Реферат: Античная астрономия

Сергей Житомирский

Античная астрономия занимает в истории науки особое место. Именно в Древней Греции были заложены основы современного научного мышления. За семь с половиной столетий от Фалеса и Анаксимандра, сделавших первые шаги в осмыслении Вселенной, до Клавдия Птолемея, создавшего математическую теорию движения светил, античные учёные прошли огромный путь, на котором у них не было предшественников. Астрономы античности использовали данные, полученные задолго до них в Вавилоне. Однако для их обработки они создали совершенно новые математические методы, которые были взяты на вооружение средневековыми арабскими, а позднее и европейскими астрономами.

Вселенная в традиционной греческой мифологии

Как представляли себе мир греки в VIII в. до н. э., можно судить по поэме фиванского поэта Гесиода «Теогония» (О происхождении богов). Рассказ о возникновении мира он начинает так

Прежде всего во вселенной

Хаос зародился, а следом

Широкогрудая Гея, всеобщий приют

безопасный... Гея — Земля — родила себе

равное ширью Звёздное небо, Урана, чтоб точно

покрыл её всюду.

Небо утверждено на плоской Земле. На чём же тогда держится сама Земля? А ни на чём. Оказывается, под ней простирается огромное пустое пространство — Тартар, ставший тюрьмой для титанов, побеждённых богами.

Подземь их сбросили столь глубоко, сколь далёко до неба, Ибо настолько от нас отстоит

многосумрачный Тартар. Если бы, медную взяв наковальню,

метнуть её с неба, В девять дней и ночей до земли бы

она долетела, Если бы, медную взяв наковальню,

с земли её сбросить, В девять дней и ночей долетела б до Тартара тяжесть.

В представлениях древних греков Вселенная разделялась Землёй на светлую и тёмную части: верхняя была небом, а в нижней царил Эреб — подземный мрак. Считалось, что туда не заглядывает Солнце. Днём оно объезжает небо на колеснице, а ночью плывёт в золотой чаше по окружающему Землю океану к месту восхода. Конечно, такая картина мира не слишком подходила для объяснения движений небесных светил; впрочем, она для этого и не предназначалась.

Календарь и звёзды

В Древней Греции, как и в странах Востока, в качестве религиозного и гражданского использовался лунно-солнечный календарь. В нём начало каждого календарного месяца должно было располагаться как можно ближе к новолунию, а средняя продолжительность календарного года по возможности соответствовать промежутку времени между весенними равноденствиями («тропический год», как его называют сегодня). При этом месяцы по 30 и 29 дней чередовались. Но 12 лунных месяцев примерно на треть месяца короче года. Поэтому, чтобы выполнить второе требование, время от времени приходилось прибегать к интеркаляциям — добавлять в отдельные годы дополнительный, тринадцатый, месяц.

Вставки делались нерегулярно правительством каждого полиса -города-государства. Для этого назначались специальные лица, которые следили за величиной отставания календарного года от солнечного. В разделённой на мелкие государства Греции календари имели местное значение — одних названий месяцев в греческом мире существовало около 400. Математик и музыковед Аристоксен (354–300 до н. э.) писал о календарном беспорядке: «Десятый день месяца у коринфян — это пятый у афинян и восьмой у кого-нибудь ещё».

Простой и точный, 19-летний цикл, использовавшийся ещё в Вавилоне, предложил в 433 г. до н. э. афинский астроном Метон. Этот цикл предусматривал вставку семи дополнительных месяцев за 19 лет; его ошибка не превышала двух часов за один цикл.

Земледельцы, связанные с сезонными работами, издревле пользовались ещё и звёздным календарём, который не зависел от сложных движений Солнца и Луны. Гесиод в поэме «Труды и дни», указывая своему брату Персу время проведения сельскохозяйственных работ, отмечает их не по лунно-солнечному календарю, а по звёздам:

Лишь на востоке начнут восходить Атлантиды Плеяды, Жать поспешай, а начнут заходить — за сев принимайся. Вот высоко средь неба уж Сириус

встал с Орионом, Уж начинает Заря розоперстая

видеть Арктура, Режь, о Перс, и домой уноси

виноградные гроздья.

Таким образом, хорошее знание звёздного неба, которым в современном мире мало кто может похвастаться, древним грекам было необходимо и, очевидно, широко распространено. По-видимому, этой науке детей учили в семьях с раннего возраста.

