<…> Античная астрономия Демокрит (ок. 460 до н. э. — ок. 370 до н. э.) Демокрит является одним из основателей атомистики – теории, согласно которой все материальные тела состоят из мелких частиц – атомов. Атомы, согласно этой теории, движутся в пустом пространстве хаотично, сталкиваются и вследствие соответствия форм, размеров, положений и порядков либо сцепляются, либо разлетаются. Образовавшиеся соединения держатся вместе и таким образом производят возникновение сложных тел. Само же движение — свойство, естественно присущее атомам. Тела — это комбинации атомов. Демокрит обладал знаниями, которые значительно опережали развитие науки той эпохи. Оставалось сделать один шаг и предположить, что звезды – это другие солнца, вокруг которых и образованы «другие миры». Однако сделать этот шаг атомистам и в частности Демокриту помешало представление о неподвижности Земли и подвижности небесной сферы. <...> Аристотель (384 – 322 гг. до н. э.) Аристотель – великий логик и систематизатор. Занимался многими науками – от поэтики и политики до физики и биологии. Аристотель считал мир вечным и неизменным, живущим по физическим законам. Однако физика Аристотеля сильно отличалась от современной физики, а в Средние века ее авторитет начал сдерживать развитие науки. Согласно Аристотелю, Земля находилась в центре Вселенной. В центре находилась особая точка, к которому стремились все тяжелые элементы – земля и вода. Именно из-за стремления этих элементов к центру Земли, она стала шарообразной. Легкие элементы – воздух и огонь, наоборот, стремились от центра, но не уходили за границы «подлунной сферы». За ней начинается царство небесных тел, построенное из особого, пятого элемента – эфира. Аристарх (ок. 310 до н. э. — ок. 230 до н. э) Аристарх - древнегреческий астроном, математик и философ III века до н. э., впервые предложивший гелиоцентрическую систему мира и разработавший научный метод определения расстояний до Солнца и Луны и их размеров. Единственное сочинение Аристарха, дошедшее до нас, - это «О величинах и расстояниях Солнца и Луны». В нем он описывает способ определения расстояния до Луны и Солнца, их размеры относительно земного. Этот способ был неточен, у Аристарха не получилось получить даже примерное значение. Однако это первая попытка узнать это методом наблюдения, к тому же с приборами того времени определить точное значение было невозможно. Главным в работе Аристарха был не результат, а сам факт выполнения, доказавший, что недостижимый мир небесных тел может быть познан с помощью измерений и расчетов. Аристарху принадлежит также идея гелиоцентрического мира. Большое Солнце (по его расчетам оно было в 6 раз больше Земли в диаметре) не могло вращаться вокруг маленькой Земли. Вокруг нее вращалась только Луна, остальные же планеты вращались вокруг Солнца. Эта теория объясняла многие явления, в том числе и петлеобразное движение планет и смену блеска у Марса. Смену же суток Аристарх объяснял вращением Земля вокруг собственной оси. Гелиоцентрическую систему не приняли современники Аристарха. Они обвинили его в богохульстве и изгнали из Александрии – греческой столицы науки. Потребуются столетия, чтобы люди заново оценили свое положение в мире и приняли систему Аристарха. Гиппарх (ок. 190 до н. э. — ок. 120 до н. э.) Гиппарх – древнегреческий астроном, географ и математик II века до н. э., часто называемый величайшим астрономом античности. Главной заслугой Гиппарха считается то, что он привнёс в греческие геометрические модели движения небесных тел предсказательную точность астрономии Древнего Вавилона. До нас дошло лишь одно произведение этого ученого – «Комментарии к Арату и Евдоксу». Все остальные произведения погибли вместе с Александрийской библиотекой. Гиппарх подтвердил утверждения других древних философов о разной продолжительности времен года. Он решил объяснить это смещением Земли относительно центра окружности, по которой движется Солнце вокруг Земли. Такую орбиту он назвал эксцентриком, а величину смещения центров (в отношении к радиусу) – эксцентриситетом. Точку орбиты, в которой Солнце находится ближе всего к Земле, Гиппарх назвал перигеем, а наиболее удаленную точку – апогеем. Гиппарх открыл прецессию – медленное вращение небесной сферы вокруг полюса эклиптики. Она делает