Астрономія стародавньої греції. Давньогрецький астроном аристарх самоський - біографія, відкриття та цікаві факти Засоби спостереження за зірками стародавніх греків

Астрономія Стародавньої Греції- астрономічні пізнання та погляди тих людей, які писали давньогрецькою мовою, незалежно від географічного регіону: сама Еллада, еллінізовані монархії Сходу, Рим або рання Візантія. Давньогрецька астрономія одна із найважливіших етапів розвитку як астрономії як такої, а й науки взагалі. У працях давньогрецьких вчених перебувають витоки багатьох ідей, що у основі науки Нового часу. Між сучасною та давньогрецькою астрономією існує відношення наступності, тоді як наука інших стародавніх цивілізацій вплинула на сучасну лише за посередництва греків.

Науковий метод давньогрецької астрономії

Головним досягненням астрономії стародавніх греків слід вважати геометризацію Всесвіту, що включає не тільки систематичне використання геометричних конструкцій для представлення небесних явищ, але й суворий логічний доказ тверджень за зразком евклідової геометрії.

Домінуючою методологією в античній астрономії була ідеологія «порятунку явищ»: необхідно знайти таку комбінацію рівномірних кругових рухів, за допомогою яких може бути змодельована будь-яка нерівномірність видимого руху світил. «Порятунок явищ» мислилося греками як суто математичне завдання, і передбачалося, що знайдена комбінація рівномірних кругових рухів має якесь відношення до фізичної реальності. Завданням фізики вважався пошук відповіді питанням «Чому?», тобто встановлення істинної природи небесних об'єктів і їх рухів з огляду на їх субстанції і що у Всесвіту сил; застосування математики у своїй не вважалося необхідним.

Періодизація

Історію давньогрецької астрономії можна умовно розділити на чотири періоди, що асоціюються з різними етапами розвитку античного суспільства:

Донауковий період (до VI століття е.): становлення полісної структури в Елладі;
Класичний період (VI-IV століття до н. е.): світанок давньогрецького поліса;
Елліністичний період (III-II століття до н. Е..): Світанок великих монархічних держав, що виникли на уламках імперії Олександра Македонського; з погляду науки особливу роль відіграє птолемеївський Єгипет зі столицею в Олександрії;
Період занепаду (I століття до н. е. - I століття н. е.), що асоціюється з поступовим згасанням держав еллінізму і посиленням впливу Риму;
Імперський період (II-V століття н. е.): об'єднання всього Середземномор'я, включаючи Грецію та Єгипет, під владою Римської імперії.

Ця періодизація є досить схематичною. У ряді випадків важко встановити належність того чи іншого досягнення того чи іншого періоду. Так, хоча загальний характер астрономії та науки взагалі у класичний та елліністичний період виглядає досить різним, загалом розвиток у VI-II століттях до н. е. є більш-менш безперервним. З іншого боку, ряд досягнень науки останнього, імперського періоду (особливо в галузі астрономічного приладобудування і, можливо, теорії) є нічим іншим, як повторенням успіхів, досягнутих астрономами епохи еллінізму.

Донауковий період (до VI століття до н.е.)

Уявлення про астрономічні знання греків цього періоду дають поеми Гомера і Гесіода: там згадується ряд зірок і сузір'їв, наводяться практичні поради щодо використання небесних світил для навігації та для визначення сезонів року. Космологічні уявлення цього періоду цілком запозичувалися з міфів: Земля вважається плоскою, а небосхил - твердою чашею, що спирається на Землю.

Водночас, на думку деяких істориків науки, членам одного з еллінських релігійно-філософських спілок того часу (орфікам) були відомі й деякі спеціальні астрономічні поняття (наприклад, уявлення про деякі небесні кола). З цією думкою, однак, не погоджується більшість дослідників.

Класичний період (з VI - до IV століття до н. е.)

Головними дійовими особами цього періоду є філософи, які інтуїтивно намацують те, що згодом буде названо науковим методом пізнання. Одночасно проводяться перші спеціалізовані астрономічні спостереження, розвивається теорія та практика календаря; основою астрономії вперше покладається геометрія, вводиться ряд абстрактних понять математичної астрономії; робляться спроби знайти у русі світил фізичні закономірності. Здобули наукове пояснення ряд астрономічних явищ, доведено кулястість Землі. Разом про те, зв'язок між астрономічним спостереженнями і теорією ще недостатньо міцна, дуже велика частка спекуляцій, заснованих на суто естетичних міркуваннях.

Джерела

До нас дійшли лише два спеціалізовані астрономічні праці цього періоду, трактати Про сферу, що обертаєтьсяі Про схід і захід зірокАвтоліка з Пітан - підручники з сферичної астрономії, написані в самому кінці цього періоду, близько 310 року до н. е. До них примикає також поема ФеномениАрата з Сол (написана, втім, у першій половині III століття до н. Е..), Де міститься опис давньогрецьких сузір'їв (поетичне перекладення не дійшли до нас праць Євдокса Кнідського (IV століття до н. Е..).

Питання астрономічного характеру часто торкаються у працях давньогрецьких філософів: деяких діалогах Платона (особливо Тімей, а також Держава, Федон, Закони, Післязаконня), трактатах Аристотеля (особливо Про Небо, а також Метеорологіка, Фізика, Метафізика). Праці філософів більш раннього часу (досократиків) до нас дійшли тільки в дуже уривчастому вигляді через другі, а то й треті руки.

Філософський фундамент астрономії

У цей час виробилися два принципово різні філософські підходи в науці взагалі і астрономії зокрема. Перший із них зародився в Іонії і тому може бути названий іонійським. Він характерні спроби знайти матеріальну першооснову буття, зміною якої філософи сподівалися пояснити все різноманіття природи. У русі небесних тіл ці філософи намагалися побачити прояви тих самих сил, що діють і Землі. Спочатку іонійський напрямок було представлено філософами міста Мілета Фалесом, Анаксимандром та Анаксименом. Цей підхід знайшов своїх прибічників та інших частинах Еллади. До іонійців належить Анаксагор з Клазомен, значну частину життя провів в Афінах, значною мірою уродженець Сицилії Емпедокл з Акраганта. Своєю вершиною іонійський підхід досяг у працях античних атомістів: Левкіппа (родом, можливо, також з Мілета) і Демокріта з Абдер, які з'явилися предтечі механістичної філософії.

Прагнення дати причинне пояснення явищ природи було сильною стороною іонійців. У реальному стані світу вони побачили результат еволюції під впливом фізичних сил без залучення міфічних богів і чудовиськ. Вони були першими, кого назвали фізиками. Проте недоліком вчень іонійських натурфілософів була спроба створити фізику без математики. Іонійці не побачили геометричну основу Космосу.

Другий напрямок ранньої грецької філософії можна назвати італійським, оскільки він отримав початковий розвиток у грецьких колоніях італійського півострова. Його основоположник Піфагор заснував знаменитий релігійно-філософський союз, представники якого, на відміну іонійців, бачили основу світу в математичній гармонії, точніше, в гармонії чисел, прагнучи при цьому до єднання науки і релігії. Небесні світила вони вважали богами. Це обгрунтовувалося так: боги - це досконалий розум, їм характерний найбільш досконалий вид руху; Таким є рух по колу, оскільки воно вічне, не має ні початку, ні кінця і весь час переходить саме в себе. Як свідчать астрономічні спостереження, небесні тіла рухаються по колам, отже, є богами. Спадкоємцем піфагорійців був великий афінський філософ Платон, який вважав увесь Космос створеним ідеальним божеством за своїм образом і подобою. Хоча піфагорійці і Платон вірили в божественність небесних світил, їм була характерна віра в астрологію: відомий вкрай скептичний відгук про неї Евдокса , учня Платона і послідовника філософії піфагорійців.

Прагнення пошуків математичних закономірностей у природі було сильною стороною італійців. Характерна для італійців пристрасть до ідеальних геометричних постатей дозволила їм першими припустити, що Земля та небесні тіла мають форму кулі та відкрити дорогу до застосування математичних методів до пізнання природи. Проте вважаючи небесні тіла божествами, вони майже повністю вигнали з небес фізичні сили.

Файл:Stagirit world colour.gif

Структура Всесвіту за Аристотелем. Цифрами позначені сфери: землі (1), води (2), повітря (3), вогню (4), ефіру (5), Першодвигун (6). Масштаб не дотриманий

Сильні сторони цих двох дослідницьких програм, іонійської та піфагорійської, доповнювали одна одну. Спробу їхнього синтезу зробив Аристотель зі Стагіра. Найважливішим принципом заснованої ним школи Лікея було спостереження за природою. В значній мірі Аристотелю ми зобов'язані найважливішою вимогою до наукової теорії: теорія має бути логічною, яка згодна сама з собою, і водночас вона повинна відповідати даним спостереженням. Проте арістотелів синтез іонійського та італійського виявився значною мірою невдалим. Аристотель як би розсік Всесвіт по вертикалі. Верхня частина, надмісячний світ, загалом відповідав піфагорійсько-платонівському ідеалу досконалої гармонії. Хоча Аристотель не називав небесні світила богами, він вважав їх мають божественну природу, будучи що складаються з досконалої матерії - ефіру , котрій характерний найдосконаліший вид руху - вічне постійне рух по колу. Теорія підмісячного світу, навпаки, нагадує побудови філософів-іонійців (доатомістичного періоду) з їхньою відмовою від застосування математики до пошуків природних закономірностей. Для підмісячного світу був характерний рух вертикальними прямими лініями; такий рух повинен мати початок і кінець, що відповідає тлінності всього земного.

Практична астрономія

До нас дійшла лише фрагментарна інформація про методи та результати спостережень астрономів класичного періоду. Виходячи з доступних джерел, можна припустити, що одним із основних об'єктів їхньої уваги були сходи зірок, оскільки результати таких спостережень можна було використовувати для визначення часу вночі. Трактат з даними таких спостережень склав Євдокс Кнідський (друга половина IV століття до н.е.); поет Арат зодягнув трактат Евдокса в поетичну форму.

Для обчислення часу вдень, вочевидь, часто використовувалися сонячні годинники. Спочатку був винайдений сферичний сонячний годинник, як найпростіший. Удосконалень конструкції сонячного годинника також приписувалося Евдокс. Ймовірно, це був винахід одного з різновидів плоских сонячних годин.

Філософи-іонійці вважали, що рухом небесних світил управляють сили, аналогічні тим, що діють у земному масштабі. Так, Емпедокл, Анаксагор, Демокріт вважали, що небесні тіла не падають на Землю, оскільки їх утримує відцентрова сила. Італійці (піфагорійці і Платон) вважали, що світила, будучи богами, рухаються власними силами, як живі істоти. Аристотель вважав, що небесні тіла переносяться у своєму русі твердими небесними сфер, яких вони прикріплені.

Серед філософів були значні розбіжності щодо того, що знаходиться поза Космосом. Деякі філософи вважали, що там розташовується нескінченний порожній простір; на думку Аристотеля, поза Космосом немає нічого, навіть простору; атомісти Левкіпп, Демокріт та їхні прихильники вважали, що за нашим світом (обмеженим сферою нерухомих зірок) знаходяться інші світи. Найбільш близькими до сучасних були погляди Геракліда Понтійського, згідно з яким нерухомі зірки - це і є інші світи, що знаходяться в безкінечному просторі.

Пояснення астрономічних явищ та природи небесних тіл

Класичний період характеризується поширенням спекуляцій про природу небесних тіл. Анаксагор з Клазомен (V століття до н. Е..) Першим припустив, що Місяць світить відбитим світлом Сонця і на цій основі вперше в історії дав правильне пояснення природи місячних фаз і сонячних і місячних затемнень. Сонце Анаксагор вважав гігантським каменем (величиною з Пелопонесс), розпеченим за рахунок тертя про повітря (за що філософ мало не зазнав смертної кари, оскільки ця гіпотеза була порахована суперечить державній релігії). Емпедокл вважав Сонце не самостійним об'єктом, а відображенням на небосхилі Землі, освяченої небесним вогнем. Піфагорієць Філолай вважав, що Сонце є прозорим сферичним тілом, що світиться тому, що вона заломлює світло небесного вогню; те, що ми бачимо як денний світил, це зображення, що виходить в атмосфері Землі. Деякі філософи (Парменід, Емпедокл) вважали, що яскравість денного неба зумовлена тим, що небосвід складається з двох напівсфер, світлої та темної, період звернень яких навколо Землі становить добу, як і період звернення Сонця.

Велику увагу грецьких вчених привертали комети. Піфагорійці вважали їх різновидом планет. Ці думки були відкинуті Аристотелем, який вважав комети (як і метеори) запалення повітря у верхній частині підмісячного світу. Причина цих запалень полягає в неоднорідності навколишнього Землю повітря, наявності в ньому легкозаймистих включень, які спалахують через передачу тепла від ефіру, що обертається над підмісячним світом. На думку Арістотеля, ту ж природу має і Чумацький Шлях; вся різниця в тому, що у разі комет і метеорів світіння виникає через нагрівання повітря однією конкретною зіркою, тоді як Чумацький Шлях виникає через нагрівання повітря всією надмісячною областю. Деякі піфагорійці разом з Енопідом Хіоським вважали Чумацький Шлях випаленою траєкторією, яким колись зверталося Сонце. Анаксагор вважав Чумацький Шлях здається скупченням зірок, що у тому місці, де на небосхил падає земна тінь. Абсолютно правильну думку висловив Демокріт, який вважав, що Чумацький Шлях - це спільне світіння багатьох розташованих поруч зірок.

