天文學的描述概念：行星係、太陽和恒星
我們會盡可能簡要地概述行星係的定義，因為本篇的目的並不在於提供關於宇宙誌的完整論述。
行星受引力影響，圍繞中心太陽做圓周運動；行星體積各異，在同心軌道上運行，離中心越遠，軌道必然越大。在如此不平等的發展軌道上，天體運動受萬有引力定律控製高速進行，其速度與距離成反比；因此某顆星球沿軌道繞一周比距日距離更遠的星球用時要短，原因有兩個：一、周長較短；二、公轉速度更快。
除此之外，行星的軌道不是正圓形，而是橢圓形，太陽位於每個橢圓軌道的一個焦點上。軌道的橢圓率，即偏心率(1)，會導致行星距日距離產生規律性的變化，盡管隻有幾顆星球會受影響，我們把行星離太陽最近的位置稱為近日點，反之為遠日點；同樣，由於距離不同，行星在每個點上的運行速度也不一樣。這種不規律性會對與物理環境相關的某些現象產生影響，正如我們將會看到的每顆行星所特有的現象。考慮到行文簡潔及習慣用法，我們目前僅涉及基於平均距離的一般分布情況。
現在已知的九大行星(2)如圖所示依次距太陽越來越遠(3)
木星是肉眼可見的最遠一顆行星，在很長時間內都被視為太陽係的邊界。根據上圖所示數字，我們可以看出整個體係逐漸顯露——首先1781年發現了天王星，繼而1846年發現了海王星，最後1930年發現了冥王星。
除了這九大行星，為使定義完整，我們還需加入大量微小的天體，即小行星。肉眼是看不到小行星的，即使用最強大的機器觀測，通常也隻能看到些微弱的光點。小行星數量龐大，目前已經發現了1200多顆，每年這一數字都在變大。大部分小行星的軌道都聚集在火星和木星之間；最新發現的一些小行星則在偏心率很大的軌道上運動，它們交替接近、遠離太陽，最近時在地球軌道內側，最遠時則在火星外側。小行星的體積非常小（其中許多直徑隻有幾千米），以致我們對其表麵特點及物理環境仍一無所知。盡管我們對小行星頗有興趣，但從天體力學的角度出發，我們不會於此著墨過多。
探照燈下被照亮的巴黎天文台。在這種情況下，建築物仿佛在夜晚發光。行星也是如此，它們的光芒來自太陽的光線。本張照片上的兩個圓屋頂驚人地再現了行星球體發光的條件。
等距射影情況下，行星球體的照明條件以及地球上不同的觀測角度 Terre：地球 1.在地日之間的行星：在A1處，行星的明亮一麵幾乎全朝向地球；在A2處，隻有半麵明亮；在A3處，從這一角度隻能看到明亮與黑暗的相交處。就這樣，一顆星球便呈現出了與月球相似的連續相位。 2. 地日之外的行星：在B1處，行星垂直於太陽，我們隻能隱約看到相位；在B2處，行星呈滿月狀，此時行星恰好處在地球的背麵。
我們在此處指出的大行星和小行星的區別隻在於其直徑，直徑決定我們是否會出於某些目的研究它們。在大部分大行星的周圍，體積更小的天體或者說衛星在距離不同的位置運轉，因而一條擁有幾顆衛星的行星鏈恰似太陽係的縮影。舉世聞名的月球是唯一一顆圍繞地球旋轉的衛星。在對星辰的探索之旅中，我們得知，某幾顆行星比地球更加得天獨厚，它們各自擁有好幾顆“月球”，這些“月球”像我們的月亮一樣運轉，或多或少驅散了黑夜。
我們眼中閃耀著的行星、衛星中，有幾顆有時會特別明亮，但它們本身是不會發光的。這些天體僅僅是向我們反射其表麵獲得的太陽的光亮，且強度與其距離或多或少成反比，正如夜晚的建築或物體往往昏暗模糊，但在輻射燈的會聚下竟顯得熠熠生輝。任何一顆行星球體隻有朝向太陽的那麵是明亮的。根據行星相對於地球觀測點的空間位置，這個觀測視角或多或少可以讓我們看到行星明亮的那麵——月球的連續相位緣於它在繞地旋轉時呈現在我們眼中的不同狀態。由於圍繞光源焦點運動，行星相繼運轉到不同位置時，其球體就會像月球一樣，顯示出不同的光照相位。像這樣的觀察隻能借助相當強大的光學儀器才能進行，因為這些行星離我們太過遙遠，距離消減掉了相位變化，以至於肉眼凡胎的我們隻能看到閃爍的光點，卻不知其體積異常可觀。與此同理，這些與地球或月球多少有些相似的天體的真正特點隻有通過使用天文望遠鏡進行大量觀察才會得到無可爭議的證實。
