|
|
Становление астрономии как точной науки началось благодаря работам выдаю-щегося греческого ученого Гиппарха. Он первый начал систематические астрономиче-ские наблюдения и их всесторонний математический анализ, заложил основы сфериче-ской астрономии и тригонометрии, разработал теорию движения Солнца и Луны и на ее основе - методы предвычисления затмений.
Гиппарх обнаружил, что видимое движение Солнца и Луны на небе является не-равномерным. Поэтому он стал на точку зрения, что эти светила движутся равномерно по круговым орбитам, однако центр круга смещен по отношению к центру Земли. Такие ор-биты были названы эксцентрами. Гиппарх составил таблицы, по которым можно было определить положение Солнца и луны на небе на любой день года. Что же касается пла-нет, то, по замечанию Птолемея, он "не сделал других попыток объяснения движения планет, а довольствовался приведением в порядок сделанных до него наблюдений, при-соединив к ним еще гораздо большее количество своих собственных. Он ограничился указанием своим современникам на неудовлетворительность всех гипотез, при помощи которых некоторые астрономы думали объяснить движение небесных светил".
Благодаря работам Гиппарха астрономы отказались от мнимых хрустальных сфер, предположенных Евдоксом, и перешли к более сложным построениям с помощью эпи-циклов и деферентов, предложенных еще до Гиппарха Аполлоном Пергским. Классиче-скую форму теории эпициклических движений придал Клавдий Птолемей.
Главное сочинение Птолемея "Математический синтаксис в 13 книгах" или, как его назвали позже арабы, "Альмагест"("Величайшее") стал известным в средневековой Европе лишь в XII в. В 1515 г. он был напечатан на латинском языке в переводе с араб-ского, а в 1528 г. в переводе с греческого. Трижды "Альмагест" издавался на греческом языке, в 1912 г. он издан на немецком языке.
"Альмагест" - это настоящая энциклопедия античной астрономии. В этой книге Птолемей сделал то, что не удавалось сделать ни одному из его предшественников. Он разработал метод, пользуясь которым можно было рассчитать положение той или другой планеты на любой наперед заданный момент времени. Это ему далось нелегко, и в одном месте он заметил:
"Легче, кажется, двигать самые планеты, чем постичь их сложное движение..."
"Установив" Землю в центре мира, Птолемей представил видимое сложное и не-равномерное движение каждой планеты как сумму нескольких простых равномерных круговых движений.
Согласно Птолемею каждая планета движется равномерно по малому кругу - эпи-циклу. Центр эпицикла в свою очередь равномерно скользит по окружности большого круга, названого деферентом (рис.1.). Для лучшего совпадения теории с данными на-блюдений пришлось предположить, что центр деферента смещен по отношению к центру Земли. Но этого было недостаточно. Птолемей был вынужден предположить, что движе-ние центра эпицикла по деференту является равномерным ( т. е. его угловая скорость движения постоянна), если рассматривать это движение не из центра деферента О и не из центра Земли Т, а с некоторой "выравнивающей точки" Е, названной позже эквантом (рис. 2.).
Комбинируя наблюдения с расчетами, Птолемей методом последовательных при-ближений получил, что отношения - радиусов эпициклов к радиусам деферентов для Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна равны соответственно 0.376, 0.720, 0.658, 0.192 и 0.103. Любопытно, что для предвычисления положения планеты на небе не было необходимости знать расстояния до планеты, а лишь упомянутое отношение радиусов эпициклов и деферентов.
При построении своей геометрической модели мира Птолемей учитывал тот факт, что в процессе своего движения планеты несколько отклоняются от эклиптики. Поэтому для Марса, Юпитера и Сатурна он "наклонил" плоскости деферентов к эклиптике и плоскости эпициклов к плоскостям деферентов. Для Меркурия и Венеры он ввел колеба-ния вверх и вниз с помощью небольших вертикальных кругов. В целом для объяснения всех замеченных в то время особенностей в движении планет Птолемей ввел 40 эпицик-лов. Система мира Птолемея, в центре которой находится Земля, называется геоцентри-ческой.
Кроме отношения радиусов эпициклов и деферентов для сопоставления теории с наблюдениями необходимо было задать периоды обращения по этим кругам. По Птоле-мею, полный оборот по окружности эпициклов все верхние планеты совершают за тот же промежуток времени, что и Солнце по эклиптике, т. е. за год. Поэтому радиусы эпицик-лов этих планет, направленные к планетам, всегда параллельны направлению с Земли на Солнце. У нижних планет - Меркурия и Венеры - период обращения по эпициклу равен промежутку времени, а течении которого планета возвращается к исходной точке на не-бе. Для периодов обращений центра эпицикла по окружности деферента картина обрат-ная. У Меркурия и Венеры они равны году. Поэтому центры их эпициклов всегда лежат на прямой, соединяющей солнце и Землю. Для внешних планет они определяются вре-менем, в течении которого планета, описав полную окружность на небе, возвращается к тем же звездам.
