Ця стаття була опублікована у 185-му номері журналу The Universe Space Tech. Її автор — Михайло Лашко, кандидат педагогічних наук, науковий співробітник ГАО НАН України
Астрономію без перебільшення можна назвати найстарішою з наук. Важко сказати, скільки вже тисячоліть люди дивляться на небо, намагаючись знайти закономірності у небесних явищах та їхній зв’язок із земними. Спостерігаючи за Сонцем, Місяцем, планетами та зорями, людство поступово усвідомлювало своє місце у Всесвіті. Завдяки цим спостереженням учені увійшли в телескопічну епоху з великим багажем знань, що надалі дозволив здійснити справжню наукову революцію.
Давньоєгипетська астрономія виникла понад шість тисяч років тому з необхідності обчислювати періоди підйому та спаду води в річці Ніл, від розливів якої залежало життя країни Та-Кемет. З початком розливу збігалася перша після періоду невидимості поява яскравої зорі Сотіс (Сіріус, α Великого Пса) на сході у променях вранішнього Сонця, що легко спостерігалася неозброєним оком. Обидві події майже збігалися з літнім сонцестоянням і стали першим днем єгипетського року.
Давньоєгипетські жерці-астрономи ділили небо на 23 сузір’я. Їхні космологічні уявлення не відрізнялися складністю й недалеко відійшли від уявлень первісних людей: пласка Земля під куполоподібним небом. Однак у результаті багаторічних спостережень єгиптяни створили досить точний сонячний календар, у якому рік мав 365 діб і ділився на три сезони по чотири місяці в кожному. Місяць складався з трьох 10-денних тижнів, останні п’ять днів року оголошувалися святковими. Приблизно 238 року до н.е. в цей календар були внесені корективи. Для визначення часу існували сонячні (в т.ч. переносні) та водяні годинники. Астрономічні знання використовувались у будівництві житлових і господарських споруд, храмів, пірамід.
Ще за 3000 років до нашої ери у стародавньому Вавилоні почалися ретельні спостереження затемнень, сходів-заходів і руху по небу Місяця та планет. Вавилонські жерці зробили низку важливих відкриттів:
- Визначили сидеричні (відносно «нерухомих» зірок) періоди обертання планет.
- Ввели поняття зодіаку та відкрили прецесію — поступовий зсув точок рівнодень і сонцестоянь.
- Уточнили календар, визначили тривалість сонячного року в 365,25 доби (1792 рік до н.е.).
- Навчилися передбачати затемнення, відкрили сарос — майже точне повторення взаємного розташування Сонця, Землі та Місяця кожні 18 років і 10 днів.
У 700-650 роках до н.е. вавилонськими астрономами був створений перший у світі підручник-довідник «Мул Апіна» («Зоряний плуг»). Багато їхніх досягнень лягло в основу арабської науки.
У Китаї, на відміну від інших давніх держав, астрономи не виконували релігійних функцій — вони були високопоставленими державними чиновниками, в обов’язки яких входило проведення регулярних астрономічних спостережень із реєстрацією та тлумаченням небесних явищ. Далі вони повідомляли про них імператора (Сина Неба) та народ, складали й уточнювали календарі, виконували геодезичні роботи тощо.
Для розвитку давньокитайської астрономії характерні глибока самобутність, вікові традиції та спадкоємність. Вчені Китаю самостійно відкрили низку вищезгаданих явищ і випередили інші стародавні цивілізації у багатьох видатних відкриттях. На сьогодні відомо близько сотні тисяч астрономічних текстів, що стосуються періоду з 2500 року до н.е. Літописи зберегли імена численних китайських астрономів.
Перші державні календарі у Піднебесній були введені близько 2690 року до н.е. Спочатку з’явився сонячно-місячний 76-річний календар, який мав 48 «простих» років по 12 місяців і 28 «високосних» по 13 місяців тривалістю 29 і 30 діб. Потім він був спрощений до 19-річного (12 «простих» і 7 «високосних» років) і приведений у відповідність із сидеричними періодами обертання Юпітера та Сатурна.
Першу велику спеціалізовану обсерваторію побудував У-Ван у ХІІ столітті до н.е. Теорія сонячних і місячних затемнень була розроблена більш ніж за 2000 років до н.е. Китайські астрономи самостійно винайшли та з успіхом використовували кутомірні інструменти, компас, сонячні й водяні годинники, різні механізми та пристосування. У IV столітті до н.е. китайці склали перший у світі зоряний каталог, що містив відомості про 800 зірок, які входили до складу 124 сузір’їв (пізніше число сузір’їв зросло до 283), 320 світил мали власні імена.
Власний рух зірок зумів відкрити І Сін у VІІ столітті н.е., причому без застосування телескопа (нагадаємо, що європейським астрономам про це явище стало відомо майже на тисячу років пізніше). У VІІІ столітті в Китаї виконали перше вимірювання дуги меридіана, а отже — визначили діаметр Землі. Ще у першій половині I тисячоліття до н.е. китайські астрономи відкрили плями на Сонці та сонячні протуберанці, з високою точністю визначили синодичні та сидеричні періоди обертання планет.