полный оборот за 25735 лет (современное значение). Гиппарх установил, что плоскость лунной орбиты вокруг Земли наклонена к плоскости эклиптики под углом 5°. Поэтому у Луны изменяется не только эклиптическая долгота, но и широта. Лунная орбита пересекается с плоскостью эклиптики в двух точках. Лунные затмения могут происхолить только в этих точках. Пронаблюдав в течение своей жизни несколько лунных затмений, Гиппарх установил, что время между двумя полнолуниями, или синодический месяц, длится 29 суток 12 часов 44 минуты 2.5 секунд. Это было очень точное значение. С помощью данных, накопленных древними астрономами Вавилона, Гиппарху удалось установить весьма точное значение длины года. Также он научился предсказывать лунные и солнечные затмения с точностью до часа. При помощи солнечного затмения Гиппарх весьма нашел точное расстояние до Луны (60 радиусов Земли). Птолемей (ок. 87—165) Клавдий Птолемей - древнегреческий астроном, математик, оптик, теоретик музыки и географ. В период с 127 по 151 год жил в Александрии, где проводил астрономические наблюдения. В своем основном труде «Альмагест» (написан около 150 г. до н. э.) Птолемей собрал все накопленные знания со времен Вавилона и Древней Греции. Он сформулировал (если не передал сформулированную Гиппархом) сложную геоцентрическую модель мира с эпициклами, которая была принята в западном и арабском мире до создания гелиоцентрической системы Николая Коперника. Чтобы объяснить сложный характер движения планет, Птолемей ввел такие понятия, как деферент и эпицикл. Вокруг Земли по деференту вращались не сами планеты, а центры эпициклов, то есть окружностей, по которым вращаются планеты. С одной стороны, Птолемей не был в полной мере удовлетворен своей теорией. Не объяснялись в полной мере некоторые факты, например, изменение блеска Марса. В то же время, согласно его теории, должно было сильно (почти вдвое) меняться расстояние до Луны, однако подобного не наблюдалось. С другой стороны, Птолемей не мог допустить такой «нелепицы» как вращение Земли вокруг Солнца. Он считал, что все эти «небольшие» проблемы его теории являются меньшим злом, нежели вращение Земли вокруг Солнца. В том же «Альмагесте» автор привел звездный справочник, содержавший 1022 звезды. Скорее всего, Птолемей просто уточнил каталог Гиппарха. В течение более 1500 лет его теория считалась неоспоримой, что значительно тормозило развитие науки. Его «Альмагест» был переведен на многие языки, в том числе и русский.
Астрономия средневекового Ближнего и Среднего Востока. <...> Улугбек (1394 – 1449) Улугбек – один из самых выдающихся астрономов Средней Азии. Он был внуком знаменитого завоевателя Тамерлана. В 1447 году Улугбек стал правителем всей бывшей империи Тамерлана. Свою власть и богатства он направлял на развитие наук и образования в стране. В 1417-1420 гг., по проекту Улугбека, в двух километрах от Самарканда была построена астрономическая обсерватория, которая, по сути, служила лишь оболочкой для огромного квадранта с радиусом 40.2 метра. Он находился строго в меридиане (отклонение не превышало 10²). В основном этот инструмент использовался для наблюдений Солнца (проектировалось его изображение) а также Луны и планет. В обсерватории Улугбека были определены: наклон эклиптики к экватору; положение точки весеннего равноденствия; наиболее точное значение постоянной прецессии. Различными методами были определены горизонтальные координаты светил, были составлены таблицы для вычисления затмений. Другими измерительными приборами и с меньшей точностью измерялись координаты звезд. Был создан каталог 1018 звезд. Все эти фундаментальные научные результаты вошли в главный труд Улугбека и его сотрудников – «Новые Гураганские таблицы». В ней были изложены основы теоритической и практической астрономии; системы летоисчисления у разных народов с таблицами переходов; вопросы практической астрономии и математический аппарат; географические координаты 683 городов Европы и Азии; методы определения направления на Мекку; Птолемеева теория движения планет. К сожалению, стремление Улугбека к астрономии понимала только часть высокообразованных людей. Правящих кругов не устраивало то, что Улугбек, по их мнению, плохо руководит страной: в его время правления был захвачен только один город. 27 октября 1449 года он был убит с согласия собственного сына. Таким образом, Улугбек разделил судьбу многих видных деятелей той эпохи. Уже в XVII веке обсерватория Улугбека была уничтожена.
