Эта статья была опубликована в 185-м номере журнала The Universe Space Tech. Ее автор — Михаил Лашко, кандидат педагогических наук, научный сотрудник ГАО НАН Украины
Астрономию без преувеличения можно назвать старейшей из наук. Сложно сказать, сколько тысячелетий люди смотрят на небо, пытаясь найти закономерности в небесных явлениях и их связь с земными. Наблюдая за Солнцем, Луной, планетами и звездами, человечество постепенно осознавало свое место во Вселенной. Благодаря этим наблюдениям ученые вошли в телескопическую эпоху с солидным багажом знаний, что в дальнейшем позволило осуществить настоящую научную революцию.
Древнеегипетская астрономия возникла более шести тысяч лет тому назад из необходимости вычислять периоды подъема и спада воды в реке Нил, от разливов которой зависела жизнь страны Та-Кемет. С началом разлива совпадало первое после периода невидимости появление яркой звезды Сотис (Сириус, α Большого Пса) на восходе в лучах утреннего Солнца, легко наблюдавшееся невооруженным глазом. Оба события почти совпадали с летним солнцестоянием и стали первым днем египетского года.
Древнеегипетские жрецы-астрономы делили небо на 23 созвездия. Их космологические представления не отличались сложностью и недалеко ушли от представлений первобытных людей: плоская Земля под куполообразным небом. Однако в результате многолетних наблюдений египтяне создали довольно точный солнечный календарь, в котором год имел 365 суток и делился на три сезона по четыре месяца в каждом. Месяц состоял из трех 10-дневных недель, последние пять дней года объявлялись праздничными. Примерно в 238 году до н.э. в этот календарь были внесены коррективы. Для определения времени существовали солнечные (в т.ч. переносные) и водяные часы. Астрономические знания использовались при строительстве жилых и хозяйственных построек, храмов, пирамид.
Еще за 3000 лет до нашей эры в древнем Вавилоне начались тщательные наблюдения затемнений, восходов-закатов, движения по небу Луны и планет. Вавилонские жрецы сделали ряд важных открытий:
- Определили сидерические (относительно «неподвижных» звезд) периоды обращения планет.
- Ввели понятие зодиака и открыли прецессию — постепенный сдвиг точек равноденствий и солнцестояний.
- Уточнили календарь, определили продолжительность солнечного года в 365,25 суток (1792 год до н.э.).
- Научились предсказывать затмения, открыли сарос — почти точное повторение взаимного расположения Солнца, Земли и Луны каждые 18 лет и 10 дней.
В 700-650 годах до н.э. вавилонскими астрономами был создан первый в мире учебник-справочник «Мул Апина» («Звездный плуг»). Много их достижений легло в основу арабской науки.
В Китае, в отличие от других древних государств, астрономы не выполняли религиозных функций — они были высокопоставленными государственными чиновниками, в обязанности которых входило проведение регулярных астрономических наблюдений с регистрацией и толкованием небесных явлений. Далее они сообщали о них императору (Сыну Неба) и народу, составляли и уточняли календари, выполняли геодезические работы и т.д.
Для развития древнекитайской астрономии характерны глубокая самобытность, вековые традиции и преемственность. Ученые Китая самостоятельно открыли ряд упомянутых явлений и опередили другие древние цивилизации во многих выдающихся открытиях. На данный момент известно около сотни тысяч астрономических текстов, касающихся периода с 2500 года до н.э. Летописи сохранили имена многочисленных китайских астрономов.
Первые государственные календари в Поднебесной были введены около 2690 года до н.э. Сначала появился солнечно-лунный 76-летний календарь, имевший 48 «простых» лет по 12 месяцев и 28 «високосных» по 13 месяцев продолжительностью 29 и 30 суток. Затем он был упрощен до 19-летнего (12 «простых» и 7 «високосных» лет) и приведен в соответствие с сидерическими периодами обращения Юпитера и Сатурна.
Первую большую специализированную обсерваторию построил У-Ван в ХІІ веке до н.э. Теория солнечных и лунных затмений была разработана более чем за 2000 лет до н.э. Китайские астрономы самостоятельно изобрели и успешно использовали угломерные инструменты, компас, солнечные и водяные часы, различные механизмы и приспособления. В IV веке до н.э. китайцы составили первый в мире звездный каталог, который содержал сведения о 800 звездах, входивших в состав 124 созвездий (позже число созвездий возросло до 283), 320 светил имели собственные имена.
Собственное движение звезд сумел открыть И Син в VII веке н.э., причем без применения телескопа (напомним, что европейским астрономам об этом явлении стало известно почти на тысячу лет позже). В VIII веке в Китае выполнили первое измерение дуги меридиана, а значит, определили диаметр Земли. Еще в первой половине I тысячелетия до н.э. китайские астрономы открыли пятна на Солнце и солнечные протуберанцы, с высокой точностью определили синодические и сидерические периоды обращения планет.
