Історія астроном

Історія астроном

Стародавній період

Небесний диск з Небри (Німеччина, XVII ст. до н. е.)

Астрономічна діяльність простежується в джерелах принаймні з IV тис. до н. е., а, швидше за все, почалася набагато раніше. Окремі особливості мегалітичних споруд і навіть наскальних малюнків первісних людей тлумачаться як астрономічні. У фольклорі також безліч подібних мотивів.

Стоунхендж

Річна зміна положення Сонця на небі відзначена в Біблії. У Ветхому Заповіті в книзі Іова сказано: Чи «давав ти коли в житті своєму наказу утру і чи указував зорі місце її» (38.12). Тут мовиться, що ранок наступає не в один і той же час, і зоря, тобто місце, де сходить Сонце, теж міняє своє положення щодо сторін горизонту. В книзі Іова відображені і інші астрономічні пізнання її авторів: Чи «можеш ти зв'язати вузол Хима і дозволити узи Кесиль?» (38.31). «переводиться» це так: Чи «можеш зв'язати вузол у Плеяд і розв'язати його у Оріона? Чи можеш ти вивести зодіакальні сузір'я і Ведмедицю з дітьми її водити?». Ймовірно, записано це було на початку I тисячоліття до н. э., але тут відобразилися і більш стародавні представлення кочівників, коли семітські племена ще блукали з своїми стадами по аравійському півострову.

Спостерігаючи періодичні зміни на небесній сфері (світил, що рухаються, комет, метеорів і т. д.), люди помітили їх зв'язок із зміною сезонів на Землі. Це наштовхнуло на думку, що небесні рухи пов'язані і з іншими земними явищами - впливають на земну історію або передбачають найважливіші події - народження царів, війни, голод, епідемії і ін. Довір'я до астрологічних фантазій значно сприяло розвитку наукової астрономії, оскільки інакше обгрунтувати властям практичну користь від наглядів за небом було б нелегко.

Якнайдавнішими астрономічними винаходами були гномон (жердина для вимірювання висоти Сонця по довжині тіні) і календар. Пізніше з'явилися кутоміри різних систем.

Шумер і Вавілон

Шумеро-аккадська держава Вавілон існувала з II тис. до н.е. по VI ст. до н.е. (в останні десятиріччя їм правили халдеї, а в VI столітті до н.е. країною заволоділа Персія).

Жерці-вавілоняни залишили безліч астрономічних таблиць. Вони ж виділили основні сузір'я і зодіак, ввели розподіл повного кута на 360°, розвинули тригонометрію.

В II тис. до н.е. у шумерів з'явився місячний календар, вдосконалений в I тис. до н.е. Рік складався з 12 синодичних місяців - шість по 29 днів і шість по 30 днів, всього 354 дні. Спочатку для узгодження з сонячним роком робили вставку 13-го місяця, але потім перестали.

Обробивши свої таблиці наглядів, жерці відкрили багато законів руху планет, Місяці і Сонця, змогли передбачати затьмарення. В 450 році до н.е. вавілоняни вже знали «метонов цикл» (235 місяців з великою точністю співпадають з 19 сонячними роками). Втім, китайці відкрили його ще раніше.

Ймовірно, саме у Вавілоні з'явився семиденний тиждень (щодня був присвячений одному з 7 світил).

Давній Єгипет

Розливи Нила відбуваються на початку літа, і якраз на цей час доводиться перший схід найяскравішої зірки неба - Сиріусу, по-єгипетськи званого «Сотіс». До цього моменту Сиріус не видний. Напевно, тому «сотичний» календар вживався в Єгипті разом з цивільним. Сотічеській рік - це період між двома геліактичним сходом Сиріусу, тобто він співпадав з сидеричним роком, а цивільний рік складався з 12 місяців по 30 днів плюс п'ять додаткових діб, всього 365 днів.

Тижнів спочатку не було, місяць ділився на 3 декади. Вживався в Єгипті і місячний календар з метоновым циклом, злагоджений з цивільним. Пізніше під впливом Вавілона з'явився семиденний тиждень.