Математична астрономія

Головним досягненням математичної астрономії аналізованого періоду є концепція небесної сфери. Ймовірно, спочатку це було суто умоглядне уявлення, засноване на міркуваннях естетики. Однак пізніше було усвідомлено, що явища сходу та заходу світил, їх кульмінації дійсно відбуваються таким чином, ніби зірки були жорстко скріплені зі сферичним небозводом, що обертається навколо нахиленої до земної поверхні осі. Таким чином природно пояснювалися основні особливості рухів зірок: кожна зірка завжди сходить в одній і тій точці горизонту, різні зірки за один і той же час проходять по небу різні дуги, причому чим ближче зірка до полюса світу, тим меншу дугу вона проходить за одне і той самий час. Необхідним етапом роботи зі створення цієї теорії мало стати усвідомлення того, що розмір Землі незмірно малий у порівнянні з розміром небесної сфери, що давало можливість нехтувати добовими паралаксами зірок. До нас не дійшли імена людей, які вчинили цю важливу інтелектуальну революцію; швидше за все, вони належали до піфагорійської школи. Найбільш раннє керівництво з сферичної астрономії належать Автоліку з Пітани (близько 310 р. до н. е.). Там доведено, зокрема, що точки сфери, що обертається, не лежать на її осі, при рівномірному обертанні описують паралельні кола, перпендикулярні осі, причому за рівний час всі точки поверхні описують подібні дуги.

Іншим найважливішим досягненням математичної астрономії класичної Греції є введення уявлення про екліптику - великому колі, нахиленим по відношенню до небесного екватора, яким здійснює свій рух серед зірок Сонце. Ймовірно, ця вистава була запроваджена знаменитим геометром Енопідом Хіоським, який також зробив і першу спробу виміру нахилу екліптики до екватора (24°).

В основу геометричних теорій руху небесних тіл давньогрецькі астрономи поклали наступний принцип: рух кожної планети, Сонця та Місяця є комбінацією рівномірних кругових рухів. Цей принцип, запропонований Платоном або ще піфагорійцями, виходить з уявлення про небесні тіла як божества, яким може бути властивий тільки найдосконаліший вид руху - рівномірний рух по колу. Як вважається, першу теорію руху небесних тіл, засновану на цьому принципі, запропонував Евдокс Кнідський. Це була теорія гомоцентричних сфер - різновид геоцентричної системи світу, в якій небесні тіла вважаються жорстко прикріпленими до комбінації скріплених між собою сфер з загальним центром. Удосконаленням цієї теорії займався Калліпп з Кізіка, а Арістотель поклав її в основу своєї космологічної системи. Теорія гомоцентричних сфер була згодом залишена, так передбачає незмінність відстаней від світил до Землі (кожне зі світил рухається сферою, центр якої збігається з центром Землі). Однак до кінця класичного періоду вже було накопичено значну кількість свідчень, що відстані небесних тіл від Землі насправді змінюються: значні зміни блиску деяких планет, мінливість кутового діаметра Місяця, наявність поряд з повними та кільцеподібними сонячними затемненнями.

Файл:Eudoxus planets3.PNG

Система з чотирьох концентричних сфер, що використовується для моделювання руху планет теоретично Евдокса. Цифрами позначені сфери, що відповідали за добове обертання небосхилу (1), за рух уздовж екліптики (2), за зворотні рухи планети (3 і 4). T – Земля, пунктирна лінія зображує екліптику (екватор другої сфери).

Елліністичний період (III-II століття до н. Е..)

Найважливішу організуючу роль науці цього періоду грає Олександрійська бібліотека і Мусейон. Хоча на початку періоду еллінізму виникли дві нові філософські школи, стоїків і епікурейців, наукова астрономія вже досягла рівня, який дозволив їй розвиватися практично не відчуваючи впливу з боку тих чи інших філософських доктрин (не виключено, однак, що релігійні забобони, пов'язані з філософією стоїцизму , вплинули на поширення геліоцентричної системи: див. нижче приклад Клеанфа).

Астрономія стає точною наукою. Найважливішими завданнями астрономів стають: (1) встановлення масштабів світу виходячи з теорем геометрії та даних астрономічних спостережень, а також (2) побудова геометричних теорій руху небесних тіл, що мають передбачувану силу. Високого рівня досягає методика астрономічних спостережень. Об'єднання античного світу Олександром Македонським уможливлює збагачення астрономії Греції за рахунок досягнень вавилонських астрономів. Разом з тим, поглиблюється розрив між астрономією і фізикою, не настільки очевидний у попередньому періоді, а до його кінця велике поширення в світі еллінізму отримує астрологія, що прийшла з Вавилону.

Джерела

До нас дійшло шість праць астрономів цього періоду:

Досягнення цього періоду покладені в основу двох елементарних підручників астрономії Геміна (I століття до н. е.) та Клеомед (час життя невідомий, швидше за все між I століттям до н. Введення у явища. Про роботи Гіппарха розповідає Клавдій Птолемей у своїй фундаментальній праці – Альмагесті (2-а половина II століття н. е.). Крім того, різні аспекти астрономії та космології періоду еллінізму висвітлюються в ряді коментаторських робіт пізніших періодів.

Практична астрономія

Давньогрецький сонячний годинник

З метою вдосконалення календаря вчені епохи еллінізму проводили спостереження сонцестоянь і рівнодення: довжина тропічного року дорівнює проміжку часу між двома сонцестояннями або рівноденнями, поділеному на повне число років. Вони розуміли, що точність обчислення тим вище, що більший проміжок між подіями, що використовуються. Спостереженнями такого роду займалися, зокрема, Аристарх Самоський, Архімед Сіракузький, Гіппарх Нікейський та низка інших астрономів, імена яких невідомі.

Роботу щодо визначення зоряних координат продовжив у другій половині II століття до н. е. Гіппарх, що склав перший у Європі зоряний каталог, що включив точні значення координат близько тисячі зірок. Цей каталог до нас не дійшов, але не виключено, що каталог із птолемеєва Альмагеста майже повністю є каталогом Гіппарха з перерахованими за рахунок прецесії координатами. При складанні свого каталогу Гіппарх уперше ввів поняття зоряних величин.

У другій половині ІІІ століття до н. е. олександрійські астрономи також робили спостереження положень планет. Серед них були Тимохаріс і астрономи, чиї імена нам невідомі (все що ми про них знаємо, це те, що для датування своїх спостережень вони використовували зодіакальний календар Діонісія). Мотиви олександрійських спостережень не цілком зрозумілі.

З метою визначення географічної широти у різних містах проводилися спостереження висоти Сонця під час сонцестояння. У цьому досягалася точність порядку кількох кутових хвилин, максимально досяжна неозброєним оком .Для визначення довготи використовувалися спостереження місячних затемнень (різниця довгот між двома пунктами дорівнює різниці місцевого часу, коли сталося затемнення).

Екваторіальне кільце.

Які інструменти використовувалися під час цих робіт, достовірно невідомо. Ймовірно, для спостереження нічних світил використовувалася діоптра, а спостереження Сонця - південне коло; дуже ймовірно також використання астролябії та армілярної сфери. За словами Птолемея, для визначення моментів рівнодення Гіппарх використав екваторіальне кільце.

Більшість істориків науки вважає, що геліоцентрична гіпотеза не отримала скільки-небудь значної підтримки з боку сучасників Аристарха та астрономів пізнішого часу. Деякі дослідники, однак, наводять ряд непрямих свідчень про широку підтримку геліоцентризму античними астрономами. Тим не менш, відоме ім'я лише одного прихильника геліоцентричної системи: вавилонянин Селевк, 1-а половина II століття до н. е.

Є підстави вважати, що оцінки відстаней до небесних тіл виходячи з неспостереження їх добових паралаксів робили й інші астрономи; Слід нагадати також висновок Аристарха про величезної віддаленості зірок, виготовлений виходячи з геліоцентричної системи та ненаглядності річних паралаксів зірок.

Визначенням відстаней до небесних світил займалися також Аполлоній Пергський та Архімед, проте про використані ними методи нічого не відомо. В одній із недавніх спроб реконструкцій роботи Архімеда зроблено висновок, що отримана ним відстань до Місяця становить близько 62 радіусів Землі і досить точно виміряла відносні відстані від Сонця до планет Меркурія, Венери та Марса (ґрунтуючись при цьому на моделі, в якій ці планети звертаються навколо Сонця і разом з ним – навколо Землі).

До цього слід додати визначення радіусу Землі Ератосфеном. З цією метою він виміряв зенітну відстань Сонця опівдні літнього сонцестояння в Олександрії, отримавши результат 1/50 повного кола. Далі, Ератосфену було відомо, що у місті Сієні у цей день Сонце знаходиться точно у зеніті, тобто Сієн знаходиться на тропіці. Вважаючи ці міста лежать точно одному меридіані і приймаючи відстань з-поміж них рівними 5000 стадій , і навіть вважаючи промені Сонця паралельними, Ератосфен отримав довжину земного кола рівної 250000 стадій. Згодом Ератосфен збільшив цю величину до значення 252000 стадій, зручнішого для практичних розрахунків. Точність результату Ератосфена важко оцінити, оскільки величина використаного ним стадія невідома. У більшості сучасних робіт стадій Ератосфена приймається рівним 157,5 метрів або 185 метрів. Тоді його результат для довжини земного кола, в перекладі на наші одиниці виміру, виявиться рівним, відповідно, 39690 км (всього на 0,7% менше від справжнього значення), або 46620 км (на 17% більше від справжнього значення).

Теорії руху небесних тіл

Файл:Deferent.gif

Епіцикл та деферент

У аналізований період було створено нові геометричні теорії руху Сонця, Місяця і планет, основою яких було покладено принцип, за яким рух всіх небесних тіл є комбінацією рівномірних кругових рухів. Однак цей принцип виступав не у вигляді теорії гомоцентричних сфер, як у науці попереднього періоду, а у вигляді теорії епіциклів, згідно з яким саме світило здійснює рівномірний рух по малому колу (епіциклу), центр якого поступово переміщається навколо Землі по великому колу (деференту). Основи цієї теорії, як вважається, заклав Аполлоній Пергський, який жив наприкінці III - на початку II століття до н. е.

Файл:Hipparchus excentre.gif

Рух Сонця теоретично Гіппарха. O – центр орбіти Сонця, T – Земля

Ряд теорій руху Сонця та Місяця побудував Гіппарх. Згідно з його теорією Сонця, періоди рухів по епіциклу і деференту однакові й рівні одного року, їх напрями протилежні, внаслідок чого Сонце рівномірно описує в просторі коло (ексцентр), центр якого не співпадає з центром Землі. Це дозволило пояснити нерівномірність видимого руху Сонця з екліптики. Параметри теорії (відношення відстаней між центрами Землі та ексцентру, напрямок лінії апсид) були визначені зі спостережень. Аналогічна теорія була створена для Місяця, однак у припущенні, що швидкості руху Місяця за деферентом та епіциклом не збігаються. Ці теорії дозволили здійснювати передбачення затемнень з точністю, недоступною раннім астрономам.

Інші астрономи займалися створенням теорій руху планет. Проблема полягала в тому, що в русі планет були нерівномірності двох видів:

нерівність щодо Сонця: у зовнішніх планет - наявність задніх рухів, коли планета спостерігається поблизу протистояння із Сонцем; у внутрішніх планет - зворотні рухи і «прихильність» цих планет до Сонця;
зодіакальна нерівність: залежність величини дуг задніх рухів та відстаней між дугами від знака зодіаку.

Для пояснення цих нерівностей астрономи епохи еллінізму залучали поєднання рухів ексцентричними колами і епіциклами. Ці спроби були розкритиковані Гіппархом, який, проте, не запропонував жодної альтернативи, обмежившись систематизацією доступних у час даних спостережень.

Період занепаду (I століття до н. е. – I століття н. е.)

У цей період активність в галузі астрономічної науки близька до нуля, зате цвіте астрологія. Як свідчать численні папіруси елліністичного Єгипту того періоду, гороскопи складалися не на основі геометричних теорій, розроблених грецькими астрономами попереднього періоду, а на основі набагато примітивніших арифметичних схем вавилонських астрономів. Філософи займаються головним чином розробкою фундаменту астрології з позицій містики.

Тим не менш, якийсь елементарний рівень астрономічних знань зберігається, свідченням чого є добротний підручник астрономії, що дійшов до нас. Введення у явищаГеміна (I століття до н. Е..). Зберігалася пов'язана з астрономією технологія, наочним свідченням якої є механізм з Антікіфери - калькулятор астрономічних явищ, створений у I столітті до н. е.

Який заслуговує на згадку вченим цього періоду є схильний до містицизму філософ Посидоній, який був скоріше еклектиком і наслідувачем вчених більш раннього періоду, ніж оригінальним дослідником.

Імперський період (II-V століття н. Е..)

Астрономія поступово відроджується, але з помітною домішкою астрології. У цей час створюються ряд узагальнюючих астрономічних праць. Однак новий світанок стрімко змінюється застоєм і потім новою кризою, цього разу ще глибшою, пов'язаною із загальним занепадом культури в період краху Римської імперії, а також з радикальним переглядом цінностей античної цивілізації, зробленим раннім християнством.

Джерела

Питання астрономії розглядаються також у ряді праць коментаторського характеру, написаних у цей період (автори: Теон Смирнський, II століття н. е., Сімплікий, V століття н. е., Прокл, V століття н. е. та ін). Уривчасті відомості з історії античної астрономії містяться також у працях енциклопедиста Плінія Старшого, філософів Цицерона, Сенеки, Лукреція, Прокла архітектора Вітрувія, географа Страбона, астролога Манілія. Деякі астрономічні питання розглядаються в працях механіка Герона Олександрійського (ІІ століття н. Е..)

Практична астрономія

Завданням планетних спостережень аналізованого періоду є забезпечення чисельним матеріалом теорій руху планет, Сонця та Місяця. З цією метою проводили свої спостереження Менелай, Клавдій Птолемей та інші астрономи (щодо справжності спостережень Птолемея ведеться напружена дискусія). У разі Сонця, основні зусилля астрономів, як і раніше, були спрямовані на точну фіксацію моментів рівнодення та сонцестояння. У випадку Місяця, спостерігалися затемнення (фіксувався точний момент найбільшої фази та положення Місяця серед зірок), а також моменти квадратур. Для внутрішніх планет (Меркурія та Венери), основний інтерес становили найбільші елонгації, коли ці планети знаходяться на найбільшій кутовій відстані від Сонця. У зовнішніх планет особливий наголос робився на фіксуванні моментів протистоянь із Сонцем та його спостереженні у проміжні моменти часу, і навіть на вивченні їх зворотних рухів. Велику увагу астрономів привертали також такі рідкісні явища, як з'єднання планет із Місяцем, зірками та одне з одним.