Астрономия эпохи Возрождения
В XV и XVI вв. в Европе под влиянием античных ученых начался небывалый подъем науки и культуры. Астрономия тоже не была исключением. Николай Коперник (1473 – 1543) Николай Коперник — польский астроном, математик, экономист, каноник. Наиболее известен как автор средневековой гелиоцентрической системы мира, положившей начало первой научной революции. Главное и почти единственное сочинение Коперника, плод более чем 40-летней его работы, — «Об обращении небесных сфер». Сочинение издано в Нюрнберге в 1543 году; оно разделено на 6 частей (книг). В нем Коперник сформулировал свою гелиоцентрическую систему мира. Для того, чтобы труд не вызвал сильного недовольства в верхах, в его начале было помещено хвалебное письмо кардинала Шёнберга и посвящение папе Павлу III. Предисловие также было несколько изменено. «Об обращении небесных сфер» по своей структуре напоминало «Альмагест» Птолемея, но в несколько сокращенном варианте (6 частей, а не 13). В первой части говорится о шарообразности мира и Земли, а вместо положения о неподвижности Земли помещена иная аксиома — Земля и другие планеты вращаются вокруг оси и обращаются вокруг Солнца. Эта концепция подробно аргументируется, а «мнение древних» убедительно опровергается. С гелиоцентрических позиций он без труда объясняет возвратное движение планет. Во второй части даются сведения по сферической тригонометрии и правила вычисления видимых положений звезд, планет и Солнца на небесном своде. В третьей говорится о годовом движении Земли и прецессии (предварении равноденствий), причём Коперник правильно объясняет её смещением земной оси, из-за чего перемещается линии пересечения экватора с эклиптикой. В четвёртой — о Луне, в пятой о планетах вообще, и в шестой — о причинах изменения широт планет. В книге также содержится звёздный каталог, оценка размеров Солнца и Луны, расстояния до них и до планет (близкие к истинным), теория затмений. Гелиоцентрическая система в варианте Коперника может быть сформулирована в семи утверждениях: Орбиты и небесные сферы не имеют общего центра. Центр Земли — не центр вселенной, но только центр масс и орбиты Луны. Все планеты движутся по орбитам, центром которых является Солнце, и поэтому Солнце является центром мира. Расстояние между Землёй и Солнцем очень мало по сравнению с расстоянием между Землёй и неподвижными звёздами. Суточное движение Солнца — воображаемо, и вызвано эффектом вращения Земли, которая поворачивается один раз за 24 часа вокруг своей оси, которая всегда остаётся параллельной самой себе. Земля (вместе с Луной, как и другие планеты), обращается вокруг Солнца, и поэтому те перемещения, которые, как кажется, делает Солнце (суточное движение, а также годичное движение, когда Солнце перемещается по Зодиаку) — не более чем эффект движения Земли. Это движение Земли и других планет объясняет их расположение и конкретные характеристики движения планет. С современной точки зрения теория движения была недостаточно радикальна. Все планеты обращалась вокруг Солнца по правильной окружности; их движение было равномерно. На самом деле, движение планет, например, Марса, далеко не равномерное, поэтому Копернику пришлось оставить эпициклы, однако эта система несколько упростилась по сравнению с Птолемеевской. Тем не менее, гелиоцентрическая система была колоссальным продвижением вперед. Требовалась большая смелость для того, чтобы возвести Землю в ранг «рядовых» планет. Гелиоцентрическая система подготавливала людей к дальнейшим открытиям таких европейских ученых, как Ньютон и Галилей. В 1616 году «Об обращении небесных сфер» была внесена в римский индекс запрещённых книг с пометкой «до исправления». В 1620 году книга была обнародована с исправлениями, которые в основном касались тех утверждений, которые доказывали, что гелиоцентрическая система – это отражение реальности, а не просто математическая модель. Книга была исключена из римского Индекса запрещённых книг лишь в 1835 году. <...