Доба ділилася на 24 години, які спочатку були нерівними (окремо для світлого і темного часу доби), але в кінці IV століття до н.е. придбали сучасний вигляд. В Єгипті, на відміну від Вавілона, використовувалася десяткова система, але в добі, окрім 10 світлих годин, вони виділяли ще по годині на перехідні періоди, тому і вийшло 12 годин; те ж для темного часу доби.

Ступінь розвитку єгипетської математики і астрономії неясний. Документів на цю тему майже немає, але елліни високо цінували єгипетських астрономів і вчилися у них.

Астрологія з'явилася не в Єгипті, але ворожіння по Місяцю і планетам використовувалося там вельми широко.

Єгипетська система світу, по опису Геракліда Понтійського (IV ст. до н. э.), була геоцентричною, але Меркурій і Венера звертаються навкруги Сонця (хоча разом з ним - і навкруги Землі).

Стародавній Китай

Найбільший розвиток стародавня астрономія Сходу одержала в Китаї. Вже під час легендарної династії Ця (кінець III - почало II тис. до н. э.) в Китаї були дві посади придворних астрономів. Розвиток китайської астрономії відбувався в тісному спілкуванні з Вавілоном і Єгиптом. Перший астрономічний твір, що дійшов до нас, - «Книга зірок» - з'явилося в IV столітті до н.е. Приблизно в цей же час китайці уточнили тривалість сонячного року (365,25 днів). Відповідно небесний круг ділили на 365,25 градусів або на 28 сузір'їв (по руху Місяця).

Обсерваторії з'явилися в XII столітті до н.е. Але набагато раніше китайські астрологи старанно реєстрували всі незвичайні події на небі (затьмарення, комети - «зірки з мітлою», метеори, нові зірки). Перший запис про появу комети відноситься до 2315 р. до н. э., про місячне затьмарення - до 1137 р. до н. э., про сонячне - до 720 року до н. э., перший метеоритний дощ запротокольований в 687 р. до н.е. найраніше повідомлення про комету Галлея датується 1058 р. до н.е. В записах відзначені майже всі появи комети Галлея, починаючи з 1058 р. до н.е. В 301 р. вперше помічені плями на Сонце; пізніше вони реєструвалися неодноразово.

По легенді, в 2137 р. до н.е. були страчено двох астрономів Хо і Хи, що не зуміли передбачити затьмарення. З III століття до н.е. таких помилок вже не було, передбачалася не тільки дата затьмарення, але і його тип і район нагляду.

Цікаво, що Чумацький шлях у китайців називався саме так (або - Небесною річкою).

З інших досягнень китайської астрономії відзначимо правильне пояснення причини сонячних і місячних затьмарень, відкриття нерівномірності руху Місяця, вимірювання сидеричного періоду спочатку для Юпітера (12 років, точне значення: 11.86), а з III століття до н.е. - і для всіх інших планет, як сидеричні, так і синодичні, з хорошою точністю.

Календарів в Китаї була множина. До VI століття до н.е. був відкритий метонов цикл і затвердився місячно-сонячний календар. Початок року - день зимового сонцестояння, початок місяця - молодик. Доба ділилася на 12 годин (назви яких використовувалися і як назви місяців) або на 100 частин.

Календарні реформи в Китаї проводилися постійно. Роки об'єднувалися в 60-річний цикл: щороку присвячувався одному з 12 тварин (Зодіаку) і однієї з 5 стихій: вода, вогонь, метал, дерево, земля. Кожній стихії відповідала одна з планет; була і шоста - первинна - стихія «ци» (ефір). Пізніше ци ділили на декілька видів: інь-ци і ян-ци, і інші, погоджуючи з навчанням Лао Цзи (VI ст. до н. э.).

Інші країни

У індійців помітних успіхів в астрономії - на відміну від математики - не було; пізніше вони охоче переводили і коментували грецькі твори.

А ось цивілізація майя (II-X століття н. э.) надавала астрономічним знанням величезне значення. Залишки міст і храмів-обсерваторій вражають уяву. На жаль, збереглися тільки 4 рукописи різного віку і тексти на стелах.

Майя з великою точністю визначили синодичні періоди всі 5 планет (особливо почитала Венера), придумали дуже точний календар. Місяць майя містив 20 днів, а тиждень - 13. Початок календарної ери віднесений до 5041738 року до н. э., хоча хронологія свого народу велася з 3113 р. до н.е.

