1610年3月，一本题为《星际信使》的意大利文小册子引起了相当的注意，从王公贵族到学者教士，一时议论纷纷。据封面上的内容介绍，小册子的作者、比萨大学的数学教授伽利略·伽利莱，在最近发明的天镜的帮助下，观察了月球表面，还有围绕木星旋转的四颗“行星”，以前从未为人知晓。翻开正文，果然是让人吃惊。伽利略所看见的月亮确实全然不同：
我以更大的清晰程度在月亮表面区分出较为明亮的和较为阴暗的两大部分；明亮的部分似乎向整个月面的四面八方延伸，而阴暗的部分则类似于云……对这些斑点的反复观察使我确信，月亮表面不是光滑的，匀称的……而是不平整的，粗糙的，到处都是空穴和隆起，并非和地球的表面很不一样。
这不是人类第一次用望远镜看月亮。早在1609年7月26日，英格兰人哈瑞特就做过同样的事，先于伽利略至少4个月，次年又绘制了17张月面图。他说他看见的月亮“就像荷兰人的航海手册里画的海岸线”；而在满月的时候，月亮就像是“我的厨师上星期给我做的果酱饼，一边一条浅色的东西，那边又是深色的，看上去整个儿是一塌糊涂”。
可是科学发现并不是综艺节目的抢答比赛，谁先按下按钮，谁就是赢家。“观察”作为科学研究的一个环节，必须建立在一整套科学研究的程式之中。对于望远镜这么一个新鲜玩意儿，任何对新奇事物抱有好奇心的人拿它到处“看看”，也是常情。事实上，很可能，伽利略最初也只是一种好奇的“随便看看”——他最初对于望远镜认真的想法，还首先是军事应用。1609年8月，他最初把这个“有用的和重要的发明”介绍给威尼斯的行政长官时，也只是因为“在海上我们可以在比以前远得多的地方发现敌人的舰船，比他们看见我们早两三个小时……我们可以获得优势……”。
但是，当月面以一种完全出乎他预料的样子出现时，伽利略的反应就和哈瑞特很不一样了：他马上联想到了“哲学”，亚里士多德关于天体的教导。他立即领悟到，他在这儿看见的，不是一种现象描述上的抵牾，而在很大程度上，是对整个亚氏理论的诘难。反观哈瑞特，他的联想止于“果酱饼”。原来，科学发现不仅在于，甚至完全不在于谁先看见了什么，而在于对所见对象的理解和诠释。伽利略的“随便看看”很自然地上升为一种哲学框架中的一个环节。他进一步报告说,
在新月以后的第四或第五天，当月亮看上去像是一个明亮的犄角时，划分明亮部分和黑暗部分的界限不是一种规则的椭圆形[曲线]，不像在理想的球面上[投影]延展的样子……在月相接近上弦月时，在靠近月亮下角的邻近区域，有一个大的黑暗的弯形向明亮区域延伸。
伽利略注意到上弦月的边缘不是光滑的、类似椭圆的曲线，并由此进一步推论月面是凹凸不平的，则确实把我们对遥远的月亮的认识大大推进了一步。然而，在1610年的时候，亚氏的天体观念已是屡受质疑，非议亚氏也不见得多么轰动视听。但他的读者很快就要看到，还有更加耸人听闻的。
1610年初,伽利略开始使用一架新的，约20倍的望远镜。很可能是在上次对上弦月观察的两三个星期之后，月相的变化使得类似的观察变得困难，伽利略于是想到了用望远镜来看看其他星体。伽利略报告说：
今年，1610年，1月7日，入夜以后一时，我用望远镜观看天体时，木星出现在我的视野里。因为我用的是我自己的品质极佳的仪器，我察觉到，在这颗行星的旁边，有三颗小星星——以前的仪器[的性能]不足以让我看见它们，真的很小，但很明亮……两颗在[木星的]东边，一颗在西边，最东边的那颗和西边的那颗看起来比别的大。我没有注意它们和木星的距离，因为在开始的时候我以为它们是恒星……
这也难怪。从望远镜看夜空，简直是布满了星星，所以伽利略自然会有这一判断。第二天,