> Иоганн Кеплер (1571 – 1630) Иоганн Кеплер – немецкий математик, астроном, оптик и астролог. Интерес к астрономии появился у Кеплера ещё в детские годы, когда его мать показала впечатлительному мальчику яркую комету (1577), а позднее — лунное затмение. Кеплер окончил школу при монастыре Маульбронн, показав в ней выдающиеся способности. В 1591году Кеплер поступил в университет в Тюбингене. Здесь он узнал о гелиоцентрической модели Коперника и стал ее приверженцем. После этого был приглашен в 1594 году читать лекции в университете города Граца. В конце XVI века все еще происходила борьба между геоцентрической и гелиоцентрическими системами мира. Несмотря на то, что гелиоцентрическая была более проста (в ней было меньше эпициклов), она стала давать погрешности относительно измерений неба. Требовалась модель, которая уточняла бы движения планет и Солнца. Три закона Кеплера идеально вписывались в систему Коперника: каждая планета Солнечной системы обращается по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце; каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причём за равные времена радиус-вектор, соединяющий Солнце и планету, заметает сектора равной площади; квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся, как кубы больших полуосей орбит планет. Третий закон справедлив не только для планет, но и для их спутников. Летом 1627 года Кеплер после 22 лет трудов опубликовал (за свой счёт) астрономические таблицы, которые в честь императора назвал «Рудольфовыми». Спрос на них был огромен, так как все прежние таблицы давно разошлись с наблюдениями. Примечательно, что Кеплер из ненаучных соображений (Кеплер был также известен как астролог) предсказал наличие двух спутников у Марса и наличие планеты на орбите между Марсом и Юпитером. Галилео Галилей (1564 – 1642) Галилео Галилей — итальянский физик, механик, астроном, философ и математик, оказавший значительное влияние на науку своего времени. При жизни Галилей был активным сторонником гелиоцентрической системы мира, что привело к конфликтам с католической церковью. Родители Галилео внесли немалый вклад в развитие способностей у их сына. Галилей поступил в светскую школу при монастыре. Сначала отец хотел, чтобы сын помогал ему в суконной торговле, но у мальчика обнаружились хорошие способности в науках. Поэтому было решено отдать его в Пизанский университет для того, чтобы там он изучал медицину. Здесь 17-летний юноша увлекся математикой, физикой и геометрией. В 1582 году Галилей открыл явление изохронности у маятников. У своих преподавателей Галилей получает репутацию «задиры» за свою любовь к оспариванию классических догм. Однако на втором курсе Галилей остался без средств – у него не было особых успехов в медицине, поэтому его лишили стипендии. В этом же году он уезжает домой, для того, чтобы заниматься математикой и физикой. Во Флоренции он таком берет уроки математики у своего друга. Также он пишет свои первые работы о конструкции гидростатических весов, а также об определении центра у твердых тел. Отец, прочитав эти две работы, перестает препятствовать увлечениям своего сына. Вскоре он получает должность профессора математики в Пизанском университете. После этого он переходит в Падуанский университет на ту же должность. Падуанский период – время наивысшего расцвета научной деятельности Галилея. В 1609 году до Галилея доходят слухи, что в Голландии была изобретена зрительная труба. В Падуе в первый же вечер он догадался, как она устроена и собрал ее. Эта труба увеличивала всего в 3 раза. Однако в августе Галилей собирает зрительную трубу с увеличением в 30 раз. В конце 1609 – начале 1610 годов Галилей начинает свои первые наблюдения. Тогда он узнает, что Млечный путь – это ничто иное как огромное скопление мелких звезд. Тогда же он обнаружил 4 спутника Юпитера. В марте 1610 года выходит сочинение Галилея «Звездный вестник…» оповестившее мир о новых астрономических открытиях. Это сочинение ошеломило весь культурный мир. Однако официальный научный мир принял это открытие в высшей степени скептически. Галилей получил весомую дружескую поддержку от Кеплера. Также Галилею принадлежит открытие кольц Сатурна (однако тогда он не понял, что это были именно кольца и назвал Сатурн «тройственной планетой»), фаз Венеры и темных пятен на Солнце. В то же время начались конфликты Галилея с инквизицией. <...