Виконувалися також спостереження координат зірок. Птолемей наводить в Альмагесті зоряний каталог, де, на його думку, кожну зірку він спостерігав самостійно. Ймовірно, проте, що це каталог майже повністю є каталогом Гіппарха з перерахованими рахунок прецесії координатами зірок.

Ще один давньоримський автор Манілій (I століття н. Е..) Наводить думку, що Сонце періодично притягує комети до себе і потім змушує їх віддалятися, як і планети Меркурій і Венера. Манілій також свідчить, що на початку нашої ери все ще жива була думка, що Чумацький Шлях є спільним світінням багатьох зірок, розташованих неподалік один від одного.

Теорії руху небесних тіл

Хоча теорія руху Сонця, Місяця і планет розвивалася починаючи ще з періоду еллінізму, перша теорія, що дійшла до нас, представлена в Альмагесті Птолемея. Рух всіх небесних тіл представлений у вигляді комбінації кількох рухів великими і малими колами (епіциклами, деферентами, ексцентрами). Сонячна теорія Птолемея повністю збігається з теорією Гіппарха, про яку ми знаємо тільки з Альмагеста. Значні нововведення містяться в місячній теорії Птолемея, де вперше враховано і змодельовано новий вид нерівномірності у русі природного супутника – евекція. Недоліком цієї теорії є перебільшення інтервалу зміни відстані від Землі до Місяця - майже вдвічі, що має відображатися у зміні кутового діаметра Місяця, що не спостерігається насправді.

Теорія бісекції ексцентриситету. Крапки на колі показують положення планети через рівні проміжки часу. O – центр деферента, T – Земля, E – точка екванту, A – апогей деферента, P – перигей деферента, S – планета, C – середня планета (центр епіциклу)

Найбільш цікавою є планетна теорія Птолемея (теорія бісекції ексцентриситету): кожна з планет (крім Меркурія) поступово рухається по малому колу (епіциклу), центр якого здійснює рух по великому колу (деференту), причому Земля зміщена щодо центру деферента; найголовніше, і кутова, і лінійна швидкість центру епіциклу змінюється при русі по деференту, причому цей рух виглядав би рівномірним при спостереженні з деякої точки (еквант), так що відрізок, що з'єднує Землю та еквант ділиться центром деферента навпіл. Ця теорія дозволяла з великою точністю змоделювати зодіакальну нерівність у русі планет.

Чи був автором теорії бісекції ексцентриситету сам Птолемей, невідомо. На думку Ван дер Вардена, що знаходить підтримку у низці недавніх досліджень, її витоки слід шукати в роботах, що не дійшли до нас, учених більш раннього часу.

Параметри руху планет по епіциклах і деферентах були визначені зі спостережень (хоча досі неясно, чи сфальцифіковані ці спостереження). Точність птолемеївської моделі руху Сатурна становить близько 1/2°, Юпітера - близько 10" і Марса - більше 1°. У разі Венери і особливо Меркурія помилки можуть сягати кількох градусів.

Незважаючи на безперечний успіх теорії еквантів з точки зору передвирахування положень планет, більшість астрономів пізнішого часу (Середньовіччя,

Значення давньогрецької астрономії у розвиток науки

Головними заслугами давньогрецької астрономії можна назвати:

геометризація Всесвіту: за явищами, що спостерігаються на небі, греки бачили процеси, що відбуваються в тривимірному просторі;
послідовно логічна методологія;
розробка найважливіших кутомірних астрономічних приладів;
запровадження основних понять сферичної астрономії та розвиток сферичної тригонометрії;
відкриття кулястості Землі;
пояснення природи низки найважливіших астрономічних явищ;
відкриття невідомих раніше явищ (наприклад, прецесія, евекція);
обчислення відстані від Землі до Місяця;
встановлення дещиці Землі (і навіть, серед геліоцентристів, дещиці відстані від Землі до Сонця) порівняно з відстанню до зірок;
Аристарх Самоський, «Про розміри та взаємні відстані Сонця та Місяця» Online . Російський переклад входить до статті І. М. Веселовського «Аристарх Самоський - Коперник античного світу», Історико-астрономічні дослідження, Вип. VII, 1961 (див. стор. с.20-46).
Гесіод, «Праці та дні» (містить найдавніші в грецькій літературі згадки деяких сузір'я). З сб: Гесіод, Повне зібрання текстів, М., Лабіринт, 2001. Online
Гігін, «Астрономія», Санкт-Петербург, Вид-во Алетейя, 1997.
«Небо, наука, поезія. Античні автори про небесні світила, про їх імена, сходи, заходи та прикмети погоди », М., МДУ, 1997. Online
С. Ст Житомирський, «Антична астрономія та орфізм», М., Янус-К, 2001.
Н. І. Ідельсон, «Етюди з історії небесної механіки», М., Наука, 1975.
І. А. Клімішин, «Астрономія вчора та сьогодні», Київ, Наукова Думка, 1977.
Г. П. Матвієвська, «Сферика та сферична тригонометрія в давнину та на середньовічному сході», Розвиток методів астрономічних досліджень, Вип.8, Москва-Ленінград, 1979. Online
О. Нейгебауер, «Точні науки в давнину», М., Наука, 1968.
Р. Ньютон, «Злочин Клавдія Птолемея», М., Наука, 1985.
А. Паннекук, "Історія астрономії", М., Наука, 1966.
І. Д. Рожанський, «Розвиток природознавства в епоху античності. Рання грецька наука про природу », М., Наука, 1979.
І. Д. Рожанський, «Історія природознавства в епоху еллінізму та Римської імперії», М., Наука, 1988.
С. І. Селешніков, «Історія календаря та хронологія», М., Наука, 1977.
П. Таннері, "Перші кроки давньогрецької науки", СПб, 1902.
Ю. В. Чайковський, «Доплатонова астрономія та Коперник», Історико-астрономічні дослідження, вип. XXX, М., Наука, 2005, с. 159–200.
A. Aaboe, "Scientific Astronomy in Antiquity", Phil. Trans. R. Soc. Lond. A, V. 276, pp. 21-42, 1974.
E.J. Aiton, «Celestial spheres and circles», History of Science, Vol. 19, pp. 76-114, 1981. Online
J. Christianidis, D. Dialetis and K. Gavroglu, «Having a Knack for Non-intuitive: Aristarchus's Heliocentrism through Archimedes's Geocentrism», History of Science, V. 40, Part 2, No. 128, June 2002, 147-168.
D.R. Dicks, "Early greek astronomy to Aristotle", Cornell Univ. Press: Ithaca, Нью-Йорк.
J.L.E. Dreyer, "History of the planetary systems of Thales to Kepler", Cambridge University Press, 1906. PDF
D. Duke, "The Equant in India: The Mathematical Basis of Ancient Indian Planetary Models", Arch. Hist. Exact Sci., V.59, pp. 563-576, 2005.
J. Dutka, "Eratosthenes" міра природи reconsidered, Arch. Hist. Exact Sci., 46, pp. 55-66, 1993. Online
D. Engels, “Length of Eratosthenes” stade”, American J. of Philology, V. 106, pp., 298-311, 1985.
J. Evans, "The history and practice of ancient astronomy", New York: Oxford University Press, 1998.
J. Evans, «Матеріальна культура грецької astronomy», Journal of the History of Astronomy, V. 30, pp. 238-307, 1999.
A. Gregory, «Плато і арістотли на екліпсах», Journal of the History of Astronomy, V. 31, pp. 245-259, 2000. Online
T.L. Heath, «Aristarchus of Samos, давній Copernicus: history of Greek astronomy to Aristarchus», Oxford, Clarendon, 1913; reprinted New York, Dover, 1981. PDF
B.R. Goldstein та A.C. Bowen, "A New view of early Greek astronomy", Isis, V.74 (273), pp. 330-340, 1983.
B.R. Goldstein та A.C. Bowen, «Видання інформації, присвяченої оцінкам і тяжкої міри в Грік astronomy», Arch. Hist. Exact Sci., V.43 (2), pp. 93-132, 1991.
A. Jones, «Використання методів Babylonian в Грік numerical astronomy», Isis, V.82(313), pp. 441-453, 1991.
A. Jones, "Ptolemy's Ancient Planetary Observations", Annals of science, Vol. 63, No. 3, July 2006, 255-290.
WR. Knorr, «Plato and Eudoxus on planetary motions», Journal of History of Astronomy, V.21, pp. 314-329, 1990.
Y. Maeyama, «Стародавні стелільні огляди: Timocharis, Aristyllus, Hipparchus, Ptolemy - datas and accuracies», Centaurus, V.27(3-4), pp. 280-310, 1984.
O. Neugebauer, «The History of Ancient Astronomy: Problems and Methods», Journal of Near Eastern Studies, V.4, No.1, pp. 1-38, 1945. Part 1 Part 2
O. Neugebauer, «Mathematical methods in ancient astronomy», Bull. Амер. Math. Soc. Volume 54, Number 11, Part 1 (1948), 1013-1041. PDF
D. Pingree, «Он грецький оригінал Indian Planetary Model Employing a Double Epicycle», Journal for History of Astronomy, Vol. 2, pp. 80-85, 1971.
D. Rawlins, "Древні геодезії: дії і коррупції", Vistas in astronomy, Vol. 28, pp. 255-268, 1985.
D. Rawlins, "Ancient Heliocentrists, Ptolemy, and the equant", American Journal of Physics, V.55, pp. 235-239, 1987. Online
D. Rawlins, "Hipparchos" ultimate solar orbit", DIO, V. 1.1, pp. 49-66, 1991. Сайт журналу
D. Rawlins, «Конфігурація визнання: Стародавні давнини та перші-Hipparchan Precession», DIO, V. 9.1, 1999. Сайт журналу
D. Rawlins, "Aristarchos and the "Babylonian" System B Month", DIO, V. 11.1, 2002. Сайт журналу
D. Rawlins, Aristarchos Unbound: Ancient Vision, DIO, V.14, 2008.
L. Russo, «Астрономія hipparchus і його часу: Study базується на попередніх фонових джерелах», Vistas in astronomy, V. 38, Pt 2, pp. 207-248, 1994.
L. Russo, "The forgotten revolution: how science was born in 300 BC and why it had to be reborn", Berlin: Springer 2004.
NM. Swerdlow, "Hipparchus on the distance of the sun", Centaurus, V. 14, pp. 287-305, 1969.
H. Thurston, "Greek mathematical astronomy reconsidered", Isis, V.93, pp. 58-69, 2002.
H. Thurston, "Early astronomy", New York, Springer-Verlag: 1994.
GJ. Toomer, "Hipparchus on the distances of the Sun and Moon", Arch. Hist. Exact Sci., 14, pp. 126-142, 1974. Online
BL. van der Waerden, The Earliest Form of Epicycle Theory, Journal of the History of Astronomy, Vol. 5, p.175-185, 1974. Online
BL. van der Waerden, «Он motion of the planets, враховуючи Heraclides of Pontus», Arch. Internat. Hist. Sci., V. 28(103), pp. 167-182, 1978. Російський переклад
BL. van der Waerden, "Motion of Venus, Mercury and the Sun in Early Greek Astronomy", Archive for History of Exact Sciences, Volume 26(2), pp. 99-113, 1982.
BL. van der Waerden, «Greek astronomical calendars. ІІІ. The calendar of Dionysios», Arch. Hist. Exact Sci., V.29 (2), pp. 125-130, 1984. Online
BL. van der Waerden, «Хелліоцентричні системи в Греції, російської та хинди astronomy», в «Від подібних речей: A Volume of Studies in the History of Science in the Ancient and Medieval Near East in Honor of E.S. Kennedy», Annals of The New York Academy of Sciences, Volume 500, June 1987, 525-545.

У давнину астрономія набула найбільшого розвитку серед усіх інших наук. Однією з причин цього було те, що астрономічні явища простіше для розуміння, ніж явища, що спостерігаються на поверхні Землі. Хоча давні не знали цього, тоді, як і тепер, Земля та інші планети рухалися навколо Сонця по орбітах, близьких до кругових, приблизно з постійною швидкістю, під впливом єдиної сили – гравітації, а також оберталися навколо осей, загалом, з постійними швидкостями. Все це справедливо і по відношенню до руху Місяця навколо Землі. В результаті Сонце, Місяць і планети здаються із Землі рухомими впорядкованим і передбачуваним чином, і їхній рух можна вивчати з достатньою точністю.

Інша причина була в тому, що в давнину астрономія мала практичне значення, на відміну від фізики. Як використали астрономічні знання, ми побачимо у розділі 6.

У розділі 7 ми розглянемо те, що стало, незважаючи на неточності, тріумфом науки епохи еллінізму: успішний вимір розмірів Сонця, Місяця та Землі, а також відстаней від Землі до Сонця та Місяця. Глава 8 присвячена завданням аналізу та передбачення видимого руху планет – проблемі, що залишалася остаточно не вирішеної астрономами й у Середньовіччі і вирішення якої зрештою породило сучасну науку.

6. Практична користь астрономії {69}

Навіть у доісторичні часи люди, мабуть, орієнтувалися по небу як за компасом, годинником і календарем. Важко не помітити, що сонце встає щоранку приблизно в тому самому боці світла; що можна визначити, чи скоро настане ніч, дивлячись, як високо сонце над горизонтом, і що тепла погода настає на той час року, коли дні довші.

Відомо, що зірки стали використовувати для таких цілей досить рано. Близько III тис. до зв. е. Стародавні єгиптяни знали, що розлив Нілу – найважливіша подія для сільського господарства – збігається з днем геліакічного сходу зірки Сіріус. Це той день у році, коли Сіріус вперше стає видним у променях зорі перед сходом сонця; у попередні дні він взагалі не видно, а в наступні дні з'являється на небі все раніше і раніше, задовго до світанку. У VI ст. до зв. е. Гомер у своїй поемі порівнює Ахілла з Сиріусом, який видніється високо в небі під кінець літа:

Немов зірка, що під осінь з вогнистими променями сходить

І, між зірок незліченних ночі, що горить у сутінках ночі

(Псом Оріона її нарікають сини людей),

Усіх світлозоріше блищить, але знаменом грізним буває;

Злі вона вогневиці завдає смертним нещасним. {70}

Пізніше поет Гесіод у поемі «Праці та дні» радив землеробам збирати виноград у дні геліакічного сходу Арктура; орати слід у дні так званого космічного заходу зоряного скупчення Плеяди. Так називається день у році, коли це скупчення вперше сідає за обрій в останні хвилини перед сходом сонця; до цього сонце вже встигає піднятися, коли Плеяди ще високо на небі, а після цього дня вони заходять раніше, ніж сонце. Після Гесіода календарі, звані парапегма, в яких для кожного дня давалися моменти сходу і заходу добре помітних зірок, набули широкого поширення в давньогрецьких містах-державах, які не мали іншого загальноприйнятого способу відзначати дні.