В Європі друїди кельтських племен безумовно володіли якимись астрономічними знаннями; є підстави припускати, що Стоунхендж був не тільки місцем ритуалів, але і обсерваторією. Побудований він був близько 1900-1600 рр. до н.е.

Стародавня Греція - ранній період

Елліни, судячи з усього, ще в гомерівських часів цікавилися астрономією, їх карта неба і багато назв залишилися в сучасній науці. Спочатку знання були неглибокі - наприклад, уранішня і вечірня Венера вважалися різними світилами (Фосфор і Геспер); вже шумери знали, що це одне і те ж світило. Виправлення помилки «роздвоєння Венери» приписують Піфагору і Парменіду.

Полюс світу в цей час вже пішов від Альфи Дракона, але ще не присунувся до Полярної; можливо, тому в Одіссеї жодного разу не згадується напрям на північ.

Піфагорійці запропонували піроцентричну модель Всесвіту, в якому зірки, Сонце, Місяць і шість планет звертаються навкруги Центрального Вогню (Гестії). Щоб всього вийшло священне число - десять - сфер, шостою планетою оголосили Протівоземлю (Антіхтон). Як Сонце, так і Місяць, по цій теорії, світили відображеним світлом Гестії. Це була перша математична система світу - у інших стародавніх космогоністів працювало швидше уява, ніж логіка.

Відстані між сферами світил у піфагорійців відповідали музичним інтервалам в гаммі; при обертанні їх звучить «музика сфер», нечутна нами. Піфагорійці рахували Землю кулястої і обертається, отчого і відбувається зміна дня і ночі. Втім, окремі піфагорійці (Аристарх Самосській і ін.) дотримувалися геліоцентричної системи. У піфагорійців виникло вперше і поняття ефіру, але частіше за все цим словом позначалося повітря. Тільки Платон відособив ефір як окрему стихію.

Платон, учень Сократа, вже не сумнівався в шароподібноті Землі (навіть Демокріт вважав її диском). По Платону, Космос не вічний, оскільки все, що відчувається, є річ, а речі старіють і вмирають. Більш того, сам Час народився разом з Космосом. Наслідки, що далеко йдуть, мав заклик Платона до астрономів розкласти нерівномірні рухи світил на «досконалі» рухи по колах.

На цей заклик відгукнувся Евдокс Кнідській, вчитель Архімеда і сам учень єгипетських жерців. В своїх (що не збереглися) творах він висловив кінематичну схему руху планет з декількома накладеними круговими рухами, всього по 27 сферам. Правда, згода з наглядами для марса була поганою. Річ у тому, що орбіта марса помітно відрізняється від кругової, так що траєкторія і швидкість руху планети по небу міняються в широких межах. Евдокс також склав перший в Європі зоряний каталог.

Аристотель, автор «Фізики», теж був учнем Платона. В його творах було немало раціональних думок; він переконливо довів, що Земля - куля, спираючись на форму тіні Землі при місячних затьмареннях, оцінив коло Землі в 400000 стадій, або близько 70000 км - завищено майже удвічі, але для того часу точність непогана. Але зустрічаються і безліч помилкових тверджень: розділення земних і небесних законів світу, заперечення пустки і атомізму, чотири стихії як першооснови матерії плюс небесний ефір, суперечлива механіка: «стрілу у польоті підштовхує повітря» - навіть в середньовіччі це безглузде положення висміювалося (Філопон, Бурідан). Метеори він вважав атмосферними явищами, спорідненими блискавці.

Стародавня Греція - александрійський період

Концепції Аристотеля частина філософів канонізувала ще при його житті, і надалі багато здорових ідей, що суперечать їм, зустрічалися вороже - наприклад, геліоцентризм Аристарха Самосського. Аристарх вперше намагався також зміряти відстань до Сонця і Місяця і їх діаметри; для Сонця він помилився на порядок (вийшло, що діаметр Сонця в 250 разів більше земного), але до Аристарха всі вважали, що Сонце менше Землі. Саме тому він і вирішив, що в центрі світу знаходиться Сонце. Більш точні вимірювання кутового діаметра Сонця виконав Архімед, в його переказі нам і відомі погляди Аристарха, твори якого втрачені.

