Древнегреческий астроном Гиппарх (около. 180-190 — 125 г. до н. э.) первым попытался раскрыть механизм наблюдаемых движений светил. С этой целью он впервые использовал в астрономии предложенный за сто лет до него знаменитым математиком Аполлонием Пергским геометрический метод описания неравномерных периодических движений как результата сложения более простых — равномерных круговых. Между тем именно к раскрытию простой сущности наблюдаемых сложных астрономических явлений призывал еще Платон. Неравномерное периодическое движение можно описать с помощью кругового двумя способами: либо вводя понятие эксцентрика — окружности, по которой тело движется равномерно, но центр которой смещен относительно наблюдателя, либо разлагая наблюдаемое движение на два равномерных круговых, с наблюдателем в центре кругового движения. В этой модели по окружности вокруг наблюдателя движется не само тело, а центр вторичной окружности (эпицикла), по которой и движется тело. Первая окружность называется деферентом (несущей). В дальнейшем в древнегреческой астрономии использовались обе модели. Гиппарх же использовал первую для описания движения Солнца и Луны. Для Солнца и Луны он определил положение центров их эксцентриков, и впервые в истории астрономии разработал метод и составил таблицы для предвычисления моментов затмений (с точностью до 1—2 часов). Появившаяся в 134 г. до н. э. новая звезда в созвездии Скорпиона навела Гиппарха на мысль, что изменения происходят и в мире звезд. Чтобы в будущем легче было замечать подобные изменения, Гиппарх составил каталог положений на небесной сфере 850 звезд, разбив все звезды на шесть классов и назвав самые яркие звездами первой величины.

Сравнивая свои результаты с измерениями координат звезд, проделанными за полтора века до него в Александрии Аристиллом и Тимохарисом, он обнаружил, что все звезды его каталога как бы сместились по долготе, т. е. вдоль эклиптики, к востоку от начала отсчета долгот — точки весеннего равноденствия (пересечение эклиптики и экватора). Иначе говоря, долготы звезд возросли. Гиппарх нашел этому явлению гениально простое и правильное объяснение. Учтя кинематический принцип относительности движения, он заключил, что это сама точка весеннего равноденствия отступает в обратном направлении! Таким образом, экватор как бы перемещается вдоль эклиптики, не меняя своего наклона к ней. В результате Солнце в своем годовом движении с запада на восток каждый раз встречает точку весеннего равноденствия немного раньше, не доходя до того места, откуда оно год назад начинало свой путь по эклиптике. Отсюда произошло наименование явления — предварение равноденствий, или, по латыни, прецессия. Гиппарх весьма точно оценил ее величину (46",8 в год — по современным данным, 50",3). Открытие прецессии показало сложность понятия «год» и позволило Гиппарху найти, что солнечный и звездный годы различаются на 15 минут (по современным данным — около 20 минут). О звездном небе в целом ко времени Гиппарха было известно лишь суточное вращение всего небосвода вокруг Земли. Открытие Гиппарха впервые продемонстрировало качественно новую черту Вселенной. Объяснил ее лишь Ньютон. Астрономия благодаря Гиппарху становилась точной математической наукой, что позволяло приступить к созданию универсальной теории астрономических явлений. Начатое Гиппархом математическое описание астрономических явлений спустя почти три века достигло своей вершины в системе мира знаменитого александрийского астронома, географа и оптика Клавдия Птолемея (? — 168 г.). Птолемей дополнил собственными наблюдениями до 1022 звезд каталог Гиппарха. Он изобрел новый астрономический инструмент — стенной круг, сыгравший впоследствии существенную роль в средневековой астрономии Востока и в европейской астрономии XVI в., особенно в наблюдениях Тихо Браге. Его фундаментальный труд — «Большое математическое построение астрономии в XIII книгах», по-гречески «Мегале Синтаксис», еще в древности получил широкую известность под названием «Мегистэ» («Величайшее»). Европейцы узнали о нем от арабских астрономов — под искаженным названием «Ал Маджисти», или, в латинизированной транскрипции, «Альмагест». В нем была представлена вся совокупность астрономических знаний древнего мира. В этом труде Птолемей значительно усовершенствовал и математический аппарат сферической астрономии — тригонометрию. В течение столетий использовались вычисленные им таблицы синусов. Опираясь на достижения Гиппарха, Птолемей пошел дальше в изучении главных тогда дли астрономов подвижных небесных светил. Он существенно дополнил и уточнил теорию Луны, вновь переоткрыв эвекцию. Вычисленные Птолемеем на этом основании более точные таблицы положения Луны позволили ему усовершенствовать теорию затмений. Для определения географической долготы места наблюдения точное предсказание момента наступления затмений имело важное значение. Но подлинным научным подвигом ученого стало создание им первой математической теории сложного видимого движения планет, чему посвящено пять из тринадцати книг «Альмагеста». Недаром он определил астрономию как «математическое изучение неба».