Спостерігаючи темними ночами зоряне небо, не засвічене вогнями сучасних міст, жителі цивілізацій давнини ясно бачили, що за рядом винятків, про які ми скажемо пізніше, зірки не змінюють свого взаємного розташування. Тому сузір'я не змінюються з ночі у ніч та рік у рік. Але при цьому все склепіння цих «нерухомих» зірок щоночі повертається зі сходу на захід навколо особливої точки на небі, що вказує точно на північ, яку назвали північним полюсом світу. У термінах нашого дня це та точка, куди спрямована вісь обертання Землі, якщо продовжити її із північного полюса Землі у небо.

Ці спостереження зробили зірки з найдавніших часів корисними для моряків, які за ними визначали розташування сторін світла вночі. Гомер описує, як Одіссей по дорозі додому в Ітаку був узятий у полон німфою Каліпсо на її острові в західному Середземномор'ї і залишався в полоні, поки Зевс не наказав їй відпустити мандрівника. Наказуючи Одіссея, Каліпсо радить йому орієнтуватися за зірками:

Кермо звертаючи, він не спав; сон на нього не спускався

Очі, і їх не зводив […] з Ведмедиці, у людях ще Колесниці

Ім'я, що носить і біля Оріона, що здійснює вічно

Коло своє, себе ніколи не купаючи у водах океану.

З нею богиня богинь наказала йому невпинно

Шлях погоджувати свій, її залишаючи по ліву руку {71} .

Ведмедиця – це, звичайно ж, сузір'я Великої Ведмедиці, також відоме давнім грекам під назвою Колісниця. Вона розташована неподалік північного полюса світу. З цієї причини на широтах Середземномор'я Велика Ведмедиця ніколи не заходить («… себе ніколи не купаючи у водах океану», як висловився Гомер) і завжди видно вночі у більш менш північному напрямку. Тримаючи Ведмедицю лівим бортом, Одіссей міг постійно зберігати курс на схід, в Ітаку.

Деякі давньогрецькі спостерігачі зрозуміли, що серед сузір'їв є й зручніші орієнтири. У біографії Олександра Великого, створеної Луцієм Флавієм Арріаном, згадується, що, хоча більшість мореплавців воліло визначати північ по Великій Ведмедиці, фінікійці, справжні морські вовки Стародавнього світу, з цією метою користувалися сузір'ям Малої Ведмедиці – не таким яскравим, як Велика ведмедиця розташованим на небі до полюса світу. Поет Каллімах із Кірени, чиї слова наводить Діоген Лаертський {72} , заявляв, що спосіб шукати полюс світу Малою Ведмедицею придумав ще Фалес.

Сонце теж здійснює вдень видимий шлях небом зі сходу на захід, рухаючись навколо північного полюса світу. Звичайно, вдень зірки зазвичай не видно, але, мабуть, Геракліт {73} і, можливо, його попередники зрозуміли, що їхнє світло губиться в сяйві сонця. Деякі зірки можна бачити незадовго до світанку або незабаром після заходу сонця, коли його становище на небесній сфері є очевидним. Становище цих зірок протягом року змінюється, і звідси ясно, що Сонце не знаходиться в одній і тій самій точці по відношенню до зірок. Точніше, як було добре відомо ще в стародавньому Вавилоні та Індії, крім видимого щоденного обертання зі сходу на захід разом з усіма зірками, Сонце також здійснює оборот за рік у зворотний бік, із заходу на схід, уздовж шляху, відомого як зодіак, на якому розташовані традиційні зодіакальні сузір'я: Овен, Телець, Близнюки, Рак, Лев, Діва, Терези, Скорпіон, Стрілець, Козеріг, Водолій та Риби. Як побачимо, Місяць і планети теж переміщаються цими сузір'ям, хоча й однаковими шляхами. Той шлях, який проходить через них саме Сонце, називається екліптикою .

Зрозумівши, що таке зодіакальні сузір'я, легко визначити, де зараз знаходиться Сонце серед зірок. Треба лише подивитися, яке із сузір'їв зодіаку видно найвище на небі опівночі; Сонце буде в тому сузір'ї, яке навпроти цього. Стверджують, що Фалес розрахував, що один повний оберт Сонця по зодіаку займає 365 днів.

Той, хто спостерігає з Землі, може вважати, що зірки розташовані на твердій сфері, що оточує Землю, полюс світу якої розташований над північним полюсом Землі. Але зодіак не збігається із екватором цієї сфери. Анаксимандру приписується відкриття того, що зодіак розташовується під кутом 23,5° по відношенню до небесного екватора, причому сузір'я Рак і Близнюки знаходяться найближче до північного полюса світу, а Козеріг та Стрілець – далі від нього. Зараз ми знаємо, що цей нахил, що зумовлює зміну пір року, існує тому, що вісь обертання Землі не перпендикулярна до площини орбіти Землі навколо Сонця, яка, у свою чергу, досить точно збігається з тією площиною, в якій рухаються майже всі тіла Сонячної системи. Відхилення земної осі від перпендикуляра становить кут 23,5°. Коли в Північній півкулі літо, сонце знаходиться в тому боці, куди нахилений північний полюс Землі, а коли зима – у протилежному.

Астрономія як точна наука почалася із застосування пристрою, відомого як гномон, за допомогою якого стало можливим вимірювати видимий рух сонця небом. Єпископ Євсевій Кесарійський у IV ст. писав, що гномон винайшов Анаксимандр, але Геродот приписував заслугу створення вавилонянам. Це лише стрижень, вертикально встановлений на освітлюваному сонцем плоскому майданчику. За допомогою гномона можна точно сказати, коли настає полудень, - в цей момент сонце стоїть на небі найвище, тому гномон відкидає найкоротшу тінь. У будь-якому місці землі на північ від тропіків опівдні сонце розташоване точно на півдні, і, отже, тінь від гномона вказує в цей момент точно на північ. Знаючи це, легко розмітити майданчик по тіні гномона, нанісши на нього напрями на всі боки світу, і він стане компасом. Також гномон може працювати як календар. Навесні і влітку сонце сходить трохи на північ від точки сходу на горизонті, а восени і взимку - на південь від неї. Коли тінь гномона на світанку показує точно на захід, сонце встає точно на сході, і значить сьогодні день одного з двох рівнодень: або весняного, коли зима змінюється навесні, або осіннього, коли літо закінчується і приходить осінь. У день літнього сонцестояння тінь гномона опівдні найкоротша, у день зимового – відповідно, найдовша. Сонячний годинник схожий на гномон, але влаштований інакше - їх стрижень паралельний осі Землі, а не вертикальної лінії, і тінь від стрижня кожен день, в один і той же час вказує в тому самому напрямку. Тому сонячний годинник, власне, і є годинником, але його не можна використовувати як календар.

Гномон – чудовий приклад важливого зв'язку між наукою та технікою: технічне пристосування, вигадане з практичною метою, яке дає можливість здійснювати наукові відкриття. За допомогою гномона став доступним точний підрахунок днів у кожній порі року – проміжок часу від одного рівнодення до сонцестояння і потім до наступного рівнодення. Так, Евктемон, який жив у Афінах сучасник Сократа, відкрив, що тривалість пір року не збігаються в точності. Це виявилося несподіваним, якщо вважати, що Сонце рухається навколо Землі (або Земля навколо Сонця) по правильному колу із Землею (або Сонцем) у центрі з постійною швидкістю. Виходячи з цього припущення, всі пори року мають бути строго однаковою довжиною. Століттями астрономи намагалися зрозуміти причину їхньої фактичної нерівності, але правильне пояснення цієї та інших аномалій з'явилося лише в XVII ст., коли Йоганн Кеплер зрозумів, що Земля звертається навколо Сонця по орбіті, яка є не колом, а еліпсом, і Сонце розташоване не в його. центрі, а зміщений у точку, яка називається фокусом. У цьому рух Землі то прискорюється, то сповільнюється з наближенням чи віддалення від Сонця.

Місяць для земного спостерігача теж обертається разом із зоряним небом щоночі зі сходу на захід навколо північного полюса світу і так само, як Сонце, повільно рухається по зодіакальному колу із заходу на схід, але його повний оборот по відношенню до зірок, «на фоні» яких він відбувається, займає трохи більше 27 діб, а чи не рік. Оскільки для спостерігача Сонце рухається по зодіаку в той же бік, що і Місяць, але повільніше, проходить близько 29,5 діб між моментами, коли Місяць опиняється в тому ж положенні до Сонця (насправді 29 діб 12 годин 44 хвилини і 3 секунди). Оскільки фази Місяця залежать від взаємного розташування Сонця та Місяця, саме цей інтервал у 29,5 діб і є місячний місяць. {74} , тобто час, що проходить від одного молодика до іншого. Давно було помічено, що місячні затемнення відбуваються у фазі повного місяця і їх цикл повторюється кожні 18 років, коли видимий шлях Місяця на тлі зірок перетинається шляхом Сонця. {75} .

У певному відношенні Місяць зручніший для календаря, ніж Сонце. Спостерігаючи фазу Місяця будь-якої ночі, можна приблизно сказати, скільки днів минуло з моменту останнього молодика, і це набагато точніший спосіб, ніж намагатися визначати пору року, просто дивлячись на сонце. Тому місячні календарі були дуже поширені у Стародавньому світі і досі знаходять застосування – наприклад, такий ісламський релігійний календар. Але, само собою, для того, щоб будувати плани у сільському господарстві, мореплавстві чи військовій справі, треба вміти передбачати зміну пір року, а вона відбувається під впливом Сонця. На жаль, у році не ціла кількість місячних місяців - рік приблизно на 11 діб довша, ніж 12 повних місячних місяців, і з цієї причини дата будь-якого сонцестояння або рівнодення не може залишатися однією і тією ж у календарі, заснованому на зміні фаз Місяця.

Інша відома складність полягає в тому, що сам рік займає не цілу кількість діб. За часів Юлія Цезаря прийнято вважати кожен четвертий рік високосним. Але це не вирішило проблему повністю, оскільки рік триває не в точності 365 діб із чвертю, а на 11 хвилин довше.

Історія пам'ятає численні спроби створити календар, який враховував всі зазначені складнощі – їх було так багато, що немає сенсу говорити тут про всіх. Фундаментальний внесок у вирішення цього питання зробив 432 р. до н. е. афінянин Метон, який, можливо, був колегою Євктемона. Використовуючи, ймовірно, вавилонські астрономічні хроніки, Метон визначив, що 19 років точно відповідають 235 місяцям. Похибка становить лише дві години. Тому можна створити календар, але не на один рік, а на 19 років, у якому і пора року, і фаза Місяця виявляться точно визначеними для кожного дня. Дні календаря повторюватимуться кожні 19 років. Але оскільки 19 років майже точно дорівнюють 235 місячним місяцям, цей проміжок на третину доби коротший, ніж рівно 6940 днів, і з цієї причини Метон наказав кожні кілька 19-річних циклів викидати один день із календаря.

Зусилля астрономів узгодити сонячні та місячні календарі добре ілюструє визначення Великодня. Нікейський собор у 325 р. оголосив, що Великдень слід святкувати щороку в неділю після першої повні, наступної за весняним рівноденням. У період правління імператора Феодосія I Великого було встановлено законом, що святкування Великодня у неправильний день суворо карається. На жаль, точна дата спостереження весняного рівнодення не завжди одна і та ж у різних точках землі {76} . Щоб уникнути жахливих наслідків від того, що хтось десь відзначає Великдень не того дня, виникла потреба призначити якийсь із днів точним днем весняного рівнодення, а також домовитися, коли саме трапляється наступний за ним повний місяць. Римо-католицька церква в пізньоантичний період стала користуватися для цього Метоновим циклом, тоді як чернечі ордена Ірландії прийняли за основу більш ранній юдейський 84-річний цикл. Що спалахнула у XVII ст. боротьба між місіонерами Риму та ченцями Ірландії за контроль над англійською церквою була в основному спровокована суперечкою через точну дату Великодня.

До Нового часу створення календарів було однією з основних занять астрономів. У результаті в 1582 р. був створений і при заступництві папи Григорія XIII введений у вжиток загальноприйнятий у наші дні календар. Для визначення дня Великодня тепер вважається, що весняне рівнодення завжди відбувається 21 березня, але тільки це 21 березня за григоріанським календарем у західному світі і той самий день, але за юліанським календарем, у країнах, які сповідують православ'я. В результаті в різних частинах світу Великдень святкують у різні дні.

Хоча астрономія була корисною наукою вже в класичну епоху Еллади, на Платона це не справляло жодного враження. У діалозі «Держава» є місце, що ілюструє його точку зору, у розмові Сократа з його опонентом Головконом. Сократ стверджує, що астрономія має бути обов'язковим предметом, якому треба навчати майбутніх царів-філософів. Головкон легко погоджується з ним: «На мою думку, так, тому що уважні спостереження за зміною пір року, місяців і років придатні не тільки для землеробства та мореплавання, але не менше і для керівництва військовими діями». Проте Сократ оголошує цю думку наївною. Для нього сенс астрономії полягає в тому, що «… в науках цих очищується і знову оживає якесь знаряддя душі кожної людини, яке інші заняття гублять і роблять сліпим, а тим часом зберегти його в цілості цінніше, ніж мати тисячу очей, адже лише за його допомоги можна побачити істину» {77} . Така інтелектуальна зарозумілість була менш характерною для олександрійської школи, ніж для афінської, але навіть у роботах, наприклад, філософа Філона Олександрійського в I ст. зазначається, що «сприймане розумом завжди вище всього того, що сприймається і бачиться почуттями» {78} . На щастя, хоча б і під тиском практичної необхідності, астрономи поступово відучилися покладатися лише на власний інтелект.