Времена античности
Среди достижений античного мира следует отметить разработку теории солнечных и лунных затмений, открытие сароса. О сферической форме Земли древнегреческие астрономы догадались на основе наблюдений формы земной тени, когда через нее проходила Луна.
Метон Афинский в V веке до н.э. установил, что 235 циклов смены лунных фаз (6940 дней) соответствуют 19 солнечным годам. Сейчас мы называем этот период Метоновым циклом. Демокрит считал, что материя состоит из мельчайших неделимых частиц — атомов — и пустого пространства, в котором они движутся. Различия физических тел он объяснял разной формой, размерами и количеством атомов в их составе. Вселенная, согласно его представлениям, вечна и бесконечна в пространстве, а Млечный Путь должен состоять из множества неразличимых глазом звезд, каждая из которых представляет собой далекое солнце. Луна, по Демокриту, была похожа на Землю — с горами, морями, долинами.
Аристотель, признавая шарообразность Земли и небесных тел, был сторонником собственной геоцентрической системы мира. Эратосфен вычислил на основе астрономических наблюдений размеры нашей планеты, определив протяженность земного экватора в 45 000 км (в пересчете на современные единицы). Аристарх Самосский за 1700 лет до Коперника сделал вывод о вращении Земли вокруг Солнца, но считал, что последнее вместе с «неподвижными» звездами не меняет своего места в пространстве. Принимая гипотезу о суточном вращении Земли, зная ее диаметр и считая Луну втрое меньше нее, на основе собственных наблюдений Аристарх рассчитал, что Солнце — ближайшая из звезд — в 20 раз дальше от нас, чем Луна (на самом деле — в 400 раз).
Гиппарх Никейский внедрил координатную сетку из меридианов и параллелей, позволявших определять географические координаты местности, составил звездный каталог, который содержал сведения о 850 светилах, распределенных по 48 созвездиям, и предложил разделить звезды по блеску на шесть звездных величин. Также этот астроном независимо открыл прецессию, изучал движение Луны и планет, повторно измерил расстояние до Луны и Солнца, а еще разработал одну из геоцентрических систем мира.
Птолемей попытался создать теорию движения Солнца, Луны и планет, разработал наиболее подробную и популярную из геоцентрических систем мира, определявшую космологические представления ученых на протяжении 1500 лет. Его труд «Альмагест» в 13 книгах стал научной энциклопедией Средневековья.
После всего, что мы уже узнали о достижениях древних астрономов, возникает вопрос: как это все стало возможным? Какими инструментами пользовались ученые в то время? Ответ можно найти в «Альмагесте», где описаны приборы, которыми пользовался Птолемей и его современники.
Наблюдения того времени сводились к измерениям положений светил на небесной сфере и угловых расстояний между ними. Главными инструментами были «полуденный круг», которым измеряли наклон эклиптики к экватору и положение Солнца, «квадрант» и «трикветрум» для определения высоты светил над горизонтом, «армиллярная сфера» — для определения их эклиптических координат. Герон Александрийский упоминает еще один астрономический инструмент – диоптр. Древние ученые первыми стали использовать статистические методы, производя много наблюдений и вычисляя среднее значение. Это позволяло достичь точности выше разрешающей способности невооруженного глаза.
Постепенно получила распространение астролябия. В средние века она стала основным инструментом астрономов. Ее математической основой была стереографическая проекция, представлявшая собой механический аналог подвижной карты звездного неба. В своей работе «О планисфере» Птолемей описывал эту проекцию и отмечал, что она является основой «гороскопического инструмента», по описанию очень похожего на астролябию.
В конце IV века н.э. трактат об астролябии был написан Теоном Александрийским. По свидетельству Синезия, в изготовлении этих приборов участвовала дочь Теона — Гипатия. В частности, ей приписывается изобретение плоской астролябии.
Точность наблюдений во многом зависела от качества изготовления инструмента и квалификации астронома. Что касается первого, то с учетом высокого уровня науки и техники в эпоху античности (вспомним хотя бы знаменитый антикитерский механизм) можно с уверенностью сказать, что астрономические приборы производились очень качественно. Древним грекам уже были известны линзы, но до изобретения телескопа дело, к сожалению, не дошло.
Расцвет арабской науки
Средние века (с начала VII по XI столетие) стали периодом упадка естественнонаучных знаний, в том числе и астрономии, в результате гибели греко-римского центра науки и культуры и распространения монотеистических религий — христианства и ислама. В Европе царила примитивная библейская картина мира, которая в XI-XII веках сменилась крайне догматизированным учением Аристотеля и Птолемея.
В VІІ-XIV веках центрами науки становятся города Арабского Востока. Арабские ученые перевели «Альмагест» Птолемея, труды Аристотеля и других древнегреческих ученых, индийские астрономические трактаты, уточнили величину прецессии, угла между эклиптикой и небесным экватором.