Ератосфен в 240 р. до н.е. досить точно зміряв довжину земного кола і нахил екліптики до екватора (т.е нахил земної осі); він також запропонував систему високосів, пізніше названу юліанським календарем.

З III століття до н.е. грецька наука засвоїла досягнення вавілонян, у тому числі - в астрономії і математиці. Але греки пішли значно далі. Біля 230 року до н.е. Аполлоній Пергській розробив новий метод представлення нерівномірного періодичного руху через базове коло - деферент - і вторинне коло, що кружляється навкруги деферента, - епіцикл; саме світило рухається по епіциклу. В астрономію цей метод ввів видатний астроном Гиппарх, що працював на Родосі.

Гиппарх відкрив відмінність тропічного і сидеричного років, уточнив довжину року (365,25 - 1/300 днів). Методика Аполлонія дозволила йому побудувати математичну теорію руху Сонця і Місяця. Гиппарх ввів поняття ексцентриситету орбіти, апогею і перигея, уточнив тривалість синодичного і сидеричного місячних місяців (з точністю до секунди), середні періоди обігу планет. По таблицях Гиппарха можна було передбачати сонячні і місячні затьмарення з нечуваною для того часу точністю - до 1-2 годин. До речі, саме він ввів географічні координати - широту і довготу. Але головним результатом Гиппарха стало відкриття зсуву небесних координат - «передування рівнодень». Вивчивши дані наглядів за 169 років, він знайшов, що положення Сонця у момент рівнодення змістилося на 2°, або на 47" в рік (насправді - на 50,3").

В 134 році до н.е. в сузір'ї Скорпіона з'явилася нова яскрава зірка. Щоб полегшити стеження за змінами на небі, Гиппарх склав каталог для 850 зірок, розбивши їх на 6 класів по яскравості.

46 рік до н. е.: введений юліанський календар, розроблений александрійським астрономом Созігеном за зразком єгипетського цивільного. Літочислення Рима велося від легендарної підстави Рима - з 21 квітня 753 року до н.е.

Систему Гиппарха завершив великий александрійський астроном, математик, оптик і географ Клавдій Птоломей. Він значно удосконалив сферичну тригонометрію, склав таблицю синусів (через 0.5°). Але головне його досягнення - «Мегале синтаксис» (Велика побудова); араби перетворили цю назву в «аль Маджісті», звідси пізніше «Альмагест». Праця містить фундаментальний виклад геоцентричної системи світу.

Будучи принципово невірною, система Птолемея, проте, дозволяла з достатньою для того часу точністю передобчислювати положення планет на небі і тому задовольняла, до певної міри, практичним запитам протягом багатьох століть.

Системою світу Птоломея завершується етап розвитку старогрецької астрономії.

Розвиток феодалізму і розповсюдження християнської релігії спричинили за собою втрату інтересу до природних наук, і розвиток астрономії в Європі загальмувався на багато сторіч.

Наступний період розвитку астрономії пов'язаний з діяльністю вчених країн ісламу - ал-Баттани, ал-Бируни, Абу-л-Хасана ібн Юніса, Насир пекло-Діна ат-Туси, Улугбека і багатьох інших.

Становлення теоретичної астрономії. Середньовіччя

В епоху середньовіччя астрономи займалися лише наглядами видимих рухів планет і узгодженням цих наглядів з прийнятою геоцентричною системою Птолемея.

Цікаві космологічні ідеї можна знайти в творах Орігена з Александрії, видного апологета раннього християнства, учня Філона александрійського. Оріген закликав сприймати Книгу Буття не буквально, а як символічний текст. Всесвіт, по Орігену, містить безліч світів, у тому числі жилих. Більш того, він допускав існування безлічі Всесвітів з своїми зоряними сферами. Кожний Всесвіт кінцевий в часі і в просторі, але сам процес їх зародження і загибелі нескінченний:

Що стосується мене, то скажу, що Бог приступив до своєї діяльності не тоді, коли був створений наш видимий мир; і подібно тому, як після закінчення існування останнього виникає інший мир, так само до початку Всесвіту існував інший Всесвіт. Отже, слід вважати, що не тільки існують одночасно багато світів, але і до початку нашого Всесвіту існували багато Всесвітів, а після закінчення неї будуть інші світи.

Треба сказати, звучить цілком сучасно.