Хто такий Аристарх Самоський? Чим він відомий? Відповіді на ці та інші питання ви знайдете у статті. Аристарх Самоський є давньогрецьким астрономом. Він філософ та математик III століття до н. е. Аристарх розробив наукову технологію знаходження відстаней до Місяця та Сонця та їх розмірів, а також уперше запропонував геліоцентричну світову систему.

Біографія

Якою є біографія Аристарха Самоського? Відомостей про його життя, як і більшість інших астрономів античності, дуже мало. Відомо, що він народився на Точно невідомі його роки життя. У літературі зазвичай вказують період 310 до н. е. – 230 рік до н. е., який встановлено на підставі непрямої інформації.

Птолемей стверджував, що Аристарх 280 року до зв. е. стежив за сонцестоянням. Це свідчення є поодинокою авторитетною датою у біографії астронома. Аристарх навчався у видатного філософа, представника перипатичної школи Стратона з Лампаска. Історики припускають, що протягом тривалого часу Аристарх працював у науковому центрі еллінізму в Олександрії.

Коли була висунута Аристархом Самоським геліоцентрична його звинуватили в атеїзмі. Ніхто не знає, до чого призвело це звинувачення.

Побудови Аристарха

Які зробив відкриття Аристарх Самоський? Архімед у творі «Псаміт» повідомляє короткі дані про астрономічну систему Аристарха, яка була викладена у творі, що не дійшов до нас. Як і Птолемей, Аристарх вважав, що переміщення планет, Місяця та Землі, відбуваються всередині сфери нерухомих зірок, яка, за поняттями Аристарха, нерухома, як і Сонце, розташоване у її центрі.

Він стверджував, що Земля переміщається по колу, в середині якого розташоване Сонце. Побудови Аристарха є найвищим досягненням геліоцентричної доктрини. Саме їх сміливість на автора викликала звинувачення у боговідступництві, про що ми говорили вище, і він змушений був виїхати з Афін. Зберігся єдиний невеликий за обсягом працю великого астронома «Про відстані та Сонця», який був виданий вперше в Оксфорді мовою першотвору в 1688 році.

Мироустрій

Чим цікаві погляди Аристарха Самоського? Коли вивчають історію розвитку поглядів людства на конструкцію Всесвіту і місце Землі у цій конструкції, завжди згадують ім'я цього давньогрецького ученого. Як і Аристотель, він віддавав перевагу сферичній структурі світобудови. Проте, на відміну Аристотеля, він ставив не Землю в центр загального руху по колу (як Аристотель), а Сонце.

У світлі нинішніх знань про світ можна говорити, що з давньогрецьких дослідників Аристарх найближче підійшов до реальної картини організації світу. Проте запропонована ним структура світу стала популярною у науковому середовищі на той час.

Геліоцентрична конструкція світу

Що являє собою геліоцентрична конструкція світу (геліоцентризм)? про те, що Сонце є небесним центральним тілом, навколо якого обертаються земля та інші планети. Воно є протилежністю геоцентричної конструкції світу. Геліоцентризм з'явився в давнину, але став популярним лише в XVI-XVII століттях.

У геліоцентричної конструкції Земля представлена крутиться навколо своєї осі (обіг відбувається за одну добу зоряні) і разом з тим - навколо Сонця (обіг виконується за один рік зоряний). Підсумком першого переміщення є видиме звернення сфери небесної, результатом другого – річний рух Сонця з екліптики серед зірок. Щодо зірок Сонце вважається нерухомим.

Геоцентризм – це віра в те, що центром Всесвіту є Земля. Ця світова конструкція була домінантною теорією по всій Європі, у Стародавній Греції та інших країнах століттями. У 16 столітті геліоцентрична конструкція світу почала набувати популярності, тому що індустрія розвивалася для того, щоб на її користь отримати більше аргументів. Пріоритет Аристарха у її створенні визнавали коперніканці Кеплер та Галілей.

«Про відстані та величини Місяця та Сонця»

Отже, вам уже відомо, що Аристарх Самоський вважав, що центром Всесвіту є Сонце. Розглянемо його відомий твір «Про відстані та величини Місяця та Сонця», в якому він намагається встановити дистанцію до цих небесних тіл та їх параметри. Античні вчені Греції ці теми висловлювалися неодноразово. Так, Анаксагор із Клазомен стверджував, що Сонце за параметрами більше за Пелопоннес.

Але ці судження були науково обгрунтовані: параметри Місяця і Сонця й відстані не обчислювалися з урахуванням будь-яких спостережень астрономів, а просто вигадувалися. Але Аристарх Самоський застосовував науковий метод, що базувався на спостереженні місячних і сонячних затемнень і місячних фаз.

Його формулювання ґрунтуються на гіпотезі, що Місяць переймає від Сонця світло і виглядає як куля. З чого випливає, що якщо Місяць розміщений у квадратурі, тобто розсічений навпіл, то кут Сонце – Місяць – Земля є прямим.

Тепер вимірюється кут між Сонцем і Місяцем α і, вирішивши прямокутний трикутник, можна встановити відношення дистанцій від Місяця до Землі. За вимірами Аристарха, α = 87 °. У результаті виходить, що Сонце далі майже в 19 разів, ніж Місяць. У давнину функцій тригонометричних ще був. Тому для калькуляції цієї дистанції він застосовував дуже заплутані викладки, детально описані в творі, що ми розглядаємо.

Далі Аристарх Самоський залучив деякі дані про затемнення Сонця. Він чітко уявляв, що вони трапляються тоді, коли Місяць від нас загороджує Сонце. Тому зазначив, що кутові параметри цих світил на небосхилі приблизно ідентичні. З цього випливає, що Сонце більше Місяця в стільки разів, скільки разів далі, тобто (за інформацією Аристарха) відношення радіусів Місяця і Сонця приблизно дорівнює 20.

Потім Аристарх спробував виміряти відношення параметрів Місяця та Сонця до величини Землі. Цього разу він залучив аналіз місячних затемнень. Він знав, що вони відбуваються тоді, коли Місяць опиняється у конусі земної тіні. Він визначив, що в зоні ширина конуса цього вдвічі більша за діаметр Місяця. Далі Аристарх уклав, що відношення радіусів Землі та Сонця становить менше, ніж 43 до 6, але більше, ніж 19 до 3. Він також оцінив і радіус Місяця: він майже втричі менший за земний радіус, що майже ідентично правильному значенню (0,273 радіусу) Землі).

Дистанцію до Сонця вчений применшив приблизно 20 разів. Взагалі його метод був досить недосконалим, нестійким до похибок. Але це був єдиний спосіб, доступний у давнину. Також, всупереч найменуванню своєї роботи, Аристарх не обчислює дистанцію від Сонця до Місяця, хоча він міг зробити це запросто, знаючи їх лінійні та кутові параметри.

Праця Аристарха має величезне історичне значення: саме з нього астрономи зайнялися вивченням «третьої координати», у процесі якого було виявлено масштаби Всесвіту, Шляху Чумацького та Сонячної системи.

Удосконалення календаря

Вам вже відомі роки життя Аристарха Самоського. Він був великою людиною. Так, Аристарх вплинув оновлення календаря. Цензорін (письменник III століття н. Е..) Вказав, що Аристарх встановив тривалість року в 365 днів.

Крім того, великий учений увів у застосування проміжок календаря тривалістю 2434 року. Багато істориків стверджують, що цей проміжок був похідним у кілька разів більшого циклу 4868 років, який називають «Великим роком Аристарха».

У ватиканських списках Аристарх із хронології є першим астрономом, для якого створено два різні значення тривалості року. Ці два типи року (сидеричний і тропічний) не рівні один одному через прецесію земної осі, відповідно до традиційної думки відкритої Гіппарх через півтора століття після Аристарха.

Якщо відтворення ватиканських переліків за Роулінзом правильне, то різницю між сидеричним і тропічним роками було вперше визначено Аристархом, якого треба вважати виявником прецесії.

Інші роботи

Відомо, що Аристарх є творцем тригонометрії. Він, за Вітрувієм, модернізував сонячний годинник (також придумав сонячний плоский годинник). З іншого боку, Аристарх вивчав оптику. Він думав, що колір предметів з'являється при падінні на них світла, тобто фарби не мають кольору в темряві.

Багато хто вважає, що він ставив досліди щодо виявлення вирішальної сприйнятливості ока людини.

Значення та пам'ять

Сучасники розуміли, що праці Аристарха мають визначне значення. Його ім'я завжди називали серед відомих математиків Еллади. Праця «Про відстані і величини Місяця і Сонця», написаний його учнем чи їм, потрапив у обов'язковий список творів, які треба було вивчати астрономам в Стародавній Греції. Його роботи широко цитував Архімед, якого всі вважали геніальним ученим Еллади (у працях Архімеда, що збереглися, ім'я Аристарха зустрічається частіше, ніж ім'я якогось іншого вченого).

На честь Аристарха було названо астероїд (3999, Аристарх), місячний кратер, і навіть аеровузол з його батьківщині - острові Самос.

Астрономія Стародавню Грецію - астрономічні знання і погляди тих людей, які писали давньогрецькою мовою, незалежно від географічного регіону: сама Еллада, еллінізовані монархії Сходу, Рим чи рання Візантія. Охоплює період із VI століття до н. з. за V століття н. е. Давньогрецька астрономія одна із найважливіших етапів розвитку як астрономії як такої, а й науки взагалі. У працях давньогрецьких вчених перебувають витоки багатьох ідей, що у основі науки Нового часу. Між сучасною та давньогрецькою астрономією існує відношення прямої наступності, тоді як наука інших стародавніх цивілізацій вплинула на сучасну лише за посередництва греків.

Елліни, зважаючи на все, ще в гомерівські часи цікавилися астрономією, їхня карта неба і багато назв залишилися в сучасній науці. Спочатку знання були неглибокі - наприклад, ранкова та вечірня Венера вважалися різними світилами (Фосфор та Геспер); вже шумери знали, що це те саме світило. Виправлення помилки «роздвоєння Венери» приписують Піфагору та 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 напрямок на північ.

Піфагорійці запропонували піроцентричну модель Всесвіту, в якій зірки, Сонце, Місяць та шість планет звертаються навколо Центрального Вогню (Гестії). Щоб всього вийшло священне число – десять – сфер, шостою планетою оголосили Протиземемлю (Антихтон). Як Сонце, і Місяць, з цієї теорії, світили відбитим світлом Гестії. То була перша математична система світу - в інших древніх космогоністів працювало швидше уяву, ніж логіка.

Відстань між сферами світил у піфагорійців відповідали музичним інтервалам у гамі; під час обертання їх звучить «музика сфер», нечувана нами. Піфагорійці вважали Землю кулястою і обертовою, через що і відбувається зміна дня і ночі. Втім, окремі піфагорійці (Аристарх Самоський та ін.) дотримувалися геліоцентричної системи. У піфагорійців виникло вперше і поняття ефіру, але найчастіше цим словом позначалося повітря. Лише Платон відокремив ефір як окрему стихію.

Платон, учень Сократа, вже не сумнівався у кулястості Землі (навіть Демокріт вважав її диском). За Платоном, Космос не вічний, тому що все, що відчувається, є річ, а речі старіють і вмирають. Більше того, саме час народився разом із Космосом. Наслідки, що далеко йдуть, мав заклик Платона до астрономів розкласти нерівномірні рухи світил на «досконалі» рухи по колам.

На цей заклик відгукнувся Євдокс Кнідський, учитель Архімеда та сам учень єгипетських жерців. У своїх (не збережених) творах він виклав кінематичну схему руху планет з кількома накладеними круговими рухами, всього за 27 сфер. Щоправда, згода зі спостереженнями для Марса була поганою. Справа в тому, що орбіта Марса помітно відрізняється від кругової, тому траєкторія і швидкість руху планети по небу змінюються в широких межах. Євдокс також склав зоряний каталог.

Аристотель, автор «Фізики», також був учнем Платона. У його творах було чимало раціональних думок; він переконливо довів, що Земля - куля, спираючись на форму тіні Землі при місячних затемненнях, оцінив коло Землі в 400 000 стадій, або близько 70 000 км - завищено майже вдвічі, але для того часу точність непогана. Але зустрічаються і безліч помилкових тверджень: поділ земних і небесних законів світу, заперечення порожнечі та атомізму, чотири стихії як першооснови матерії плюс небесний ефір, суперечлива механіка: «стрілу в польоті підштовхує повітря» - навіть у Середньовіччі це безглузде становище висміювалося (Філопон, Бурідан ). Метеори він вважав атмосферними явищами, спорідненими з блискавкою.

Концепції Аристотеля частина філософів канонізувала ще за його життя, і надалі багато здорових ідей, що суперечили їм, зустрічалися вороже - наприклад, геліоцентризм Аристарха Самоського. Аристарх вперше намагався також виміряти відстань до Сонця та Місяця та їх діаметри; для Сонця він помилився на порядок (вийшло, що діаметр Сонця в 250 разів більший за земний), але до Аристарха всі вважали, що Сонце менше Землі. Саме тому він і вирішив, що у центрі світу знаходиться Сонце. Точніші виміри кутового діаметра Сонця виконав Архімед, у його переказі нам і відомі погляди Аристарха, твори якого втрачені.

Ератосфен у 240 р. до н. е. досить точно виміряв довжину земного кола та нахил екліптики до екватора (тобто нахил земної осі); він також запропонував систему високосів, пізніше названу юліанським календарем.

З ІІІ століття до н. е. грецька наука засвоїла досягнення вавілонян, у тому числі - в астрономії та математиці. Але греки пішли значно далі. Близько 230 до н. е. Аполлоній Пергський розробив новий метод представлення нерівномірного періодичного руху через базове коло - деферент - і вторинну коло - епіцикл, що кружляє навколо деферента; саме світило рухається епіциклом. В астрономію цей метод ввів видатний астроном Гіппарх, який працював на Родосі.