> Эдмунд Галлей (1656 — 1742) Эдмунд Галлей — английский королевский астроном, геофизик, математик, метеоролог, физик и демограф. Ещё в 1676 году, будучи студентом третьего курса Оксфордского университета, Галлей опубликовал свою первую научную работу — «Об орбитах планет» — и открыл большое неравенство Юпитера и Сатурна (скорость всё время возрастает у одной планеты — Юпитера — и уменьшается у другой). Это открытие впервые поставило перед астрономами важнейший для человечества вопрос об устойчивости, долговечности Солнечной системы. В 1693 году Галлей обнаружил вековое ускорение Луны, что могло свидетельствовать о её непрерывном приближении к Земле. В 1677 году Галлей предложил новый метод определения расстояния до Солнца, то есть астрономической единицы. Для этого необходимо было наблюдать прохождение Венеры по диску Солнца из двух мест, удалённых по широте. Способ Галлея позволил к концу XIX века в 25 раз снизить ошибку при определении солнечного параллакса. В 1684 г. он самостоятельно вывел, что она обратно пропорциональна квадрату расстояния до планеты. Однако решить задачу, каковы будут формы орбит, определяемых действием такой силы, Галлей, как и другие физики, не мог. Между тем проблема почти за два десятка лет до него была решена Исааком Ньютоном, который, однако, свои результаты публиковать не собирался. По просьбе Галлея, они все-таки были изданы. С именем Эдмунда Галлея связан и коренной перелом в представлениях о кометах. В Новое время до Ньютона все считали их чужеродными странниками, лишь пролетающими сквозь Солнечную систему по незамкнутым параболическим орбитам. После того как в 1680 и 1682 гг. появились две яркие кометы, Галлей рассчитал и опубликовал в 1705 г. орбиты 24 комет и обратил внимание на сходство параметров орбит у нескольких из них, наблюдавшихся в XVI—XVII вв., с параметрами кометы 1682 г. Промежутки времени между появлениями этих комет оказались кратными 75—76 годам. В 1716 г. он опубликовал подробные расчёты и предсказал, что следующее появление этой кометы должно произойти в конце 1758 г. И таким образом, она была найдена 25 декабря 1758 г. Возвращение кометы 1682 г. в предсказанный срок стало первым триумфальным подтверждением теории тяготения Ньютона и прославило имя самого Галлея. В статье 1714 г. Галлей сделал весьма смелый вывод, что болиды, до того считавшиеся воспламенёнными земными испарениями, — скорее результаты встречи Земли со случайными сгустками космической межпланетной материи. В 1718 г. Галлей впервые показал условность традиционного названия «неподвижные звёзды». Чтобы уточнить постоянную прецессии, он сравнил современные ему каталоги звёзд с античными, и прежде всего с каталогом Гиппарха. На фоне однородной картины закономерного смешения всех звёзд Галлей обнаружил удивительный факт: «Три звезды: …или Глаз Тельца Альдебаран, Сириус и Арктур прямо противоречили этому правилу». Так было открыто собственное движение звёзд. Оно получило окончательное признание в 70-е гг. XVIII в., после измерения немецким астрономом Тобиасом Майером и английским астрономом Невилом Маскелайном собственных движений десятков звёзд. Галлей был первым, кто привлёк внимание астрономов к совершенно загадочному тогда объекту — туманностям. В статье 1715 г. он уже утверждал, что это самосветящиеся космические объекты (а не уплотнения небесной тверди, отражающие солнечный свет, как допускали многие). Учёный также сделал и далеко идущее заключение, что таких объектов во Вселенной, «без сомнения», много больше и «они не могут не занимать огромных пространств, быть может, не менее чем вся наша Солнечная система». В 1721 г. Галлей высказал идею, получившую в космологии наименование фотометрического парадокса: если пространство Вселенной содержит бесконечное количество звёзд, то ночное небо не может быть чёрным, а должно светиться целиком. Формулировка Галлея, однако, не совсем правильна: он полагал, что яркость этого свечения должна быть как у Млечного Пути, но на самом деле она должна быть гораздо больше, равной яркости поверхности Солнца, как позднее установил Шезо. Уильям Гершель (1738 – 1822) Уильям Гершель — английский астроном немецкого происхождения. Первое и наиболее важное открытие Гершеля — открытие планеты Уран — произошло 13 марта 1781 г. Георг III, английский король, сам любитель астрономии