В XI-XII століттях основні наукові праці греків і їх арабомовних учнів були перекладені на латинський. Основоположник схоластики Альберт Великий і його учень Хома Аквінській в XIII столітті препарували навчання Аристотеля, зробивши його прийнятним для католицької традиції. З цієї миті система світу Арістотеля-Птолемея фактично зливається з католицьким догматизмом. Експериментальний пошук істини підмінявся більш звичною для теології методикою - пошуком відповідних цитат в канонізованих творах і їх просторовим коментуванням.

В XIII столітті в Толедо під заступництвом короля Кастілії Альфонса X Мудрого відкрилася перша в Європі обсерваторія. В ній працювали християни, євреї і мусульмани; підготовлені ними астрономічні таблиці були опубліковані в 1252 році (піднесені королю при сходженні на престол). «Альфонсинськіє таблиці» відрізнялися хорошою точністю і використовувалися більше двох сторіч.

В XV столітті німецький філософ, кардинал Микола Кузанській, помітно випередивши свій час, виказав думку, що Всесвіт нескінченний, і у неї взагалі немає центру - ні Земля, ні Сонце, ні що-небудь інше не займають особливого положення. Всі небесні тіла складаються з тієї ж матерії, що і Земля, і, цілком можливо, жилі. За століття до Галілея він затверджував: всі світила, включаючи Землю, рухаються в просторі, і кожне спостерігач, що знаходиться на ньому, має право вважати нерухомим.

В XV столітті велику роль в розвитку наглядової астрономії зіграли праці Георга Пурбаха, а також його учня і друга Іоганна Мюллера (Региомонтана). До речі, вони стали першими в Європі ученими, що не мали духовного сану. Після серії наглядів вони переконалися, що всі астрономічні таблиці, що були, включаючи Альфонсинські, застаріли: положення марса давалося з помилкою на 2°, а місячне затьмарення спізнилося на цілу годину! Для підвищення точності розрахунків Региомонтан склав нову таблицю синусів (через 1') і таблицю тангенсів. Книгодрукування, що тільки що з'явилося, сприяло тому, що виправлений підручник Пурбаха і «Ефемеріди» Региомонтана протягом десятиріч були основним астрономічним керівництвом для європейців. Таблиці Региомонтана були набагато точніше колишніх і справно служили аж до Коперника. Їх використовували Колумб і Америго Віспуччі. Пізніше таблиці якийсь час використовувалися навіть для розрахунків по геліоцентричній моделі.

Регіомонтан також запропонував метод визначення довготи по різниці табличного і місцевого часу, відповідного заданому положенню Місяця. Він констатував розбіжність юліанського календаря з сонячним роком майже на 10 днів, що примусило церкву задуматися про календарну реформу. Така реформа обговорювалася на Латеранськом соборі (Рим, 1512-1517) і була реалізована в 1582 році.

Коперниканська революція

До XVI століття було ясно, що система Птоломея неадекватна і приводить до неприпустимо великих розрахункових помилок. Для підвищення точності розрахунків положень планет деякі астрономи пропонували ввести додаткові епіцикли, але і вони не рятували положення. Микола Коперник став першим, хто запропонував альтернативу, що детально пропрацювала, причому засновану на абсолютно іншій моделі світу.

Головна праця Коперника - «De Revolutionibus Orbium Caelestium» (Про обертання небесних сфер) - був в основному завершений в 1530 році, але тільки перед смертю Коперник зважився опублікувати його. Втім, в 1503-1512 роках Коперник поширював серед друзів рукописний конспект своєї теорії («малий коментар про гіпотези, що відносяться до небесних рухів»), а його учень Ретік опублікував ясний виклад геліоцентричної системи в 1539 році. Очевидно, чутки про нову теорію широко розійшлися вже в 1520-х роках.

По структурі головна праця Коперника майже повторює «Альмагест» в дещо скороченому вигляді (6 книг замість 13). В першій книзі також приведені аксіоми, але замість положення про нерухомість Землі поміщена інша аксіома - Земля і інші планети обертаються навкруги осі і навкруги Сонця. Ця концепція детально аргументується, а «думку стародавніх» більш менш переконливо спростовується. Коперник згадує як своїх союзників тільки античних філософів Філолая і Никетаса.

