Астрономия

АстрономияАстрономия. Из единой науки древней Греции прежде всего выделились астрономия, математика и механика. Это соответствовало тому естественному ходу накопления научных знаний, обусловленному потребностями производства, о котором Энгельс писал: «Сперва астрономия, которая уже из-за времен года абсолютно необходима для пастушеских и земледельческих народов. Астрономия может развиваться только при помощи математики. Следовательно, приходилось заниматься и последней. Далее, на известной ступени развития земледелия и в известных странах (поднимание воды для орошения в Египте), а в особенности вместе с возникновением городов, крупных построек и развитием ремесла развилась и механика. Вскоре она становится необходимой также для судоходства, военного дела. Она тоже нуждается в помощи математики и таким образом способствует ее развитию. Итак, уже с самого начала возникновение и развитие наук обусловлено производством».

Как мы уже говорили, астрономические наблюдения в Китае и Индии велись с древнейших времён. От халдеев и египтян начатки астрономии перешли к грекам. Греки выдвинули задачу построения системы мира. Так как наблюдения производились с Земли, то наиболее естественной системой мира являлась геоцентрическая, приспособленная к точке зрения земного наблюдателя. Аристотель дал натурфилософское обоснование такой системы. Другой ученик Платона, Эвдокс Книдский (408—355), впервые поставил задачу найти кинематику планет, исходя из гипотезы, что в основе должно лежать идеальное сферическое движение. Но видимое движение планет не круговое и не равномерное; более того, планеты (Марс) описывают при видимом движении петли. Платон предложил своим ученикам разрешить это противоречие между идеалом и действительностью. Эвдокс следующим образом справляется с этой задачей. В центре вселенной он полагает шарообразную Землю. (Повидимому, Эвдоксу также принадлежит определение длины окружности Земли в 400 000 стадий, приводимое Аристотелем. Хотя это значение примерно в 1 1/2 раза больше действительного, оно вряд ли было дано случайно.) Предстают сферу, вращающуюся вокруг Земли как центра, полюса этой сферы прикреплены в свою очередь к другой шаровой поверхности, обращающейся с другой скоростью и в другом направлении, и наконец, эта последняя сфера прикреплена к третьей, к которой прикреплено светило. Надлежащим подбором скоростей и направлений движения этих трёх сфер Эвдоксу удалось добиться довольно удовлетворительного согласия с видимым движением Солнца и Луны. Для того чтобы объяснить более сложные движения планет, Эврокс, кроме указанных трёх сфер, вводит ещё четвёртую сферу. Таким образом, для кинематического описания неба Эвдокс вводит, кроме сферы неподвижных звёзд, еще 26 сфер.

Аристотель принял схему Эвдокса и развил её далее, введя 56 сфер для объяснения видимого движения небесных светил. Однако тем самым система была настолько усложнена, что её в дальнейшем, пришлось оставить. Именно математик Аполлоний Пергейский (200 г. до н. э.) предложил теорию эпициклов. Планета движется по круговой орбите, центр которой в свою очередь описывает круг вокруг Земли (вообще говоря, с центром не в центре Земли). Эту систему эпициклов особенно развил знаменитый астроном Гиппарх (160—125). Гипнарху астрономия обязана многим. Он первый составил тончайший каталог неподвижных звёзд содержащий 1022 звезды; определил чрезвычайно точно продолжительность года (365 дн. 5 ч. 55 м., на 6 мин. больше действительного). Ему удалось сделать замечательное открытие предварения равноденствия, заключающееся в том, что точка пересечения небесного экватора с эклиптикой не остаётся неподвижной, а смещается к юго-западу. Таким образом, Гиппарх открыл прецессию полярной оси. Гиппарх повторил определение расстояния Земли от Луны. Наконец, Гиппарх впервые стал определять географические координаты (широту и долготу) с помощью астрономнческих наблюдений и стал чертить географические карты методом стереографической проекции. Эти достижения Гиппарха ярко рисуют высокий уровень астрономической науки, достигнутый древними.

Гиппарх открыл, что расстояние Луны от Земли не остаётся постоянным и что Луна движется неравномерно вокруг Земли: она движется быстрее на близких расстояниях к Земле и медленнее на далёких. Отсюда он сделал вывод, что Луна движется по кругу, однако Земля не совпадает с центром этого круга.

Такую же эксцентричность он приписал и солнечной орбите.

Однако одна эксцентричность не могла спасти положения, и Птоломей (70—147) развил до конца систему эпициклов, ведущую своё происхождение от Аполлония и Гиппарха. Система мира Птоломея, сыгравшая столь исключительную роль в истории мировоззрения, изложена в его сочинении «Великое построение», известное под арабским названием «Альмагест». В центре вселенной — Земля (рис. 5), окружённая по схеме Аристотеля последовательно водой, воздухом и огнём. Вокруг Земли обращаются в последовательном порядке: Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн, затем сфера неподвижных звёзд, окружённая жилищем блаженных, где помещён «первый двигатель».