и покровитель ганноверцев, произвел Гершеля в чин Королевского Астронома и снабдил его средствами для постройки отдельной обсерватории. С 1782 г. Гершель и ассистировавшая ему сестра Каролина постоянно работали над совершенствованием телескопов и астрономическими наблюдениями. Благодаря некоторым техническим усовершенствованиям и увеличению диаметра зеркал Гершель смог в 1789 г. изготовить самый большой телескоп своего времени (фокусное расстояние 12 метров, диаметр зеркала 49½ дюймов (126 см)); в первый же месяц работы с этим телескопом Гершелем были открыты спутники Сатурна Мимас и Энцелад. Далее Гершель открыл также спутники Урана Титанию и Оберон. В своих работах о спутниках планет Гершель впервые употребил термин «астероид» (использовав его для характеристики этих спутников, потому что при наблюдении имевшимися у Гершеля телескопами крупные планеты выглядели дисками, а их спутники — точками, как и звёзды). Однако главные работы Гершеля относятся к звездной астрономии. Изучение собственного движения звезд привело его к открытию поступательного движения Солнечной системы. Он также вычислил координаты воображаемой точки — апекса Солнца, в направлении которой происходит это движение. Из наблюдений за двойными звездами, предпринятых с целью определения параллаксов, Гершель сделал новаторский вывод о существовании звёздных систем (прежде предполагалось что двойные звезды лишь случайно расположены на небе таким образом, что при наблюдении оказываются рядом). Гершель также много наблюдал туманности и кометы, также составляя тщательные описания и каталоги (их систематизацией и подготовкой к публикации занималась Каролина Гершель). Среди других заслуг Гершеля — открытие инфракрасного излучения, произведенное в ходе изящного эксперимента: расщепив солнечный свет призмой, Гершель поместил термометр сразу за красной полосой видимого спектра и показал, что температура повышается, а следовательно, на термометр воздействует световое излучение, не доступное человеческому взгляду. <...> Джеймс Хопвуд Джинс (1877 – 1946) Сделал важный вклад в нескольких областях физики, включая квановую теорию, теорию теплового излучения и эволюции звёзд. Джеймс Джинс считается одним из основателей космологии в Великобритании наряду с Артуром Эддингтоном. В 1905 году установил закон распределения энергии в длинноволновой части спектра излучения абсолютно чёрного тела (закон излучения Рэлея — Джинса), который связывает плотность энергии излучения абсолютно чёрного тела с температурой источника эмиссии. Его анализ эволюции вращающихся позволил опровергнуть теорию Лапласа о формировании Солнечной системы из одиночного газового облака. В 20-30 годах XX века была популярна его собственная приливная теория создания Солнечной системы, в которой предполагалось, что планеты были сформированы из вещества, исторгнутого Солнцем, в результате катастрофической близости проходящей мимо звезды. Редкость создания планетарных систем объяснялась малой вероятностью встречи двух звёзд. Хотя теория была опровергнута в середине 30-х годов, приливное взаимодействие продолжает рассматривается как один из механизмов развития галактик и звёздных скоплений. В 1929 была опубликовано работа о поведении газовых уплотнений под действием сил тяготения, ставшая основой для теории гравитационной неустойчивости (неустойчивость Джинса), объясняющей происхождение структурных элементов Вселенной. Критические величины возникающих под воздействием сил тяготения возмущений в веществе получили названия длина волны Джинса и масса Джинса. Эдвин Пауэлл Хаббл (1889 – 1953) Основные труды Хаббла посвящены изучению галактик. В 1922 году предложил подразделить наблюдаемые туманности на внегалактические (галактики) и галактические (газопылевые). В 1924—1926 годах обнаружил на фотографиях некоторых ближайших галактик звёзды, из которых они состоят, чем доказал, что они представляют собой звёздные системы, подобные нашей Галактике. В 1929 году обнаружил зависимость между красным смещением галактик и расстоянием до них (Закон Хаббла). В 1935 году открыл астероид № 1373, названный им «Цинцинатти». В честь Хаббла назван астероид № 2069, открытый в 1955 году (2069 Хаббл), а также знаменитый космический телескоп «Хаббл», выведенный на орбиту в 1990 году. <...>