Вслед за Аристотелем Птолемей попытался опровергнуть представление о воз-можном движении Земли. Он писал:
"Существуют люди, которые утверждают, будто бы ничто не мешает допустить, что небо неподвижно, а земля вращается около своей оси от запада к востоку, и что она делает такой оборот каждые сутки. Правда, говоря о светилах, ничто не мешает для большей простоты допустить это, если принимать в расчет только видимые движения. Но эти люди не сознают, до какой степени смешно такое мнение, если присмотреться ко всему, что совершается вокруг нас и в воздухе. Если мы согласимся с ними, - чего в дей-ствительности нет, - что самые легкие тела вовсе не движутся или движутся так же , как и тела тяжелые, между тем как, очевидно, воздушные тела движутся с большей скоростью, чем тела земные; если бы мы согласились с ними, что предметы самые плотные и самые тяжелые имеют собственное движение, быстрое и постоянное, тогда как на самом деле они с трудом движутся от сообщаемых им толчков, - все - таки эти люди должны были бы сознаться, что Земля вследствие своего вращения имела бы движение значительно быстрее всех тех, какие происходят вокруг нее, ибо она совершала бы такую большую, окружность в такой малый промежуток времени. Таким образом, тела, которые поддер-живали бы Землю, казались бы всегда движущимися по противоположному с ней на-правлению, и никакое облако, ничто летящее или брошенное никогда не казалось бы на-правляющимся к востоку, ибо Земля опередила бы всякое движение в этом направле-нии".
С современной точки зрения можно сказать, что Птолемей слишком переоценил роль центробежной силы. Он также придерживался ошибочного утверждения Аристоте-ля, что в поле тяжести тела падают со скоростями, пропорциональными их массам...
В целом же, как заметил А. Паннекук, "Математическое сочинение" Птолемея "было карнавальным шествием геометрии, праздником глубочайшего создания челове-ческого ума в представлении Вселенной.. труд Птолемея предстает перед нами как вели-кий памятник науки античной древности...".
После высокого расцвета античной культуры на европейском континенте насту-пил период застоя и регресса. Этот мрачный промежуток времени продолжительностью более тысячи лет был назван средневековьем. Ему предшествовало превращение христи-анства в господствующую религию, при которой не было места для высокоразвитой нау-ки античной древности. В это время произошел возврат к наиболее примитивным пред-ставлениям о плоской Земле.
И лишь начиная с XI в. под влиянием роста торговых сношений, с усилием в го-родах нового класса - буржуазии. Духовная жизнь в Европе начала пробуждаться. В се-редине XIII в. философия Аристотеля была приспособлена к христианской теологии, от-менены решения церковных соборов, запрещавших натурфилософские идеи великого древнегреческого философа. Взгляды Аристотеля на устройство мира вскоре стали не-отъемлемыми элементами христианской веры. Теперь уже нельзя было сомневаться в том, что Земля имеет форму шара, установленного в центре мира, и что вокруг него об-ращаются все небесные светила. Система Птолемея стала как бы дополнением к Аристо-телю, помогающим проводить конкретные расчеты положений планет.
Основные параметры своей модели мира Птолемей определил в высшей степени искусно и с высокой точностью. Со временем, однако, астрономы начали убеждаться в том, что между истинным положением планеты на небе и расчетным существуют расхо-ждения. Так, в начале 12 века планета Марс оказалась на два градуса в стороне от того места, где ей надлежало быть по таблицам Птолемея.
Чтобы объяснить все особенности движения планет на небе, приходилось вводить для каждой из них до десяти и более эпициклов со всё уменьшающимися радиусами так, чтобы центр меньшего эпицикла обращался по кругу большего. К 16 веку движение Солнца, Луны и пяти планет объяснялось с помощью более чем 80 кругов! И всё же на-блюдения, разделённые большими промежутками времени, было трудно "подогнать" под эту схему. Приходилось вводить новые эпициклы, несколько изменять их радиусы, смещать центры деферентов по отношению к центру Земли. В конечном итоге геоцен-трическая система Птолемея, перегруженная эпициклами и эквантами, рухнула от собст-венной тяжести...
|