不管行星相對於太陽和地球的位置在哪裏，在我們眼中，它總是無數或明或暗的光點中的一個。在黃昏時分，古人便如此觀察金星，而天文望遠鏡卻能即時發現其相位的真正麵貌。
以木星為例：深夜人眼中的木星以及天文望遠鏡中的一輪表麵被照亮的巨大圓盤。
剛剛描述的照明條件與食也有關。食是由多個相關天體的相互運動形成的。當月球行至地球與太陽之間時，對於地球上的某些區域而言，月球完全或部分遮住了太陽，此時，地球處在月球背對太陽投下的錐形陰影裏。而當情況相反——月球恰好行至與太陽相對的地球背麵時，它就處在地球的陰影裏而接收不到陽光，此時，如果月球上有觀察者，他會認為發生了日食。這些食——日食或是月食——必定也會發生在其他擁有附屬衛星的星球上；這些天文現象產生的景致不一，卻格外吸引我們的注意。
行星在圍繞太陽運動或受太陽牽引的同時，其自身也在進行自轉，繞其母星運轉的衛星情況也相同。如果我們分別觀察每顆行星，就會發現它們的自轉周期是不同的；由於行星的自轉運動與其圍繞太陽的公轉運動同時進行，因此不同行星表麵的晝夜長短也是不一樣的。此外，各個行星自轉軸的傾斜度也不一樣。正因如此，地球四季交替，晝夜時長不等。由於自轉軸在繞日公轉期間傾斜（自轉軸在太空中的方向固定不變），旋轉中的地球的不同區域所直麵的太陽光線也變化不定——北半球和南半球輪流成為太陽光照更多的半球。其他行星同地球一樣，其球體表麵按相同的順序暴露在陽光下，但根據各個星球的情況，所造成的影響程度不一。
太陽與主要行星之間的大小對比。從上往下依次是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。
綜上所述，太陽是我們這些星球居民的主宰。太陽不僅維持各個星球在其強大的吸引力統率下運動，還施與各星球光亮，使我們可以看見它們；這些光熱以及太陽散發的其他大量輻射，還是太陽係中所有天體物質生命的保障。這樣一個巨大的火爐有多重要？這正是我們將要明確指出的。
按星座排列的星星格局使古代的天文學家們聯想到了神話傳奇，而非星團的真正概念。很久以來，星星與神話傳奇之間的聯係多次被藝術性地表現在許多天體圖上。盡管這些優美的表述已經廢置不用，但星座的名字還在被使用著。摘自安德烈亞斯·塞拉裏烏斯的《和諧大宇宙》， 阿姆斯特丹，1660年。——拉魯斯出版社
太陽是一顆直徑不小於1 391 000千米的球體，直徑是地球的109倍，其體積則是地球體積的1 301 200倍(4)。這些參數均符合我們眼中的這輪光輝灑滿天空的圓盤，但實際上，太陽的構成極為複雜。它耀眼的表麵是陽光的來源(5)，由一層固態或液態的白熾物質組成，中心分布著密度極大的氣層，氣層上還有其他高溫層，外延相當可觀。這些外層通常是看不見的，因為透明的地球大氣層會散射太陽光線，阻礙人眼觀察。隻有在日全食的時候我們才能飽覽它們的光彩，因為當這輪耀眼的圓盤被不透明的月球遮住時，其外圍會被清晰地辨認出。所有這些區域會周期性發生多種多樣的重大奇觀，很快我們將一一描述。
太陽係平麵圖。冥王星的軌道比海王星的更遠，並未出現在圖上。 Neptune：海王星 Uranus：天王星 Saturne：土星 Jupiiter：木星 Mars：火星 Terre：地球 Venus：金星 Mercure：水星