1月8日，我又重新回到这一探究。——究竟是什么引导我这么做的，我可说不上来。我发现，[这些小星的]排布和以前很不一样。三颗小星现在都到了木星的西边，靠在一起，相互之间的间隔相等……这时，我还没有把注意力转向[小]星星聚在一起[的问题]，我开始考虑木星怎么会在这些星星的东边，而就在前一天它还在[其中]两颗的西边。我开始疑心木星此时是不是在向东走……
这时，木星正处于逆行状态，但是它却跑到小星星的东边去了，这就引起了伽利略的巨大兴趣。他的第一个猜想是木星不在逆行，而是在向东运动，所以小星星看上去是跑到木星的西边去了。这是很合理的推想，他当然急切地想知道结果。
第二天，1月9日，阴天，伽利略徒叹无奈。至此，出于好奇，想利用望远镜“看看”天上有些什么，清楚地转变成为一个对预期的观察，其意义在科学认识的发展上，较之多看见一颗或是两颗星星，自是不可同日而语。再一天，1月10日，伽利略看见的，木星看起来移动到了一个更西边的位置：
只有两颗，都在东边，而第三颗，我想，一定是藏在木星后面了……我知道没有其他的办法可以把这种变化归结为木星的运动……
他先前假想，天文学家算错了，木星已不再逆行而是在向东移动。显然，观察表明，不是这种情形。但是这可不是可以想象的，因为木星不可能在一天的时间里从东到西，从西到东地来回摆动，伽利略说,
我的困惑变成了讶异。我确定[我所看见的]视运动不是来自木星而是来自我正在观测的[小]星星……我现在确定，不存在任何问题，在天上有三颗[小]星星在绕木星游走，正如金星和水星环绕太阳。这一点通过以后类似的观察变得明明白白，就像展现在大白天的太阳底下一样。
当由困惑而来的惊讶稍稍平息后，伽利略的观察变得更加精致；在以后的连续不断的观察中，他定量地记录了观察的时刻，方位，以及持续的时间：
2月26日，入夜后一时正中，只有两颗星星。一颗在东，距木星10’，一颗在西，6’……到了[入夜后]第五个小时，可见第三颗星，除了已经留意的两颗之外，在木星西边近旁发现了第三颗，它起初隐于木星背后，而现在大约[距木星]1’。东边的那一颗显得比以前离得更远，大约离木星11’……2月28日[入夜后]一小时，只看见两颗星，一颗在东，距木星9’，一颗在西，间距2’……
到三月初，伽利略得出了完整的结论:
这就是关于我近日首先发现的四颗麦迪奇星的观察……首先，因为它们[木卫]有时在木星之前有时在木星之后，而距木星的距离完全相同，不论在木星逆行还是顺行的过程中，只在木星的东西两边非常有限的距离中，以恒定的方式伴随其左右。没有人能怀疑它们在绕木星运行，同时又完成[木星的]以12年为周期的绕宇宙中心的运动。
两个月以来对木星的研究，从最初的“看看”，到有目的的观察，到定量的观测，到理性的分析，到假说，直到验证，表现为观察和观测在科学认识发展中的典型运用。由此任何人都可以通过伽利略的观测，相当直观地看到，这些小星星是围绕木星运动的。对自然的观察在这儿发生了革命性的改变：我们对于外部世界的认识不再是感官提供的直接影像；而理性对感官提供的信息所做的分析，则更加突出地成了认识的一个不可或缺的部分。伽利略总结说，
我们由此得到了一种美妙而且雄辩的证据来平息一种疑虑……现在我们可以亲眼看见，有四颗星星绕木星运行，就像月亮绕地球运行一样，同时又以12年为周期，划出巨大的绕日运行的轨道。
美妙而且雄辩。原来，地球，连同作为卫星的月球，一同作绕日运动，并不是不可想象的。事实上,“我们可以亲眼看见。”这一点的一个最直接的意义是，木卫系统排除了“一些人”的疑虑，为日心学说提供了一个强有力的证据：木卫系统就像是一个缩微版的太阳系，日心图景于是呈现在“任何一个观测者”眼前。
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本文作者吴以义是复旦大学中外现代化进程研究中心研究员
本文由教育部人文社会科学重点研究基地重大项目16JJD770013 资助