Гіппарх відкрив відмінність тропічного та сидеричного років, уточнив довжину року (365,25 – 1/300 днів). Методика Аполлонія дозволила йому побудувати математичну теорію руху Сонця та Місяця. Гіппарх ввів поняття ексцентриситету орбіти, апогею та перигею, уточнив тривалість синодичного та сидеричного місячних місяців (з точністю до секунди), середні періоди обігу планет. По таблицях Гіппарха можна було прогнозувати сонячні і місячні затемнення з нечуваною на той час точністю - до 1-2 годин. До речі, саме він увів географічні координати – широту та довготу. Але головним результатом Гіппарха стало відкриття усунення небесних координат – «попередження рівнодення». Вивчивши дані спостережень за 169 років, він виявив, що положення Сонця в момент рівнодення змістилося на 2 °, або на 47 "на рік (насправді - на 50,3").

У 134 до н. е. у сузір'ї Скорпіона з'явилася нова яскрава зірка. Щоб полегшити стеження змін на небі, Гіппарх склав каталог для 850 зірок, розбивши їх у 6 класів за яскравістю.

46 рік до зв. е.: введено юліанський календар, розроблений олександрійським астрономом Созігеном на зразок єгипетського цивільного. Літочислення Риму велося від легендарного заснування Риму - з 21 квітня 753 року до зв. е.

Систему Гіппарха завершив великий олександрійський астроном, математик, оптик та географ Клавдій Птолемей. Він значно удосконалив сферичну тригонометрію, склав таблицю синусів (через 0,5 °). Але головне його досягнення - "Мегале синтаксис" (Велика побудова); араби перетворили цю назву на «Аль Маджісті», звідси пізніше «Альмагест». Праця містить фундаментальний виклад геоцентричної системи світу.

Будучи принципово невірною, система Птолемея, тим щонайменше, дозволяла з достатньої на той час точністю передраховувати становища планет у небі і тому задовольняла, певною мірою, практичним запитам протягом багатьох століть.

Системою світу Птолемея завершується етап розвитку давньогрецької астрономії.

Поширення християнства та розвиток феодалізму в Середньовіччі призвели до втрати інтересу до природничих наук, і розвиток астрономії в Європі загальмувався на багато століть.

Наступний період розвитку астрономії пов'язаний з діяльністю вчених країн ісламу - ал-Баттані, ал-Біруні, Абу-л-Хасана ібн Юніса, Насір ад-Діна ат-Тусі, Улугбека та багатьох інших.

Історію давньогрецької астрономії можна умовно розділити на чотири періоди, що асоціюються з різними етапами розвитку античного суспільства:
Архаїчний (донауковий) період (до VI століття до н.е.): становлення полісної структури в Елладі;
Класичний період (VI-IV століття е.): розквіт давньогрецького поліса;
Елліністичний період (III-II століття до н. Е..): Розквіт великих монархічних держав, що виникли на уламках імперії Олександра Македонського; з погляду науки особливу роль відіграє птолемеївський Єгипет зі столицею в Олександрії;
Період занепаду (I століття до н. е. – I століття н. е.), що асоціюється з поступовим згасанням елліністичних держав та посиленням впливу Риму;
Імперський період (II-V століття н. Е..): Об'єднання всього Середземномор'я, включаючи Грецію та Єгипет, під владою Римської імперії.

«Батько філософії» Фалес Мілетський як цю опору бачив природний об'єкт - світовий океан. Анаксимандр Мілетський припустив, що Всесвіт є центрально-симетричним і в ньому відсутній якийсь виділений напрямок. Тому в Землі, що знаходиться в центрі Космосу, відсутня підстава рухатися в якомусь напрямку, тобто вона вільно спочиває в центрі Всесвіту без опори. Учень Анаксимандра Анаксимен не пішов за вчителем, вважаючи, що Земля утримується падінням стисненим повітрям. Такої думки дотримувався і Анаксагор. Точку зору Анаксимандра розділяли піфагорійці, Парменід та Птолемей. Не зрозуміла позиція Демокріта: за різними свідченнями, він пішов Анаксимандру або Анаксимену.

Анаксимандр вважав Землю, що має форму низького циліндра з висотою втричі меншою за діаметр основи. Анаксимен, Анаксагор, Левкіпп вважали Землю плоскою, на зразок кришки столу. Принципово новий крок зробив Піфагор, який припустив, що Земля має форму кулі. У цьому вся йому пішли як піфагорійці, але й Парменид, Платон, Аристотель. Так виникла канонічна форма геоцентричної системи, яка згодом активно розроблялася давньогрецькими астрономами: куляста Земля знаходиться в центрі сферичного Всесвіту; видимий добовий рух небесних світил є відображенням обертання Космосу навколо світової осі.

Що ж до порядку прямування світил, то Анаксимандр вважав зірки розташованими найближче до Землі, далі йшли Місяць і Сонце. Анаксимен вперше припустив, що зірки є найдальшими від Землі об'єктами, закріпленими зовнішньої оболонці Космосу. У цьому йому слідували всі наступні вчені (крім Емпедокла, який підтримав Анаксимандра). Виникла думка (вперше, ймовірно, у Анаксимена чи піфагорійців), що чим більший період звернення світила по небесній сфері, тим вона вища. Таким чином, порядок розташування світил був таким: Місяць, Сонце, Марс, Юпітер, Сатурн, зірки. Сюди не включені Меркурій і Венера, тому що у греків були розбіжності на їх рахунок: Аристотель і Платон поміщали їх відразу за Сонцем, Птолемей між Місяцем і Сонцем. Аристотель вважав, що вище за сферу нерухомих зірок немає нічого, навіть простору, у той час як стоїки вважали, що наш світ занурений у нескінченний порожній простір; атомісти за Демокритом вважали, що з нашим світом (обмеженим сферою нерухомих зірок) перебувають інші світи. Цю думку підтримували епікурейці, її яскраво виклав Лукрецій у поемі «Про природу речей».

Давньогрецькі вчені по-різному, проте, доводили центральне становище і нерухомість Землі. Анаксимандр, як зазначалося, як причину вказував сферичну симетрію Космосу. Його не підтримував Арістотель, висуваючи контрдоказ, приписаний згодом Буридану: у такому разі людина, що знаходиться в центрі кімнати, в якій біля стін знаходиться їжа, повинна померти з голоду (див. осел). Сам Аристотель доводив геоцентризм так: Земля є важким тілом, а природним місцем для важких тіл є центр Всесвіту; як показує досвід, всі важкі тіла падають прямовисно, а оскільки вони рухаються до центру світу, Земля знаходиться в центрі. Крім того, орбітальний рух Землі (який припускав піфагорієць Філолай) Аристотель відкидав на тій підставі, що він повинен призводити до паралактичного зміщення зірок, яке не спостерігається.

Низка авторів наводить й інші емпіричні аргументи. Пліній Старший у своїй енциклопедії «Природна історія» обґрунтовує центральне становище Землі рівністю дня і ночі під час рівнодень і тим, що під час рівнодення схід і захід спостерігається на одній і тій же лінії, а схід сонця в день літнього сонцестояння знаходиться на тій самій лінії , що й захід у день зимового сонцестояння З астрономічного погляду, всі ці аргументи, звичайно, є непорозумінням. Дещо краще і доводи, що наводяться Клеомедом у підручнику «Лекції з астрономії», де він обґрунтовує центральність Землі від противного. На його думку, якби Земля знаходилася на схід від центру Всесвіту, то тіні на світанку були б коротшими, ніж на заході сонця, небесні тіла при сході здавалися б більшими, ніж при заході, а тривалість від світанку до полудня була б меншою, ніж від заходу. полудня до заходу сонця. Оскільки цього не спостерігається, Земля не може бути зміщена на схід від центру світу. Аналогічно доводиться, що Земля може бути зміщена на захід. Далі, якби Земля розташовувалася на північ або південніше центру, тіні на сході Сонця сягали б у північному або південному напрямку, відповідно. Більше того, на світанку в дні рівнодення тіні спрямовані точно у напрямку заходу Сонця в ці дні, а на сході в день літнього сонцестояння тіні вказують на точку заходу Сонця в день зимового сонцестояння. Це також вказує на те, що Земля не зміщена на північ чи південь від центру. Якби Земля була вищою за центр, то можна було б спостерігати менше половини небосхилу, у тому числі менше шести знаків зодіаку; як наслідок, ніч завжди була б довша за день. Аналогічно доводиться, що Земля може бути розташована нижче центру світу. Таким чином, вона може бути лише у центрі. Приблизно такі ж докази на користь центральності Землі наводить і Птолемей в Альмагесті, книга I. Зрозуміло, доводи Клеомеда і Птолемея доводять тільки, що Всесвіт набагато більший за Землю, і тому також є неспроможними.

Птолемей намагається також довести і нерухомість Землі (Альмагест, книга I). По-перше, якби Земля зміщувалась від центру, то спостерігалися б щойно описані ефекти, а якщо їх немає, Земля завжди знаходиться в центрі. Іншим аргументом є вертикальність траєкторій падаючих тіл. Відсутність осьового обертання Землі Птолемей доводить наступним чином: якби Земля оберталася, то «…всі предмети, що не спираються на Землю, повинні здаватися такими ж рухами у зворотному напрямку; ні хмари, ні інші літаючі або ширяючі об'єкти ніколи не будуть видно рухомими на схід, оскільки рух Землі на схід завжди відкидатиме їх, так що ці об'єкти здаватимуться такими, що рухаються на захід, у зворотному напрямку». Неспроможність цього доводу стала зрозумілою лише після відкриття основ механіки.

Схема геоцентричної системи світу (з книги Давида Ганса "Нехмад венаїм", XVI століття). Підписані сфери: повітря, Місяць, Меркурій, Венера, Сонце, сфера нерухомих зірок, сфера, яка відповідала за попередження рівнодення.

Класичний період (з VI - до IV століття до н. е.)

Джерела

До нас дійшли тільки два спеціалізовані астрономічні праці цього періоду, трактати Про сферу, що обертається, і Про схід і захід зірок Автоліка з Пітани - підручники з геометрії небесної сфери, написані в самому кінці цього періоду, близько 310 року до н. е. До них примикає також поема Феномени Арата з Сол (написана, втім, у першій половині III століття до н. .

Питання астрономічного характеру часто порушуються у працях давньогрецьких філософів: деяких діалогах Платона (особливо Тімей, а також Держава, Федон, Закони, Післязаконня), трактатах Аристотеля (особливо Про Небо, а також Метеорологіка, Фізика, Метафізика). Праці філософів більш раннього часу (досократиків) до нас дійшли тільки в дуже уривчастому вигляді через другі, а то й треті руки.

Філософський фундамент астрономії

Досократики, Платон

Прагнення дати причинне пояснення явищ природи було сильною стороною іонійців. У реальному стані світу вони побачили результат дії фізичних сил, а чи не міфічних богів і чудовиськ. Іонійці вважали небесні світила об'єктами, в принципі, тієї ж природи, що й земне каміння, рухом яких управляють ті ж сили, що діють на Землі. Добове обертання небосхилу вони вважали реліктом початкового вихрового руху, що охоплював всю матерію Всесвіту. Філософи-іонійці були першими, кого назвали фізиками. Проте недоліком вчень іонійських натурфілософів була спроба створити фізику без математики. Іонійці не побачили геометричну основу Космосу.

Другий напрямок ранньої грецької філософії можна назвати італійським, оскільки він отримав початковий розвиток у грецьких колоніях італійського півострова. Його основоположник Піфагор заснував знаменитий релігійно-філософський союз, представники якого, на відміну іонійців, бачили основу світу в математичній гармонії, точніше, в гармонії чисел, прагнучи при цьому до єднання науки і релігії. Небесні світила вони вважали богами. Це обгрунтовувалося так: боги - це досконалий розум, їм характерний найбільш досконалий вид руху; Таким є рух по колу, оскільки воно вічне, не має ні початку, ні кінця і весь час переходить саме в себе. Як свідчать астрономічні спостереження, небесні тіла рухаються по колам, отже, є богами. Спадкоємцем піфагорійців був великий афінський філософ Платон, який вважав увесь Космос створеним ідеальним божеством за своїм образом і подобою. Хоча піфагорійці та Платон вірили в божественність небесних світил, для них не була характерна віра в астрологію: відомий вкрай скептичний відгук про неї Євдокса, учня Платона та послідовника філософії піфагорійців

Починаючи з Фалеса Мілетського інтенсивно спостерігалися також явища, пов'язані з Сонцем: сонцестояння та рівнодення. Згідно з свідченнями, що дійшли до нас, астроном Клеострат Тенедоський (близько 500 р. до н. е.) першим у Греції встановив, що сузір'я Овна, Стрільця і Скорпіона є зодіакальними, тобто через них проходить Сонце у своєму русі по небесній сфері. Найбільш раннім свідченням знання греками всіх зодіакальних сузір'їв є календар, складений афінським астрономом Евктемоном у середині V століття до зв. е. Той же Евктемон вперше встановив нерівність пір року, пов'язану з нерівномірністю руху Сонця з екліптики. За його вимірами, довжина астрономічної весни, літа, осені та зими становить, відповідно, 93, 90, 90 та 92 днів (насправді, відповідно, 94,1 день, 92,2 дні, 88,6 днів, 90,4 дня). Набагато більш висока точність характеризує вимірювання Калліппа з Кізіка, який жив через століття: за його даними, весна триває 94 дні, літо 92 дні, осінь 89 днів, зима 90 днів.

Давньогрецькі вчені фіксували також поява комет, покриття планет Місяцем.

Про астрономічні інструменти греків класичного періоду практично нічого невідомо. Про Анаксимандра Мілетського повідомляли, що для розпізнавання рівнодень і сонцестоянь він використав гномон - найдавніший астрономічний інструмент, що є вертикально розташованим стрижнем. Евдоксу приписують і винахід "павука" - основного конструктивного елемента астролябії.

Сферичний сонячний годинник

Для обчислення часу вдень, мабуть, часто використовувався сонячний годинник. Спочатку був винайдений сферичний сонячний годинник (скафе), як найбільш простий. Удосконалень конструкції сонячного годинника також приписувалося Евдоксу. Ймовірно, це був винахід одного з різновидів плоских сонячних годин.