З геліоцентричних позицій Коперник без праці пояснює поворотний рух планет. Далі приводиться той же матеріал, що і у Птоломея, лише трохи уточнений: сферична тригонометрія, зоряний каталог, теорія руху Сонця і Місяця, оцінка їх розмірів і відстані до них, теорія прецесії і затьмарень.

В книзі III, присвяченому річному рухи Землі, Коперник робить епохальне відкриття: пояснює «передування рівнодень» зсувом напряму земної осі. В книгах V і VI, присвячених руху планет, завдяки геліоцентричному підходу стало можливо оцінити середні відстані планет від Сонця, і Коперник наводить ці дані, досить близькі до сучасних.

Система світу Коперника, з сучасної точки зору, ще недостатньо радикальна. Всі орбіти кругові, рух по них рівномірний, так що епіцикли довелося зберегти - правда, замість 80 їх стало 34. Механізм обертання планет збережений колишнім - обертання сфер, до яких прикріплені планети. Але тоді вісь Землі в ході річного обертання повинна повертатися, описуючи конус; щоб пояснити зміну пір року, Копернику довелося ввести третє (зворотне) обертання Землі навкруги осі, перпендикулярній екліптиці, яке використовував також для пояснення прецесії. На межу світу Коперник помістив сферу нерухомих зірок.

Строго кажучи, модель Коперника навіть не була геліоцентричною, оскільки Сонце він розташував не в центрі планетних сфер.

Птолемеєвський зсув центру орбіти (еквант) Коперник, природно, виключив, і це стало кроком назад - первинно більш точні, ніж Птоломеєві, таблиці Коперника незабаром істотно розійшлися з наглядами, що немало спантеличило і охолодило її захоплених прихильників. Та все ж в цілому модель світу Коперника була колосальним кроком вперед і нищівним ударом по архаїчних авторитетах.

Католицька церква спочатку віднеслася до відродження «піфагорійця» благодушно, окремі її стовпи навіть протегували Копернику. Тато Климент VII, стурбований уточненням календаря, доручив кардиналу Вігманштадту прочитати вищому кліру лекцію про нову теорію, яка і була з увагою вислухана. З'явилися, проте, серед католиків і ярі супротивники геліоцентризму. Проте вже з 1560-х років в декількох університетах Швейцарії і Італії почалися лекції за системою Коперника. Математична основа моделі Коперника була дещо простіше, ніж у Птоломеєвої, і цим відразу скористалися в практичних цілях: були випущені уточнені астрономічні («прусські») таблиці (1551, Е. Рейнгольд).

З інших подій бурхливого XVI століття відзначимо, що 5 жовтня 1582 року була проведена давно запланована календарна реформа (5 жовтня стало 15-м). Новий календар був названий григоріанським на честь тата Григорія XIII, але справжнім автором проекту був італійський астроном і лікар Луїджі Лілліо.

Винахід телескопа. Галілей

Великий італійський вчений Галілео Галілей систему Коперника прийняв з ентузіазмом, причому відразу відкинув фіктивний «третій рух», показавши на досвіді, що вісь дзиги, що рухається, зберігає свій напрям сама собою. Для доказу правоти Коперника він вирішив застосувати телескоп.

Шліфовані скляні лінзи були відомі ще вавілонянам; найстародавніша із знайдених при розкопках лінз відноситься до VII століття до н.е. В 1608 році в Голландії була винайдена зорова труба; дізнавшися про це влітку 1609 роки, Галілей самостійно побудував значно вдосконалений її варіант, створивши перший в світі телескоп-рефрактор. Збільшення телескопа спочатку було триразовим, пізніше Галілей довів його до 32-кратного.

Сенсаційні результати своїх досліджень Галілей висловив в серії статі «Зоряний вісник» (1610), викликавши серед учених справжній шквал оптичних наглядів за небом. Виявилося, що Чумацький шлях складається з скупчень окремих зірок, що на Місяці є гори (заввишки до 7 км, що близьке до істини) і западини, на Сонце є плями, а у Юпітера - супутники (термін «супутник» ввів пізніше Кеплер). Особливо важливим було відкриття, що Венера має фази; в системі Птоломея Венера як «нижня» планета була завжди ближче до Землі, ніж Сонце, і «повновенерість» було неможливе.

Страницы: 1, 2