Арабы в основном использовали те же астрономические инструменты, что и греки, существенно их доработав. Благодаря им астролябия стала основным прибором дотелескопической эпохи. Она превратилась в своеобразный аналоговый компьютер, с помощью которого можно было вычислять время по звездам и Солнцу, моменты их восхода и заката, предсказывать некоторые небесные явления.
Для приближенного вычисления координат планет использовался экваториум — наглядная модель птолемеевой теории, визуализировавшая движение небесных тел.
Важнейшей задачей, которую ставили перед собой мусульманские астрономы, было уточнение основных астрономических параметров: наклона эклиптики к экватору, скорости прецессии, длительности года и месяца, параметров планетных теорий. Результатом стала весьма точная для своего времени система астрономических констант.
При этом было сделано несколько важных открытий. Одно из них принадлежит астрономам, работавшим под покровительством халифа аль-Маммуна в IX веке. Измерение наклона эклиптики к экватору дало результат 23°33′. Поскольку у Птолемея фигурировало значение 23°51′, был сделан вывод об изменении этого угла с течением времени.
Многие открытия арабские астрономы сделали благодаря тому, что располагали очень длинными рядами наблюдений, выполненных их предшественниками. Одно из них — изменение долготы апогея Солнца (на самом деле это апогей орбиты Земли). По данным Птолемея, этот параметр не меняется с течением времени, то есть солнечная орбита зафиксирована относительно точек равноденствия. Но еще в IX веке возникли подозрения, что он не остается неизменным. Как мы знаем сейчас, это действительно так — орбита Земли медленно вращается в системе координат, связанной с «неподвижными» звездами.
Аль-Бируни из Хорезма (973-1048) провел многолетние наблюдения небесных объектов и самостоятельно, по оригинальной методике, определил размеры Земли. Он также догадывался о ее обращении вокруг Солнца. Омар Хаям, более известный как поэт, занимался составлением астрономических таблиц и разработкой календарей. Созданный им в 1079 году персидский солнечный календарь был значительно точнее григорианского. Он применялся в Иране и других государствах вплоть до середины XIX века. Насреддин Туси (1201-1277) основал в Мараге обсерваторию с большой библиотекой, в сотрудничестве с учеными Индии и Китая составил «Ильханские таблицы» движения Луны, Солнца и планет.
Важным направлением деятельности астрономов исламского мира было составление звездных каталогов. Самый известный из них был включен в «Книгу созвездий неподвижных звезд» Абул-Рахмана ас-Суфи. Между прочим, этот труд содержал первое описание Туманности Андромеды.
В некоторых случаях арабы проводили астрономические наблюдения, не имевшие аналогов у греков. Так, выдающийся сирийский астроном Ибн аш-Шатыр определил угловой диаметр диска Солнца с помощью камеры-обскуры. При этом был сделан вывод, что его величина меняется в гораздо более широких пределах, чем согласно теории Птолемея.
Мохаммед-Тарагай Улугбек (1394-1449), внук и наследник великого завоевателя Тимура, построил крупнейшую в XV веке астрономическую обсерваторию с главным инструментом — гигантским квадрантом радиусом 40,2 м с точностью измерений 10 секунд дуги, с помощью которого были очень точно определены продолжительность года и угол наклона эклиптики. Главным трудом Улугбека считается «Зидж Гурагани» («Новые таблицы») — каталог, содержавший сведения о 1018 звездах, различных системах летоисчисления, основах сферической и практической астрономии, теории затемнений, движении планет и т.д. Эта книга стала астрономической энциклопедией XV века и не раз переиздавалась в других странах.
* * *
Арабская наука позволила сохранить большую часть знаний, почти забытых в Средневековье, и подготовила европейскую астрономию к настоящей революции, начавшейся еще до изобретения телескопа. В 1543 году Николай Коперник в своем труде «О вращении небесных сфер» изложил гелиоцентрическую теорию, которая описывала все главные особенности видимого суточного вращения небесной сферы и движения планет. Впервые получила объяснение смена времен года. Теория Коперника раскрыла важнейший принцип строения Вселенной — подвижность. В 1577-м Тихо Браге с помощниками измерили параллакс кометы и установили, что она находится на большем расстоянии от Земли, чем Луна, а следовательно, не может быть атмосферным явлением (как это считалось ранее). Европейское Возрождение постепенно сместило внимание культуры и искусства от Бога к Человеку, и одновременно с этим в науке менялся центр мироздания — он «переместился» от Земли, теперь считавшейся рядовой планетой, к Солнцу, которое уже скоро займет свое место среди прочих подобных светил. На место «сферы неподвижных звезд» приходила бесконечная постоянно меняющаяся Вселенная…
Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine
