要偏北23''多一些。

（8）

      1725年，James Bradley和Samuel Molyneux为了印证胡克的观察，在伦敦的郊区，一个叫做Kew的地方，开始观察天棓四。这次观察搞得非常扎实。望远镜由当时最有名的工匠制造，整个望远镜用烟囱状的土台固定，调节用了带刻度的螺栓，水平位置的取法使用了重垂线。

     实验证明，胡克所言不虚，而且明显不是实验误差。但是，恒星的偏移轨迹则无法用行星视差来解释。-那个时候我们已经知道地球的轨道和地球绕太阳的旋转方向了。而天棓四偏移的旋转方向在南北方向的投影根据月份来算，跟恒星视差相比，对应不上。

     James Bradley也考虑了好多种不同的可能性。比如，他曾经考虑过是否是地球的章动引起了相关效应。但是通过对别的星体的观察，发现轨迹不对，这个道理讲不通。

     最后，据传说，James Bradley泛舟泰晤士河，看见船掉方向时时，旗帜随风换向，同时又叠加了船的速度，受此启发，而解释了这一新的结果，即所谓光行差。（http://en.wikipedia.org/wiki/James_Bradley ，http://en.wikipedia.org/wiki/Aberration_of_light  ）

     按照伽利略的速度叠加原理，在知道地球绕太阳旋转的速度的情况下，很容易估算出光速。这个结果按照现代的单位制换算，是301，000，000m/s。(http://en.wikipedia.org/wiki/Speed_of_light)