В основу своей теории Птолемей положил несколько логически обоснованных утверждений — постулатов. Однако наряду с правильными положениями — о шарообразности Земли и ее колоссальной удаленности от сферы звезд, он принял ошибочные утверждения аристотелевской физической картины мира: равномерность и круговой характер действительных движений небесных тел и, главное, принцип неподвижности Земли и ее центрального положения во Вселенной. Птолемей не просто слепо следовал утверждениям Аристотеля, но пытался дополнительно обосновать эти утверждения. Исходя из уже известных представлений о возникновении центробежной силы у вращающегося тела, он сделал вывод, что с поверхности вращающейся Земли все свободно лежащие на ней тела должны были бы быть сорваны и отброшены в мировое пространство, а облака, как и птицы, находящиеся в воздухе, быстро уносились бы в сторону, обратную направлению вращения Земли, в соответствии с принципом относительности движения. И отчасти Птолемей был прав. Если бы не колоссальная масса Земли по сравнению со всеми живыми неживыми объектами на ее поверхности, они действительно были бы «отброшены» в пространство. Теперь ведь никого не удивляет, что на экваторе вес одних и тех же предметов за счет центробежной силы действительно меньше, чем на полюсе. При длительном полете на значительной высоте должен возникать эффект «прокручивания» Земли, поскольку все предметы, поднимающиеся с ее поверхности, сохраняют и скорость вращения ее в точке подъема, а она различна для разных широт и высот над ее поверхностью. Со всей очевидностью этот эффект проявляется при полетах искусственных спутников Земли, запускаемых под наклоном к экватору, и был раньше открыт в виде «закона Бэра» — подмывание правого берега меридионально текущих рек напором воды, сохраняющей скорость вращения Земли иных широт. Так что дело было скорее в количественной стороне, а не в качественной неполноценности рассуждений Птолемея. Поэтому он, критически рассмотрев и «старую» гелиоцентрическую идею, вместе с большинством тогдашних ученых отверг ее как умозрительную, не подтверждающуюся наблюдениями! Между тем принцип геоцентризма намного усложнял задачу. И только благодаря выдающемуся математическому таланту Птолемея она была решена. Использовав представление об эксцентриках, эпициклах и деферентах, Птолемей впервые построил математическую теорию сложных видимых движений планет. Вместе с теорией движения Солнца и Луны она составила его геоцентрическую систему мира. Теория Птолемея в полном смысле слова была грандиозным успехом человеческой мысли в математическом анализе явлений природы. Запутанные неравномерные видимые движения, планет были представлены в ней как результат сложения простых элементов — движений по окружностям, причем равномерных (правда, в этом случае, с некоторыми оговорками). В схеме Птолемея движение каждой планеты описывалось следующим образом. Предполагалось, что вокруг неподвижной Земли находится окружность, центр которой помещен несколько в стороне от центра Земли (деферент — эксцентрик; это первая «оговорка» — отступление от физической картины мира Аристотеля). По деференту движется центр меньшей окружности — эпицикла — с угловой скоростью, которая постоянна, однако, по отношению не к собственному центру деферента и не к самой Земле, а к точке, расположенной симметрично центру деферента относительно Земли (вторая оговорка). Эту вспомогательную точку, из которой движение планеты будет казаться равномерным («выровненным»), как и соответствующую ей окружность, Птолемей ввел для более точного описания наблюдаемых неравномерностей в видимых движениях планет и назвал эквантом («выравнивающим»). Введением экванта Птолемей еще более нарушал принцип структуры и свойства Вселенной в физической картине мира Аристотеля. Но это понял и на это обратил внимание лишь спустя полторы тысячи лет Коперник. Сама планета в системе Птолемея равномерно двигалась по эпициклу. Для описания вновь открываемых неравномерностей в движениях Луны или планет вводились новые дополнительные эпициклы — вторые, третьи и т. д. Планета помещалась на последнем. Сочетание относительных размеров всех этих окружностей, взаимного расположения их центров, углов наклона плоскостей эпициклов друг к другу и к плоскости деферента, наконец, скоростей движения тела по последнему эпициклу и движения всех промежуточных кругов — все это, при надлежащем подборе величин, давало в сумме картину видимого движения планеты. Разумеется, геометрическая модель мира у Птолемея была далеко не простой, но лишь в количественном отношении. Она действительно разлагала сложные элементы движений на простые и правильные (о чем мечтал еще Платон) и позволяла впервые предвычислять сложные петлеобразные пути планет, их ускорения и замедления, стояния и попятные движения, т. е. их положение на небесной сфере на любой момент времени. Для этого Птолемей составил впервые в истории астрономии планетные таблицы, по которым можно было заранее вычислять положение планет с весьма высокой по тем временам точностью — до 10'. Теория Птолемея произвела огромное впечатление не только на его современников. Вплоть до XVI в. его геоцентрическая система безраздельно властвовала над умами. Однако со временем забыли, что сам ее автор считал эту теорию математическим способом описания явлений, не претендуя на то, чтобы его сложная конструкция выражала истинное существо вещей (строение Вселенной). Напротив, Птолемей с гениальной прозорливостью объяснял вынужденную сложность своих абстрактных построений именно неполнотой нашего проникновения в суть вещей. Между тем церковь и схоластическая наука средневековья превратили эту математическую конструкцию в истину в последней инстанции и в качестве официальной доктрины, возведенной в ранг непререкаемой религиозной догмы, она на многие века тяжелой цепью сковала научную мысль.

Главная страница раздела