Календар греків був місячно-сонячним. Серед авторів календарів (так званих парапегм) були такі відомі вчені, як Демокріт, Метон, Евктемон. Парепегми часто вибивались на кам'яних стелах та колонах, встановлених у громадських місцях. В Афінах був у ході календар, заснований на 8-річному циклі (згідно з деякими відомостями, введений знаменитим законодавцем Солоном). Значне удосконалення місячно-сонячного календаря належить афінському астроному Метону, який відкрив 19-річний календарний цикл:
19 років = 235 синодичних місяців = 6940 днів.

Протягом цього періоду часу дати сонцестояння та рівнодення поступово змінюються і та сама місячна фаза щоразу припадає на іншу календарну дату, проте після закінчення циклу сонцестояння та рівнодення припадають на ту саму дату, і в цей день має місце та сама фаза Місяця, що й на початку циклу. Проте метонов цикл так і не був покладений в основу афінського громадянського календаря (а його першовідкривач удостоївся глузувань в одній з комедій Арістофана).

Уточнення метонова циклу зробив Калліпп, який жив приблизно через століття після Метона: він об'єднав чотири цикли, опустивши при цьому 1 день. Таким чином, тривалість каліпового циклу склала
76 років = 940 місяців = 27759 днів.

Рік у циклі Калліппа дорівнює 365,25 діб (таке значення прийнято в юліанському календарі). Тривалість місяця становить 29,5309 діб, що всього на 22 секунди довше за його справжнє значення. На основі цих даних Калліп склав власний календар.
[ред.]
Космологія

Зображення геоцентричної системи (з книги Петра Апіана Космографія, 1524)

У класичну епоху виникла геоцентрична система світу, за якою у центрі сферичного Всесвіту знаходиться нерухома куляста Земля і видимий добовий рух небесних світил є відображенням обертання Космосу навколо світової осі. Її предтечею є Анаксімандр Мілетський. У його системі світу містилися три революційні моменти: плоска Земля розташована без будь-якої опори, шляхи небесних тіл є цілими колами, небесні тіла знаходяться на різних відстанях від Землі. Ще далі пішов Піфагор, який припустив, що Земля має форму кулі. Ця гіпотеза спочатку викликала велике опір; так, серед її противників були відомі філософи іонійського напряму Анаксагор, Емпедокл, Левкіпп, Демокріт. Однак після її підтримки Парменідом, Платоном, Євдоксом та Аристотелем вона стала основою всієї математичної астрономії та географії.

Якщо Анаксимандр вважав зірки розташованими найближче до Землі (далі прямували Місяць і Сонце), його учень Анаксимен вперше припустив, що зірки є найдальшими від Землі об'єктами, закріпленими на зовнішній оболонці Космосу. Виникла думка (вперше, ймовірно, у Анаксимена чи піфагорійців), що період звернення світила небесною сферою зростає зі збільшенням його відстані від Землі. Таким чином, порядок розташування світил був таким: Місяць, Сонце, Марс, Юпітер, Сатурн, зірки. Сюди не включені Меркурій та Венера, тому що період їхнього звернення по небесній сфері дорівнює одному році, як і у Сонця. Аристотель і Платон поміщали ці планети між Сонцем та Марсом. Аристотель доводив це тим, що жодна з планет ніколи не затуляла собою Сонце та Місяць, хоча зворотне (покриття планет Місяцем) спостерігалося неодноразово.

Починаючи з Анаксимандра, робилися численні спроби встановити відстані Землі до небесних тіл. Ці спроби ґрунтувалися на спекулятивних піфагорійських міркуваннях про гармонію світу. Вони знайшли свій відбиток, зокрема, у Платона.

Аристотель вважав, що небесні тіла переносяться у своєму русі твердими небесними сферами, яких вони прикріплені. У трактаті Про Небо він стверджував, що небесні тіла здійснюють рівномірні кругові рухи просто тому, що така природа їхнього ефіру. У трактаті Метафізика він висловить іншу думку: все, що рухається, рухається чимось зовнішнім, яке, у свою чергу, також чимось рухається, і так далі, поки ми не дійдемо до двигуна, який сам собою нерухомий. Таким чином, якщо небесні світила рухаються за допомогою сфер, до яких вони прикріплені, ці сфери наводяться в рух двигунами, які самі по собі нерухомі. За кожне небесне тіло відповідає кілька «нерухомих двигунів», за кількістю сфер, які його несуть. Сфера нерухомих зірок, що знаходиться на кордоні світу, повинна мати тільки один двигун, оскільки вона здійснює лише один рух - добове обертання навколо осі. Оскільки ця сфера охоплює весь світ, відповідний двигун (Перводвигун) і є зрештою джерелом всіх рухів у Всесвіті. Всі нерухомі двигуни поділяють ті ж якості, що і Першодвигун: вони є нематеріальними безтілесними утвореннями і є чистим розумом (латинські середньовічні вчені називали їх інтелігенціями і зазвичай ототожнювали з ангелами).

Геоцентрична система світу стала основною космологічною моделлю аж до XVII століття н. е. Проте вчені класичного періоду розвивали та інші погляди. Так, серед піфагорійців було досить поширена думка (оприлюднене Філолаєм Кротонським наприкінці V століття до н. е..), що в середині світу розташовується якийсь Центральний вогонь, навколо якого, поряд з планетами, обертається і Земля, роблячи повний оборот за добу; Центральний вогонь невидимий, оскільки між ним і Землею рухається ще одне небесне тіло - Протиземемля. Незважаючи на штучність цієї системи світу, вона мала найважливіше значення для розвитку науки, оскільки вперше в історії Земля була названа однією з планет. Піфагорійці висунули також думку, що добове обертання небосхилу пояснюється обертанням Землі навколо осі. Ця думка була підтримана та обґрунтована Гераклідом Понтійським (2-я половина IV століття до н. е.). Крім того, на підставі мізерних відомостей, що дійшли до нас, можна припустити, що Гераклід вважав Венеру і Меркурій звертаються навколо Сонця, яке, у свою чергу, звертається навколо Землі. Існує й інша реконструкція система світу Гераклід: і Сонце, і Венера, і Земля обертаються по колам навколо єдиного центру, причому період одного обороту Землі дорівнює року. У разі теорія Геракліда була органічним розвитком системи світу Філолая і безпосереднім попередником геліоцентричної системи світу Аристарха.

Серед філософів були значні розбіжності щодо того, що знаходиться поза Космосом. Деякі філософи вважали, що там розташовується нескінченний порожній простір; на думку Аристотеля, поза Космосом немає нічого, навіть простору; атомісти Левкіпп, Демокріт та їхні прихильники вважали, що за нашим світом (обмеженим сферою нерухомих зірок) знаходяться інші світи. Найбільш близькими до сучасних були погляди Геракліда Понтійського, згідно з яким нерухомі зірки – це і є інші світи, що розташовуються у нескінченному просторі.

Пояснення астрономічних явищ із позицій геоцентризму

Найбільшою складністю для давньогрецької астрономії було нерівномірність руху небесних світил (особливо відмінні рухи планет), оскільки у піфагорійсько-платонівської традиції (який значною мірою слідував і Аристотель), вони вважалися божествами, яким слід здійснювати лише рівномірні рухи. Для подолання цієї проблеми створювалися моделі, у яких складні видимі рухи планет пояснювалися як результат додавань кількох рівномірних рухів по колам. Конкретним втіленням цього принципу були підтримана Аристотелем теорія гомоцентричних сфер Євдокса-Калліппа та теорія епіциклів Аполлонія Пергського, Гіппарха та Птолемея. Втім, останній змушений був частково відмовитися від принципу рівномірних рухів, ввівши модель еквант.

Вже одна з перших ідей, опозиційних геоцентризму (геліоцентрична гіпотеза Аристарха Самоського) призвела до реакції з боку представників релігійної філософії: стоїк Клеанф закликав залучити Аристарха до суду за те, що він рухає з місця «осередок світу», маючи на увазі Землю; невідомо, втім, чи увінчалися старання Клеанфа успіхом. У Середньовіччі, оскільки християнська церква вчила, що світ створений Богом заради людини (див. Антропоцентризм), геоцентризм також успішно адаптувався до християнству. Цьому також сприяло буквальне прочитання Біблії.

Імперський період (II-V століття н. Е..)

Астрономія поступово відроджується, але з помітною домішкою астрології. У цей час створюються ряд узагальнюючих астрономічних праць. Однак новий розквіт стрімко змінюється застоєм і потім новою кризою, цього разу ще глибшою, пов'язаною із загальним занепадом культури в період краху Римської імперії, а також з радикальним переглядом цінностей античної цивілізації, зробленим раннім християнством.
[ред.]
Джерела

До нас дійшли твори Клавдія Птолемея (2-я половина II століття н. Е..):

Ілюстрація з Альмагесту (латинський переклад Георгія Трапезундського, 1451)
Альмагест, що торкається майже всіх аспектів математичної астрономії античності - головне джерело наших знань про античну астрономію; містить знамениту птолемеєву теорію планетних рухів;
Канопський напис – попередня версія параметрів його планетної теорії, висічена на кам'яному стелі;
Підручні таблиці - таблиці планетних рухів, складені з урахуванням викладених у Альмагесті теорій;
Планетні гіпотези, де міститься космологічна схема Птолемея.
Про планісферу, де описується теорія стереографічної проекції, що лежить в основі якогось «гороскопічного інструмента» (ймовірно, астролябії).
Про схід нерухомих зірок, де представлений календар, заснований на моментах геліактичних сходів зірок протягом року.

Деякі астрономічні відомості містять і інші твори Птолемея: Оптика, Географія та трактат з астрології Четверокнижжя.

Можливо, у І-ІІ ст. н.е. були написані й інші твори такого ж характеру, як Альмагест, але вони до нас не дійшли.

У цей період були написані два трактати з сферичної астрономії, відомих під назвою Сферика. Один із них є фундаментальною працею, написаною видатним астрономом Менелаєм Олександрійським (I століття н. е.), де викладено основи сферичної тригонометрії (внутрішньої геометрії сферичних поверхонь). Друга праця написана Феодосієм (I або II століття н. е.) і є проміжним за рівнем між працями ранніх авторів (Автоліка та Евкліда) та Менелая. Феодосію належать також ще дві праці, що дійшли до нас: Про житла, де наведено опис зоряного неба з точки зору спостерігачів, що знаходяться на різних географічних широтах, і Про дні і ночи, де розглядається рух Сонця вздовж екліптики. Опис виду зоряного неба присвячений невеликий трактат Астрономія Гігіна (I століття н. е.).

Питання астрономії розглядаються також у ряді праць коментаторського характеру, написаних у цей період (автори: Теон Смирнський, II століття н. е., Сімплікій, V століття н. (IV століття н. е., Теон Олександрійський, IV століття н. е., Прокл, V століття н. е. та ін.). Деякі астрономічні питання розглядаються також у працях енциклопедиста Плінія Старшого, філософів Цицерона, Сенеки, Лукреція, архітектора Вітрувія, географа Страбона, астрологів Манілія та Веттія Валента, механіка Герона Олександрійського, богослова Синезія Кіренського.
[ред.]
Практична астрономія

Трикветрум Клавдія Птолемея (з книги 1544)

Завданням планетних спостережень аналізованого періоду є забезпечення чисельним матеріалом теорій руху планет, Сонця та Місяця. З цією метою проводили свої спостереження Менелай Олександрійський, Клавдій Птолемей та інші астрономи (щодо справжності спостережень Птолемея ведеться напружена дискусія). У разі Сонця, основні зусилля астрономів, як і раніше, були спрямовані на точну фіксацію моментів рівнодення та сонцестояння. У випадку Місяця, спостерігалися затемнення (фіксувався точний момент найбільшої фази та положення Місяця серед зірок), а також моменти квадратур. Для внутрішніх планет (Меркурія та Венери), основний інтерес становили найбільші елонгації, коли ці планети знаходяться на найбільшій кутовій відстані від Сонця. У зовнішніх планет особливий наголос робився на фіксуванні моментів протистоянь із Сонцем та його спостереженні у проміжні моменти часу, і навіть на вивченні їх зворотних рухів. Велику увагу астрономів привертали також такі рідкісні явища, як з'єднання планет із Місяцем, зірками та одне з одним.

Останні астрономічні спостереження в античності були зроблені наприкінці V століття Проклом та його учнями Геліодором та Аммонієм.

Птолемей описує кілька астрономічних інструментів, що були у його час. Це квадрант, рівноденне кільце, південне коло, армілярна сфера, триквітрум, а також спеціальний прилад для вимірювання кутового розміру Місяця. Герон Олександрійський згадує ще один астрономічний інструмент – діоптру.

Поступово набуває поширення астролябія, що в середні віки стала головним інструментом астрономів. Стереографічна проекція, що є математичною основою астролябії, була використана в так званому «покажчику бурхливої погоди», описаному Вітрувієм і механічним аналогом рухомої карти зоряного неба. У своїй роботі Про планісферу Птолемей описує стереографічну проекцію і зазначає, що вона є математичною основою «гороскопічного інструменту», за описом, що збігається з астролябією. Наприкінці IV століття н. трактат про астролябію був написаний Теоном Олександрійським; цей твір до нас не дійшло, але його зміст може бути відновлено на підставі більш пізніх авторів. За повідомленням Синезії, у виготовленні астролябій брала участь донька Теона, легендарна Гіпатія. Найраніші трактати про астролябію, що дійшли до нас, були написані Аммонієм Гермієм наприкінці V або на початку VI століття і трохи пізніше його учнем Іоанном Філопоном.
[ред.]
Математичний апарат астрономії

Помітним нововведенням птолемеєва Альмагеста є опис рівняння часу – функції, що описує відхилення середнього сонячного часу від справжнього сонячного часу.
[ред.]
Теорії руху небесних тіл

Хоча теорія руху Сонця, Місяця і планет розвивалася починаючи ще з періоду еллінізму, перша теорія, що дійшла до нас, представлена в Альмагесті Птолемея. Рух всіх небесних тіл представлений у вигляді комбінації кількох рухів великими і малими колами (епіциклами, деферентами, ексцентрами). Сонячна теорія Птолемея повністю збігається з теорією Гіппарха, яку ми знаємо лише з Альмагеста. Значні нововведення містяться в місячній теорії Птолемея, де вперше враховано і змодельовано новий вид нерівномірності у русі природного супутника – евекція. Недоліком цієї теорії є перебільшення інтервалу зміни відстані від Землі до Місяця - майже вдвічі, що має відображатися у зміні кутового діаметра Місяця, що не спостерігається насправді.