Часи античності
Серед досягнень античного світу варто зазначити розробку теорії сонячних і місячних затемнень, відкриття сароса. Про сферичну форму Землі давньогрецькі астрономи здогадалися на основі спостережень форми земної тіні, коли крізь неї проходив Місяць.
Метон Афінський у V столітті до н.е. встановив, що 235 циклів зміни місячних фаз (6940 днів) відповідають 19 сонячним рокам. Зараз ми називаємо цей період Метоновим циклом. Демокріт вважав, що матерія складається з найдрібніших неподільних частинок — атомів — і порожнього простору, в якому вони рухаються. Відмінності фізичних тіл він пояснював різною формою, розмірами та кількістю атомів у їхньому складі. Всесвіт, згідно з його уявленнями, є вічним і нескінченним у просторі, а Чумацький Шлях має складатися з безлічі нерозпізнаних оком зірок, кожна з яких являє собою далеке сонце. Місяць, за Демокрітом, був схожий на Землю — з горами, морями, долинами.
Арістотель, визнаючи кулястість Землі та небесних тіл, був прихильником власної геоцентричної системи світу. Ератосфен обчислив на основі астрономічних спостережень розміри нашої планети, визначивши довжину земного екватору в 45 000 км (у перерахунку на сучасні одиниці). Аристарх Самоський за 1700 років до Коперника зробив висновок про обертання Землі навколо Сонця, але він вважав, що останнє разом із «нерухомими» зірками не змінює свого місця у просторі. Приймаючи гіпотезу про добове обертання Землі, знаючи її діаметр і вважаючи Місяць утричі меншим за неї, на основі власних спостережень Аристарх розрахував, що Сонце — найближча з зірок — у 20 разів далі від нас, ніж Місяць (насправді — в 400 разів).
Гіппарх Нікейський запровадив координатну сітку з меридіанів і паралелей, які давали можливість визначати географічні координати місцевості, склав зоряний каталог, що містив відомості про 850 світил, розподілених по 48 сузір’ях, і запропонував розділити зірки за блиском на шість зоряних величин. Також цей астроном незалежно відкрив прецесію, вивчав рух Місяця та планет, повторно виміряв відстань до Місяця й Сонця, а ще розробив одну з геоцентричних систем світу.
Птолемей спробував створити теорію руху Сонця, Місяця та планет, розробив найдетальнішу й найпопулярнішу з геоцентричних систем світу, що визначала космологічні уявлення вчених протягом 1500 років. Його праця «Альмагест» у 13 книгах стала науковою енциклопедією Середньовіччя.
Після всього, що ми вже дізналися про здобутки давніх астрономів, виникає питання: як це все стало можливим? Якими інструментами послуговувалися науковці в ті часи? Відповідь можна знайти в «Альмагесті», де описані прилади, якими користувався Птолемей і його сучасники.
Тогочасні спостереження зводилися до вимірювань положень світил на небесній сфері та кутових відстаней між ними. Головними інструментами були «полуденне коло», яким вимірювали нахил екліптики до екватору та положення Сонця, «квадрант» і «трикветрум» для визначення висоти світил над горизонтом, «армілярна сфера» — для визначення їхніх екліптичних координат. Герон Олександрійський згадує ще один астрономічний інструмент — діоптр. Стародавні вчені першими почали використовувати статистичні методи, роблячи багато спостережень і вираховуючи середнє значення. Це дозволяло досягти точності, вищої за роздільну здатність неозброєного ока.
Поступово набула поширення астролябія. В середні віки вона стала головним інструментом астрономів. Її математичною основою була стереографічна проєкція, що являла собою механічний аналог рухомої карти зоряного неба. У своїй роботі «Про планісферу» Птолемей описував цю проєкцію та зазначав, що вона є основою «гороскопічного інструменту», за описом дуже схожого на астролябію.
Наприкінці IV століття н.е. трактат про астролябію був написаний Теоном Олександрійським. За повідомленням Синезія, у виготовленні цих приладів брала участь донька Теона — Гіпатія. Зокрема, їй приписується винахід пласкої астролябії.
Точність спостережень багато в чому залежала від якості виготовлення інструмента і кваліфікації астронома. Щодо першого, то з урахуванням високого рівня науки й техніки в епоху античності (згадаймо хоч би знаменитий антикітерський механізм) можна з упевненістю сказати, що астрономічні прилади робилися дуже якісно. Давнім грекам уже були відомі лінзи, але до винаходу телескопа справа, на жаль, не дійшла.
Розквіт арабської науки
Середні віки (з початку VІІ по XI століття) стали періодом занепаду природничо-наукових знань, зокрема й астрономії, внаслідок загибелі греко-римського центру науки й культури та поширення монотеїстичних релігій — християнства та ісламу. В Європі панувала примітивна біблійна картина світу, яка в XI-ХІІ століттях змінилася вкрай догматизованим ученням Арістотеля та Птолемея.
