在亚里士多德世界观向牛顿世界观转变的过程中，一个重要的组成部分就是有关宇宙结构的理论之间所进行的相互竞争。在接下来的几章中，我们将研究这个转变过程中的几个核心天文学理论，其中有些是地心说，有些是日心说。我们将从托勒密体系开始。
托勒密体系由托勒密在发表于公元150年的著作《至大论》中进行了具体阐述。本章的主要目的是对这个体系进行概括性介绍。正如前面提到过的，《至大论》是一部内容翔实、极具科技性的著作，共有13卷700多页。我们将首先了解一下关于托勒密体系的背景知识，然后会对体系中的某些细节进行讨论。
｜背景知识｜
与任何其他理论相同，托勒密体系需要尊重相关事实。对托勒密体系来说，相关事实在很大程度上是指我们在第11章中讨论过的经验事实和在第12章中讨论过的与沿正圆轨道进行的匀速运动有关的哲学性/概念性事实。
总的来说，托勒密体系在尊重这些事实方面是成功的。托勒密体系很明确地尊重了正圆事实，因为托勒密所使用的方法全都是以“天体运动只沿正圆形轨道进行”为基础的。接下来我们将看到，托勒密在匀速运动事实方面遇到了一些困难，但是他至少从某种意义上来说尊重了这个事实。
至于经验事实，托勒密体系的表现尤其出色。也就是说，在解释和预言我们在第11章中讨论过的经验事实时，尽管托勒密体系并不完美（几乎没有理论是完美的），但错误也不多。举个例子，如果我们用托勒密体系来预言，比如，明年的今天晚上火星在夜空中的位置，或者我们用这个体系来预言火星下次逆行运动会在何时出现，会持续多长时间，预言的结果会与我们的观察结果非常接近。值得强调的是，在托勒密之前或之后的1400年内，没有其他关于宇宙结构的理论在进行解释和预言方面达到与托勒密体系相接近的程度。因此，正如托勒密的著作题为《至大论》，这个体系确实与这个题目非常相称。《至大论》这个名字出自这部著作的阿拉伯语翻译人员之手，其词根的意思是“最伟大的”。尽管在我们看来这个理论可能有些陈旧，但托勒密体系其实是一个非常令人赞叹的成就。
我们应该花一点时间来澄清一下托勒密做了哪些、并没有做哪些。托勒密的方法以数学为基础，使用了多种数学工具，而且过程十分复杂。不过，托勒密所使用的大多数数学工具并不是他自己创造出来的，而是几个世纪以前就已经存在的。
当然，托勒密也不是第一个在宇宙结构方面提出地心说的人。正如我们前面看到过的，“地球是球形的、静止的，而且是宇宙中心”的观点可以追溯到亚里士多德之前，比托勒密的时代早500年。
因此，托勒密的地心说角度并不是他自己创造出来的，同时，托勒密所使用的数学工具也不是由他自己发展出来的。然而，托勒密所做的是利用这些粗略的概念，并把它们发展成为一个精确的理论，而这个理论则是历史上第一个可以对相关天文学事件进行准确预言的理论。或者换句话说，在托勒密之前，要对天文学事件进行预言，并没有任何合适的理论或方法，最多只有些大致框架。而托勒密体系则是一个经过雕琢的理论，可以准确地进行预言和解释，令人印象深刻。
作为这一小节的最后一点，我想探讨的是，有时你会听说，根据“体系”这个词的标准含义来说，托勒密体系实际上并不是一个体系。从某个意义上说，这个说法是正确的，因为针对不同的天体，托勒密使用的方法都有所不同，而不是一直使用一种统一的方法。举个例子，《至大论》中对火星、金星、太阳等天体都分别有单独的一卷专门进行研究，但并没有对整个宇宙进行统一的、体系化的介绍。从这个意义上来说，你可能会觉得，严格来说托勒密的研究并不是关于宇宙体系的，而是对宇宙中各组成部分独立研究的集合。然而，我会继续使用“体系”这个词来描述托勒密的理论，因为所有这些独立的研究汇总到一起，就形成了一种可以用来对宇宙中所有组成部分进行预言的方法。
了解了这些背景知识，我们将开始对托勒密体系的概括性介绍。为了便于讨论，我们将只关注托勒密对一个行星的研究，也就是对火星的研究。让我们首先了解一下托勒密火星研究的内容，然后探讨一下这些内容背后的基本原理。