Параметри руху планет по епіциклах і деферентах були визначені зі спостережень (хоча досі неясно, чи сфальцифіковані ці спостереження). Точність птолемеївської моделі становить: для Сатурна – близько 1/2°, Юпітера – близько 10”, Марса – понад 1°, Венери і особливо Меркурія – до кількох градусів.
[ред.]
Космологія та фізика неба

Теоретично Птолемея передбачався наступний порядок проходження світил зі збільшенням відстані від Землі: Місяць, Меркурій, Венера, Сонце, Марс, Юпітер, Сатурн, нерухомі зірки. У цьому середня відстань Землі зростала зі зростанням періоду звернення серед зірок; як і раніше залишалася невирішеною проблема Меркурія і Венери, у яких цей період дорівнює сонячному (Птолемей не наводить достатньо переконливих аргументів, чому він поміщає ці проблеми «нижче» Сонця, просто посилаючись на думку вчених більш раннього періоду). Всі зірки вважалися такими, що перебувають на одній і тій же сфері - сфері нерухомих зірок. Для пояснення прецесії він був змушений додати ще одну сферу, яка знаходиться вище за сферу нерухомих зірок.

Епіцикл та деферент відповідно до теорії вкладених сфер.

Теоретично епіциклів, зокрема Птолемея, відстань від планет до Землі змінювалося. Фізичну картину, яка може стояти за цією теорією, описав Теон Смірнський (кінець I - початок II століття н. Е..) У творі Математичні поняття, корисні для читання Платона. Це теорія вкладених сфер, основні тези якої зводиться до наступного. Уявімо дві зроблені з твердого матеріалу концентричні сфери, між якими вміщена маленька сфера. Середнє арифметичне радіусів великих сфер є радіусом деферента, а радіус малої сфери – радіусом епіциклу. Обертання двох великих сфер змусить маленьку сферу обертатися між ними. Якщо помістити на екватор малої сфери планету, то її рух буде таким, як у теорії епіциклів; таким чином епіцикл є екватором малої сфери.

Цієї теорії, з деякими модифікаціями, дотримувався Птолемей. Вона описана у його праці Планетні гіпотези. Там зазначається, зокрема, що максимальна відстань до кожної планети дорівнює мінімальній відстані до планети, що йде за нею, тобто максимальна відстань до Місяця дорівнює мінімальній відстані до Меркурія і т. д. Максимальна відстань до Місяця Птолемей зміг оцінити за допомогою методу, аналогічного методу Аристарха: 64 радіуси Землі. Це дало йому масштаб усього Всесвіту. В результаті вийшло, що зірки розташовані на відстані близько 20 тисяч радіусів Землі. Птолемей також спробував оцінити розміри планет. Внаслідок випадкової компенсації низки помилок Земля в нього виявилася середнім за розмірами тілом Всесвіту, а зірки мають приблизно той самий розмір, що й Сонце.

На думку Птолемея, сукупність ефірних сфер, що належать кожній із планет - це розумна одухотворена істота, де сама планета виконує роль мозкового центру; вихідні від нього імпульси (еманації) надають руху сфери, які, своєю чергою, переносять планету. Птолемей наводить таку аналогію: мозок птиці посилає на її тіло сигнали, які змушують рухатися крила, що несуть птицю повітрям. При цьому Птолемей відкидає точку зору Аристотеля про Першодвигуна як причину руху планет: небесні сфери здійснюють рухи за своєю волею, і лише зовнішня з них наводиться в рух Першодвигуном.

У пізню античність (починаючи з ІІ століття н. е.) відзначається суттєве зростання впливу фізики Аристотеля. Було складено ряд коментарів до творів Арістотеля (Созіген, II ст. н. е., Олександр Афродісійський, кінець II - початок III століття н. е., Сімплікій, VI ст.). Спостерігається відродження інтересу до теорії гомоцентричних сфер та спроби узгодити теорію епіциклів із фізикою Аристотеля. Разом з тим деякі філософи висловлювали досить критичне ставлення до тих чи інших постулатів Аристотеля, особливо до його думки про існування п'ятого елемента - ефіру (Ксенарх, I ст. н. е., Прокл Діадох, V ст., Іоан Філопон, VI ст. .). Проклу належать також ряд критичних зауваження на адресу теорії епіциклів.

Розвивались також погляди, що виходять за межі геоцентризму. Так, Птолемей дискутує з деякими вченими (не називаючи їх на ім'я), які передбачають добове обертання Землі. Латинський автор V ст. н. е. Марціан Капелла у творі Шлюб Меркурія та філології описує систему, в якій Сонце звертається по колу навколо Землі, а Меркурій та Венера – навколо Сонця.

Нарешті, у творах низки авторів тієї епохи описані уявлення, які передбачили ідеї вчених Нового часу. Так, один із учасників діалогу Плутарха Про обличчя, видиме на диску Місяця стверджує, що Місяць не падає на Землю через дії відцентрової сили (подібно до предметів, вкладених у пращу), «адже кожен предмет захоплюється природним йому рухом, якщо його не відхиляє у бік яка інша сила». У тому ж діалозі зазначається, що тяжіння властиве не лише Землі, а й небесним тілам, включаючи Сонце. Мотивом могла бути аналогія між формою небесних тіл і Землі: всі ці об'єкти мають форму кулі, а раз шароподібність Землі пов'язана з її власною гравітацією, то логічно припустити, що і шароподібність інших тіл у Всесвіті пов'язана з тією ж причиною.

Філософ Сенека (I століття н. Е..) Свідчить, що в античності були поширені погляди, згідно з якими сила тяжіння діє і між небесними тілами. При цьому зворотні рухи планет є лише видимістю: планети завжди рухаються в одному напрямку, бо якби вони зупинилися, вони просто впали б один на одного, а насправді їх утримує від падіння сам їхній рух. Сенека наголошує також на можливості добового обертання Землі.

Пліній та Вітрувій описують теорію, в якій рухом планет керують сонячні промені «у формі трикутників». Що це означає, дуже важко зрозуміти, але можливо, в оригінальному тексті, звідки запозичили свої описи ці автори, йшлося про рух планет під дією сили тяжіння та інерції.

Той же Сенека викладає одну з думок про природу комет, згідно з яким комети рухаються дуже витягнутими орбітами, будучи видимими тільки тоді, коли вони досягає найнижчої точки своєї орбіти. Він також вважає, що комети можуть повертатися, причому між їхніми поверненнями становить 70 років (нагадаємо, що період звернення найвідомішої з комет, комети Галлея, становить 76 років).

Макробій (V століття н. е.) згадує існування школи астрономів, що передбачали існування власних рухів зірок, непомітних через величезної віддаленості зірок і недостатнього проміжку часу спостережень.

Історія астрономії відрізняється від історії інших природничих наук насамперед
своєю особливою давниною. У далекому минулому, коли з практичних навичок,
накопичених у повсякденному житті та діяльності, ще не сформувалося
ніяких систематичних знань з фізики та хімії, астрономія вже була
високорозвиненою наукою.
Протягом усіх цих століть вчення про зірок було суттєвою частиною
філософсько-релігійного світогляду, що був відображенням
життя. Історія астрономії стала розвитком того уявлення,
яке людство склало собі світ.

Астрономія у Стародавньому Китаї
Найдавніший період розвитку китайської цивілізації належить до часу царств Шан та Чжоу.
Потреби повсякденного життя, розвиток землеробства, ремесла спонукали давніх китайців
вивчати явища природи та накопичувати первинні наукові знання. Подібні знання, зокрема,
математичні та астрономічні, що вже існували в період Шан (Інь). Про це
свідчать як літературні пам'ятки, і написи на кістках. Перекази, що увійшли до «Шу
цзин», розповідають про те, що вже в найдавніші часи було відоме поділ року на
чотири сезони. Шляхом постійних спостережень китайські астрономи встановили, що картина
зоряного неба, якщо її спостерігати день у день у той самий час доби, змінюється. Вони
помітили закономірність у появі на небесному зводі певних зірок та сузір'їв та
часом настання того чи іншого сільськогосподарського
сезону року. У 104 р. до зв. е. у Китаї була скликана велика
конференція астрономів, присвячена питанню покращення
діяла на той час календарної системи «Чжуань-сюй
чи. Після жвавої дискусії на конференції була
прийнято офіційну календарну систему «Тайчу»,
названа так на честь імператора Тай-чу.

Астрономія у Стародавньому Єгипті
Єгипетську астрономію створила необхідність обчислювати періоди розливу Нілу. Рік
обчислювався за зіркою Сіріус, ранкова поява якої після
тимчасової невидимості співпадало зі щорічним настанням
повені. Великим досягненням стародавніх єгиптян було складання досить точного календаря. Рік складався з 3 сезонів, кожен
сезон – з 4 місяців, щомісяця – з 30 днів (трьох декад по 10
днів). До останнього місяця додавали 5 додаткових днів, що
дозволяло поєднувати календарний та астрономічний рік (365
днів). Початок року збігався з підйомом води в Нілі, тобто з
19 липня, днем сходу найяскравішої зірки – Сіріуса. Добу ділили на 24 години, хоча величина години була не однаковою, як зараз,
а коливалася, залежно від пори року (влітку денні
годинник був довгим, нічний - коротким, взимку - навпаки).
Єгиптяни добре вивчили видиме простим оком зоряне небо,
вони розрізняли нерухомі зірки і блукаючі планети.
Зірки були об'єднані в сузір'я та отримали імена тих тварин, контури яких, на думку жерців, вони нагадували («бик»,
"скорпіон", "крокодил" та ін.).

Астрономія у Стародавній Індії
Відомості з астрономії можна знайти в ведичній літературі, що має релігійно-філософський напрямок, що відноситься до
II-I тисячоліттю до н. Там містяться, зокрема, відомості про
сонячних затемненнях, інтеркаляціях за допомогою тринадцятого
місяці, список накшатр – місячних стоянок; нарешті,
космогонічні гімни, присвячені богині Землі, прославлення
Сонце, уособлення часу як початкової мощі, також мають
певне ставлення до астрономії. Відомості про планети
згадуються у тих розділах ведичної літератури, які
присвячені астрології. Сім адити, згадані в «Рігведі», можна
трактувати як Сонце, Місяць та п'ять відомих у давнину планет –
Марс, Меркурій, Юпітер, Венера, Сатурн. На відміну від вавилонських
та давньокитайських астрономів, вчені Індії практично не
цікавилися вивченням зірок як таких і не становили
зіркових каталогів. Їхній інтерес до зірок в основному
зосереджувався на тих сузір'ях, які лежали на екліптиці або
поблизу неї. Вибором відповідних зірок та сузір'їв вони змогли
отримати зоряну систему для позначення шляху Сонця та Місяця. Ця
система серед індійців отримала назву «системи накшатри»,
серед китайців - "системи сю", серед арабів - "системи
маназилей». Наступні відомості щодо індійської астрономії
відносяться до перших століть нашої ери.

Астрономія у Стародавній Греції
Астрономічні знання, накопичені в Єгипті та Вавилоні запозичували
древні греки. У VI ст. до зв. е. грецький філософ Геракліт висловив
думка, що Всесвіт завжди був, є і буде, що в ньому немає нічого
постійного – все рухається, змінюється, розвивається. Наприкінці VI ст. до зв. е.
Піфагор вперше висловив припущення, що Земля має форму
кулі. Пізніше, у IV ст. до зв. е. Аристотель за допомогою дотепних
міркувань довів кулястість Землі. Який жив у III ст. до зв. е.
Аристарх Самоський вважав, що Земля звертається навколо Сонця.
Відстань від Землі до Сонця він визначив у 600 діаметрів Землі (у 20
разів менше від дійсного). Проте цю відстань Аристарх вважав
нікчемним у порівнянні з відстанню від Землі до зірок. Наприкінці IV ст. до
н. е. після походів та завоювань Олександра Македонського грецька
культура проникла у всі країни Близького Сходу. Виниклий у Єгипті
місто Олександрія стало найбільшим культурним центром. У ІІ. до зв. е.
великий олександрійський астроном Гіппарх, використовуючи вже накопичені
спостереження, склав каталог більш ніж 1000 зірок з досить точним
визначенням їхнього становища на небі. У ІІ. до зв. е. олександрійський
астроном Птолемей висунув свою систему світу, пізніше названої
геоцентричної: нерухома Земля в ній була розташована в центрі
Всесвіту.

Астрономія у Стародавньому Вавилоні
Вавилонська культура – одна з найдавніших культур на земній кулі – сходить своїм корінням до IV
тисячоліттю до зв. е. Найдавнішими осередками цієї культури були міста Шумера та Аккада, а також Елама,
здавна пов'язаного з Дворіччям. Вавилонська культура дуже вплинула на розвиток стародавніх народів
Передній Азії та античного світу. Одним із найбільш значних досягнень шумерійського народу було
винахід писемності, що з'явилася в середині IV тисячоліття до н. Саме писемність дозволила
встановити зв'язок не тільки між сучасниками, але навіть між людьми різних поколінь, а також
передати нащадку найважливіші досягнення культури. Про значний розвиток астрономії свідчать дані,
фіксуючі моменти сходу, заходу та кульмінації різних зірок, а також уміння обчислювати проміжки
часу, що їх поділяють. У VIII-VI ст. вавилонські жерці та астрономи накопичили велику кількість знань,
мали уявлення про процесію (попередження рівнодення) і навіть пророкували затемнення. Деякі
спостереження та знання в галузі астрономії дозволили побудувати особливий календар, частково заснований на
місячних фазах. Основними календарними одиницями рахунку часу була доба, місячний місяць та рік. Доба
ділилися на три сторожі ночі та три сторожі дня. Водночас доба ділилася на 12 годин, а година – на 30
хвилин, що відповідає шестеричній системі числення, що лежала в основі вавілонської математики,
астрономії та календаря. Очевидно, і в календарі позначилося прагнення розділити добу, рік та коло на 12
великих та 360 малих частин.