У VІІ-XIV століттях центрами науки стають міста Арабського Сходу. Арабські вчені переклали «Альмагест» Птолемея, праці Арістотеля й інших давньогрецьких вчених, індійські астрономічні трактати, уточнили величину прецесії, кута між екліптикою та небесним екватором.
Араби в основному використовували ті ж астрономічні інструменти, що й греки, істотно їх допрацювавши. Завдяки їм астролябія стала основним приладом дотелескопічної епохи. Вона перетворилася на своєрідний аналоговий комп’ютер, за допомогою якого можна було обчислювати час за зірками та Сонцем, моменти їхнього сходу та заходу, передбачувати деякі небесні явища.
Для наближеного обчислення координат планет використовувався екваторіум — наочна модель птолемеєвої теорії, що візуалізувала рух небесних тіл.
Найважливішим завданням, яке ставили перед собою мусульманські астрономи, було уточнення основних астрономічних параметрів: нахилу екліптики до екватору, швидкості прецесії, тривалості року та місяця, параметрів планетних теорій. Результатом стала вельми точна для свого часу система астрономічних констант.
При цьому було зроблено кілька важливих відкриттів. Одне з них належить астрономам, які працювали під заступництвом халіфа аль-Мамуна в IX столітті. Вимірювання нахилу екліптики до екватору дало результат 23°33′. Оскільки у Птолемея фігурувало значення 23°51′, був зроблений висновок про зміну цього кута з плином часу.
Багато відкриттів арабські астрономи зробили завдяки тому, що мали у своєму розпорядженні дуже довгі ряди спостережень, виконаних їхніми попередниками. Одне з них — зміна довготи апогею Сонця (насправді це апогей орбіти Землі). За даними Птолемея, цей параметр не змінюється з часом, тобто сонячна орбіта фіксована щодо точок рівнодення. Але ще в IX столітті з’явилися підозри, що він не лишається постійним. Як ми знаємо зараз, це дійсно так — орбіта Землі повільно обертається в системі координат, пов’язаній із «нерухомими» зірками.
Аль-Біруні з Хорезма (973-1048) провів багаторічні спостереження небесних об’єктів і самостійно, за оригінальною методикою, визначив розміри Землі. Він також здогадувався про її обертання навколо Сонця. Омар Хаям, більше відомий як поет, займався складанням астрономічних таблиць і розробкою календарів. Створений ним 1079 року перський сонячний календар був значно точнішим за григоріанський. Він застосовувався в Ірані й інших державах до середини XIX століття. Насреддін Тусі (1201-1277) заснував у Маразі обсерваторію з великою бібліотекою, у співпраці з науковцями Індії та Китаю склав «Ільханські таблиці» руху Місяця, Сонця та планет.
Важливим напрямом діяльності астрономів ісламського світу було складання зоряних каталогів. Найвідоміший із них був включений до «Книги сузір’їв нерухомих зірок» Абул-Рахмана ас-Суфі. Між іншим, ця праця містила перший опис Туманності Андромеди.
В деяких випадках араби проводили астрономічні спостереження, що не мали аналогів у греків. Так, видатний сирійський астроном Ібн аш-Шатир визначив кутовий діаметр диска Сонця за допомогою камери-обскури. При цьому був зроблений висновок, що його величина змінюється в набагато ширших межах, ніж згідно з теорією Птолемея.
Мохамед-Тарагай Улугбек (1394-1449), онук і спадкоємець великого завойовника Тимура, побудував найбільшу в XV столітті астрономічну обсерваторію з головним інструментом — гігантським квадрантом радіусом 40,2 м з точністю вимірювань 10 секунд дуги, за допомогою якого були дуже точно визначені тривалість року і кут нахилу екліптики. Головною працею Улугбека вважається «Зідж Гурагані» («Нові таблиці») — каталог, що містив відомості про 1018 зірок, різні системи літочислення, основи сферичної та практичної астрономії, теорію затемнень, руху планет тощо. Ця книга стала астрономічною енциклопедією XV століття й неодноразово перевидавалася в інших країнах.
* * *
Арабська наука дозволила зберегти велику частину знань, майже забутих у Середньовіччі, та підготувала європейську астрономію до справжньої революції, що розпочалася ще до винайдення телескопа. 1543 року Микола Коперник у своїй праці «Про обертання небесних сфер» виклав геліоцентричну теорію, яка описувала всі головні особливості видимого добового обертання небесної сфери та руху планет. Уперше отримала пояснення зміна пір року. Теорія Коперника розкрила найважливіший принцип будови Всесвіту — рухливість. У 1577-му Тихо Браге з помічниками виміряли паралакс комети та встановили, що вона перебуває на більшій відстані від Землі, ніж Місяць, а отже, не може бути атмосферним явищем (як це вважалося раніше). Європейське Відродження поступово змістило увагу культури та мистецтва з Бога до Людини, й одночасно з цим у науці змінювався центр світобудови — він «пересунувся» від Землі, яку тепер вважали рядовою планетою, до Сонця, що вже невдовзі займе своє місце серед інших подібних світил. Замість «сфери нерухомих зірок» приходив нескінченний Всесвіт, що постійно змінюється…
Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!
Долучайтеся: https://t.me/ustmagazine