在太陽的發光表麵，即光球層上，一些表麵暗淡的斑點（與肉眼難以承受的普遍亮度對比的結果）不斷生成、變化、消失。有時斑點範圍非常廣，肉眼也能看到。這些人眼中的太陽圓盤上的黑點，在天文望遠鏡中顯得非常奇特，呈渦流狀，範圍可達數千千米。我們還會看到大片有著奇怪分叉的更加明亮的區域，我們稱之為太陽耀斑。與太陽表麵這些擾亂現象有關的是，在比光球層更高一層的色球層上相應顯示出了許多規模毫不遜色的意外事件——湧現出神奇的瑰色火焰，噴發出氣體或金屬蒸汽，這些被統稱為日珥。外層就是大氣層(6)，表麵光芒四射，瑰麗異常。
以上的簡短描述僅僅旨在強調中心天體——太陽的特點及其重要性，這對我們而言已經足夠為接下來的篇章做鋪墊。通過將這些資料與我們從地球上看到的結果相比較，我們可以理解太陽是如何被其他遠近距離如此不同的行星所看到，或者說所感知到。事實上，我們在上文中已經了解到當前太陽係的已知範圍發展到了何種程度。
肉眼看到的天上星星的數量（上）與天文望遠鏡中的數量（下）的對比。由於星辰的規模必然龐大，為展示其豐富性，下圖僅涉及上圖樹上的星群。
肉眼看到的銀河
現在，讓我們來試著理解太陽係在可見宇宙中的地位，也就是我們稱之為étoile(7)的所有匯聚在太空中的天體的地位。讓我們澄清一下什麽是étoile。首先要注意的是，在通用語中，這個詞被不加區別地用來指代天空中的所有星點；事實上，從簡單的視覺上來說，行星呈現出的就是這樣按距離成比例縮減的光點，隻有通過其運動才能識破它們的本質。另外，我們已經知道，除了通過運動可以將行星辨認出，還有一點，它們的光輝實際來自太陽，因此我們絕不能將行星與真正的étoile混淆。étoile位置固定，且像我們的太陽一樣自身可以發光，因此我們可以無區別地說étoile就是恒星，恒星就是別的“太陽”。但是不管這些恒星有多強大，任何天文望遠儀器都不能像我們窺測太陽那樣，將這些天體展現在我們眼前——它們的形象永遠都是縮減過的閃爍的星點，而沒有可感知的大小。這正是其距離遙不可及的證據。確實，我們與這些恒星相隔如此遙遠，以至於大部分的距地距離我們都無法確切估算。誠然，對於太空中一些不太遠的恒星的距地距離，現代測量手段以其精確度做到這一點還有些許可能，但對剩下的絕大多數，我們不得不采用各種手段進行我們不敢肯定的一般估量。有關距離，我們最近的“鄰居們”的報告足具說服力：目前已知距太陽最近的恒星距我們不少於35萬億千米(8)，還有幾顆恒星不算太遠，但之後我們要麵對的距離則以十倍、百倍、千倍、數千倍計……乍一看我們就遇到了困難：如何用千米為單位列舉出這些距離。正因如此，我們更欣賞根據光線抵達視線所需的時間來評估這些距離所代表的無限性。眾所周知，光以每秒300 000千米(9)打敗了所有速度紀錄，而光線從距我們最近的恒星出發，要經過近4年才能抵達我們的視線。既然人們認為恒星的光線會用幾百、數千甚至百萬年的時間來跨越分隔我們彼此的太空，那麽我們就能夠估計其他天體與地球之間難以置信的距離，甚至包括得靠強大的現代觀測手段才能揭示其存在的最遙遠的恒星與地球的距離。在所有天體中，我們要著重指出星雲——這個名字足以讓我們聯想到它的外觀。然而，在這整體呈雲狀的相同外觀之下，個體千差萬別，而形狀也或變幻莫測，或規律整齊。其一部分是真正的氣團，另一部分則是因距離遙遠才顯得密集的星雲，看上去就像乳白色的光斑；大部分星雲的布局都很特殊，十分引人注目。