Центры подвижных: светил движутся по кругам, эксцентричным по отношению к Земле. Для объяснения движений некоторых планет приходилось вводить 3-й и даже более высокого порядка эпициклы. Таким образом, эта система оказалась чрезвычайно громоздкой, и по мере накопления фактического материала всё более усложнялась. Однако она сыграла ту положительную роль, что помогла в первом приближении разобраться в астрономических явлениях и как первый очерк картины мира (солнечной системы) выполняла своё назначение.

Но Энгельс недаром указывал, что «в многообразных формах греческой философии имеются в зародыше, в возникновении, почти все позднейшие типы мировоззрения». И наряду с геоцентрической системой мы встречаем в зародыше, в возникновении, и другие картины мира. Так было уже упомянуто, что пифагорейцы учили о движении Земли вокруг центрального огня (пироцентрическая система). Гераклит из Понта, друг Аристотеля выставил гипотезу, отличную от гипотезы Эвдокса, и которая позднее была развита знаменитым астрономом Тихо Браге.

29Именно он предположил, что Меркурий и Венера обращаются вокруг Солнца, а Солнце вместе с другими планерами движется вокруг Земли. Также, вопреки Аристотелю, он учил о бесконечности вселенной. Но особенно замечательны идеи Аристарха Самосского (около 250 г. до н. э.). Приведём характеристику его воззрений, данную Архимедом: «Известно, что большинство астрономов под словом мир понимают сферу, центр которой в центре Земли, а радиус равняется прямой линии, соединяющей центр Солнца с центром Земли. Но Аристарх Самосский в своём сочинении опровергает это мнение астрономов и высказывает соображения, из которых вытекает, что мир во много раз больше. А именно, он принимает, что Солнце и неподвижные звёзды находятся в покое, а Земля движется по кругу около Солнца, помещённого в центре этого круга». Аристарх очень образно указывает на огромность вселенной: расстояние от Земли до неподвижных звёзд так относится к радиусу орбиты Земли, как диаметр шара относится к его центру.

Аристарх был крупным астрономом. Он первый предпринял попытку определить расстояние Луны и Солнца от Земли. Незадолго до нeгo Эратосфен определил радиус Земли следующим методом. В полдень в Сиене в день летнего солнцестояния Солнце освещало дно глубокого колодца, т. е. было как раз в зените (рис. 23); направление SC изображает направление солнечных лучей в Сиене. В то же время в Александрии, находившейся приблизительно на одном меридиане с Сиеной и отстоящей от неё на расстоянии АС стадий, направление лучей образовывало угол S1AZ с вертикалью. Отсюда он нашёл длину окружности Земли равной 250 000 стадий, что равно приблизительно 39 690 км.
Аристарх определил расстояние Луны от Земли следующим образом:

30Наблюдатель в пункте а земного шара наблюдает восход Луны и определяет угол u (рис. 24) между направлениями на некоторую неподвижную звезду s и Луну m. Через 12 час. вследствие вращения Земли наблюдатель находится в b и определяет угол v между тем же направлением на звезду и на заходящую Луну. Отсюда может быть определено расстояние до Луны. Аристарх нашёл его равным 56 радиусам Земли (действительное 60,2 радиуса Земли).

Для определения расстояния Солнца от Земли Аристарх определил угол φ между направлениями на Луну и Солнце в момент, когда Луна находится в квадратуре (т. е. освещена четверть Луны, рис. 25). Знание этого угла даёт возможность из прямоугольного тр-ка MJS определить расстояние JS. Аристарх нашёл, что φ = 87° и что JS = 19JM. Ошибка (в действительности Солнце от Земли дальше, чем Луна, в 400 раз) произошла не от порока метода — метод безупречен, — а из невозможности без телескопа определить точно момент наступления квадратуры.

31Мы видим, что гипотеза Аристарха была гипотезой не дилетанта, а крупного специалиста в своей области. Однако она не встретила признания. Наоборот, против Аристарха было выдвинуто обвинение в безбожии (Клеант) на том основании, что Аристарх де своими домыслами нарушает покой богини Земли. Но дело было не только в обвинении в безбожии, которого философы древности не очень-то боялась, а ещё и в том,что гелиоцентрическая система опережала уровень астрономических и механических знаний того времени; условия для её принятия ещё не созрели. После Коперника, как увидим в своём месте, понадобилась длительная борьба и большая, работа таких выдающихся деятелей, как Галилей и Кеплер, чтобы система в конце концов была принята учёными. Обратимся теперь к механике.