一 夜空
晴朗的夜空，这是让人百看不厌的景象之一。
在斯特鲁加茨基兄弟的小说《人烟之岛》中，看不见星星的世界是这样一幅情景：“这儿的天幕低垂，似乎有些凝固，没有透明度，似乎是深不可测的浩瀚宇宙和人满为患的世界：真正一幅《圣经》里描述的苍穹，光滑而密实。”
现在，描述了夜空的美丽，同时也讨论了这么做的重要性之后，我可能会让读者感到失望，本书将要讲述的东西并非我们在夜空中看到的，而是我们在其中没有看到的。
二 夜空的主要奥秘
我们来想象一种最简单、几乎所有人直觉上都可以接受的宇宙样式，时间永恒、浩瀚无垠的宇宙，其中均匀地布满恒星。感觉周围宇宙具有无限性。因为事实上的确如此。公元前一世纪，卢克莱修就提出了支持宇宙无限性的其他论据。我们将卢克莱修的“万有引力”一词替换成“压力”一词，就可以描述压力的不稳定性现象。根据牛顿的理论让星辰均匀地分布于恒定的浩瀚宇宙中，其中n表示体积单位内恒星的平均数，L表示一颗恒星的平均亮度，也就是单位时间内朝所有方向发出的射线的总能量。我们来看看位于离地球距离为r的一颗恒星。亮度，即抵达单位面积的能量流，从这个星球抵达地球表面为：
E(r)等于L除以4π乘以r的平方
这个公式的含义非常简单，恒星发出分布在球半径为r的表面能量，其面积为4π乘以r的平方。
我们可以发现一个有趣的事实，位于任何球形同心层中的恒星总亮度只取决于这个同心层的厚度，并不取决于与它的距离。原因在于，随着这个同心层逐渐远去，构成该同心层的恒星亮度逐渐消减，与此同时，通过位于该同心层恒星数量的增加作为补偿。因此，如果我们将宇宙划分成等厚度的层，则每一个层都给地球提供了相同的亮度。宇宙无边无际，这就意味着，这种层数同样无穷无尽。由此得出一个简单的结论，浩瀚宇宙中所有天体产生的亮度，应该是无限的。可见，宇宙在时间和空间上可能是有限的，恒星可能不是均衡分布，而是以某种特殊方式，宇宙可能不是恒定的，而是处于膨胀或者缩小的过程之中。
三 奥秘的起源：哥白尼和迪格斯
尼古拉·哥白尼推翻了原有的地心说，将人从宇宙的中心移到了围绕太阳运转的其中一个行星，地球上。哥白尼提出了日心说。他确认，不是太阳围绕地球转，而是所有行星，包括地球都在围绕位于中心的太阳运转。
哥白尼宇宙体系，宇宙不是无限的，它非常浩瀚，但终归是有限的，闭合的。通向现代宇宙模式的下一步：远离静止的恒星天球并研究浩瀚宇宙，这通常与布鲁诺的名字相关联。意大利的这位哲学家和诗人度过了光彩而悲惨的一生，1600年死于宗教的火刑柱上。布鲁诺最重要的成就之一就是大力宣传哥白尼学说，创建了一个无限宇宙景象，里面充满了类似我们太阳系的无数宇宙。然而，让恒星天球坍塌的荣誉却不属于布鲁诺，而属于另一位思想家，英国数学家、天文学家托马斯·迪格斯，他是英格兰公开捍卫哥白尼学说的第一人。
托马斯·迪格斯最主要的天文学成就之一，是与1572年发现的超新星（SN1572）有关，这颗超新星经常被称为第谷·布拉赫超新星。除了SN1572的坐标，托马斯·迪格斯还对其昼夜视差进行了检验，结果表明，昼夜视差不超过2角分。由此得出结论，这颗超新星距地球要比月球远很多，月球的视差大约为1度。
四 从伽利略到哈雷
1609年和1610年是天文学和整个科学史上的特殊时期。人类从未在这么短的时间内完成如此多的科学发现。这些发现的取得都是借助意大利物理学家和数学家伽利略发明的天文望远镜，当然，也有赖于德国天文学家约翰内斯·开普勒，他于1609年打破了保存许多世纪的传统，证明了行星的运行轨道不是圆形，而是椭圆形。
1609年年底，伽里列奥·伽利略开始利用自己的天文望远镜系统地观测天空，并在1610年3月出版了著名的《星际使者》，这本书涵盖了他的首次观测成果。开普勒阅读了伽利略出的书，在给他的信中表达了自己的同意并提出论据。基于类似论据，开普勒得出结论，伽利略发现的无数恒星都比太阳微弱得多，否则，它们加在一起的光亮早就遮掩住自己了：“我们的太阳比其他所有恒星加起来发出的光还要明亮。”
开普勒的宇宙是茫茫黑暗中的一个光点。它是一个由无数恒星组成的球体，众多行星环绕着的太阳位于这个球体的中间。这个宇宙是有限的，它到处都被黑暗的墙壁围着，我们在恒星之间的光亮中可以看见它。
实质上，开普勒是基于上述现象总结出光度悖论（无数与太阳相类似的遥远恒星理应遮挡住太阳），并且得出自己的结论：宇宙在空间上是有限的，其中包含的恒星数量也是有限的。
牛顿分析了宇宙有限性和无限性的情形，其中万有引力定律起着一定的作用。在宇宙体积有限的情形下，组成宇宙的所有天体在相互引力的作用下，迟早都应该融合成“一个巨大质量的球体”。当然，这种情形并未发生，因为宇宙是无限的。因此，牛顿对宇宙中的所谓“引力悖论”进行分析研究，并且得出了研究结论。
第一个吸引数学家来解决夜空黑暗问题的人，是牛顿的朋友，英国天文学家、数学家以及地球物理学家埃德蒙·哈雷。为了解释光度悖论，哈雷引用了一个半世纪前托马斯·迪格斯所提出的论据，距离过于遥远的恒星，由于光度过于微弱无法观察到。英国皇家学会杂志记载了哈雷的另一个论据，即遥远恒星光度衰弱的速度快于逆平方律。