可以看見的恒星數以幾十億計；所有這些恒星，包括太陽在內，都是同一個巨大集團的組成部分，我們將其命名為銀河係。基於數量、距離和整體布局，我們看到的恒星分布決定了星座的圖案，形成了美妙的銀河。這一景象是由不計其數的恒星沿著某一方向積聚而成的。在銀河邊際的遙遠彼方，存在旋渦星係等其他星係。
天鷹座與人馬座之間的部分銀河攝影。
旋渦星雲。M.101星雲，攝於威爾遜山天文台（加利福尼亞）。
那麽太陽係在哪兒，它在銀河係中的地位如何呢？事實上，它的位置並不特殊，也無甚重要。它就像一個平淡無奇的簡單天體混入然後遺失在了茫茫星海中。許多比它更大、更亮、更熱的其他“太陽”也同樣沒有什麽特殊地位。
至於關於它們的相互位置、特點以及質量等問題，我們可以肯定，誠然，這涉及另一個主題，且相關觀察還未有進展。我們的太陽與其他恒星完全一樣嗎？後者也是某個行星係的中心嗎？我們尚不能親眼證實這一點，因為如果我們認為由於距離，這些恒星隻能被看作無法感知其表麵大小的光點，那麽可以想象的是，我們也絕不可能區分出更小更暗淡的附屬行星。因此，隻有通過邏輯推理，我們才能設想其他行星係或多或少類似我們的太陽係。
讓我們回到最後一個問題上來。盡管與我們相比，太陽無比巨大，但對於周圍的宇宙而言，它是微不足道的，由最遠的海王星、冥王星軌道環抱著的它的全部範圍也無足輕重。我們估計：如果用一張地圖來表現太陽係的規模，設太陽直徑為1厘米，地球軌道則距中心1米，海王星軌道距太陽30米，冥王星遠日點（軌道偏心率非常大）距日49米，那麽為了在這張地圖上標出最近的恒星，我們不得不移到230千米之外！
因此，相對於恒星，太陽係中的行星可以被看作挨挨擠擠生活在偏僻小角落裏的同一個家庭的成員。然而，從我們棲身觀察天象的地球來看，這些行星卻是無比遙遠，距離我們數百萬千米。如被觀察到的那樣，它們顯得各不相同，一些實際上非常龐大的行星在我們眼中卻比距離更近的行星還要渺小。長久以來，距離障礙仿佛一道不可逾越的天塹，阻礙人類深入了解其他星球的秘密。如何使用天文科學的人力物資才能跨越這一障礙呢？這就是我們將要進行的研究。
(1) 橢圓率，也稱偏心率、離心率，此數據越大，表明行星的軌道越扁。
(2) 現為八大行星。2006年8月24日，國際天文聯合會重新定義“行星”這個名詞後，冥王星從大行星（有足夠的質量使本身形狀為球體且有能力清空軌道附近區域的小天體的行星）變成了矮行星（未能清空軌道附近區域的小天體的行星）。
(3) 按照國際天文聯合會在1979年製定並使用的天文學單位，以太陽-地球間的日地平均距離（149 597 870 700米，一般取149 600 000千米或用約1.5億千米表示）為一個天文單位，天文時間單位為1個地球日，即86 400秒，現八大行星和冥王星的平均距日距離、公轉周期根據美國國家航空航天局（英文簡稱：NASA）的數據在表格中相應位置的括號裏顯示。
(4) 根據NASA的數據，太陽平均直徑864 000英裏，即1 392 000千米，地球直徑12 742千米，太陽直徑為地球直徑的109倍，體積為地球的1 301 019倍。（https://solarsystem.nasa.gov/）
(5) 太陽大氣層從裏向外分為光球層、色球層和日冕層，如今天文學界認為地球接收到的太陽能量（即我們所說的陽光）基本上來自太陽大氣層底層厚約500千米的光球層。
(6) 即日冕層。
(7) 法語，即星星，恒星。——譯者注。
(8) 距離太陽最近的恒星是位於半人馬座的半人馬座α星C，也叫比鄰星，距太陽4.22光年，約39萬億千米。
(9) 現在光速一般精確為每秒299 792.458千米。