Лунно-солнечный календарь использовался и в Риме. Но здесь царил ещё больший «календарный произвол». Длина и начало года зависели от понтификов (от лат. pontifices), римских жрецов, которые нередко пользовались своим правом в корыстных целях. Такое положение не могло удовлетворить огромную империю, в которую стремительно превращалось Римское государство. В 46 г. до н. э. Юлий Цезарь (100–44 до н. э.), исполнявший обязанности не только главы государства, но и верховного жреца, провёл календарную реформу. Новый календарь по его поручению разработал александрийский математик и астроном Созиген, по происхождению грек. За основу он взял египетский, чисто солнечный, календарь. Отказ от учёта лунных фаз позволил сделать календарь достаточно простым и точным. Этот календарь, названный юлианским, использовался в христианском мире до введения в католических странах в XVI в. уточнённого григорианского календаря. Летосчисление по юлианскому календарю началось в 45 г. до н. э. На 1 января перенесли начало года (раньше первым месяцем был март). В благодарность за введение календаря сенат постановил переименовать месяц квинтилис (пятый), в котором родился Цезарь, в юлиус — наш июль. В 8 г. н. э. в честь следующего императора, Октавиана Августа, месяц сек-стилис (шестой), был переименован в августус. Когда Тиберию, третьему принцепсу (императору), сенаторы предложили назвать его именем месяц септембр (седьмой), он будто бы отказался, ответив: «А что будет делать тринадцатый принцепс».

Новый календарь оказался чисто гражданским, религиозные праздники в силу традиции по-прежнему справлялись в соответствии с фазами Луны. И в настоящее время праздник Пасхи согласовывается с лунным календарём, причём для расчёта его даты используется цикл, предложенный ещё Метоном.

Фалес и предсказание затмения

Фалёс (конец VII — середина VI в. до н. э.) жил в греческом торговом городе Милете, расположенном в Малой Азии. С античных времён историки называют Фалеса «отцом философии». К сожалению, его сочинения до нас не дошли. Известно лишь, что он стремился найти естественные причины явлений, считал началом всего воду и сравнивал Землю с куском дерева, плавающим в воде.

Геродот, рассказывая о войне восточных государств Лидии и Мидии, сообщал: «Так с переменным успехом продолжалась эта война, и на шестой год во время одной битвы день превратился в ночь. Это солнечное затмение предсказал ионянам Фалес Милетский и даже точно определил заранее год, в который оно наступит. Когда лидийцы и мидяне увидели, что день обратился в ночь, то поспешно заключили мир».

Это затмение, согласно современным расчётам, произошло 28 мая 585 г. до н. э. Чтобы установить периодичность затмений, вавилонским астрологам потребовалось не одно столетие. Вряд ли Фалес мог обладать достаточными данными, чтобы сделать предсказание самостоятельно.

Ещё большую пользу астрономии Фалес принёс как математик. По-видимому, он первым пришёл к мысли о необходимости поиска математических доказательств. Он, например, доказывал теорему о равенстве углов при основании равнобедренного треугольника, т. е. вещи, на первый взгляд очевидные. Ему важен был не сам результат, а принцип логического построения. Для астрономии весьма существенно и то, что Фалес стал основоположником геометрического изучения углов.

Фалес мог бы первым сказать: «Не знающий математики да не входит в храм астрономии».

Анаксиманар

Анаксимандр Милетский (около 610 — после 547 до н. э.) был учеником и родственником Фалеса. Как и его учитель, он занимался не только науками, но также делами общественными и торговыми. Его книги «О природе» и «Сферы» не сохранились, и об их содержании мы знаем по пересказам читавших. Мир Анаксимандра необычен. Небесные светила учёный считал не отдельными телами, а окошками в непрозрачных оболочках, скрывающих огонь. Земля, по его мысли, имела вид части колонны, на поверхности которой, плоской или круглой, живут люди. Она парит в центре мира, ни на что не опираясь. Окружают Землю исполинские трубчатые кольца-торы, наполненные огнём. В самом близком кольце, где огня немного, имеются небольшие отверстия — - планеты. Во втором кольце с более сильным огнём находится одно большое отверстие — Луна. Оно может частично или полностью перекрываться (так философ объяснял смену лунных фаз и затмения светила). Гигантское отверстие размером с Землю есть и в третьем, дальнем, кольце. Сквозь него сияет самый сильный огонь — Солнце. Возможно, Вселенную Анаксимандра замыкала полная сфера с россыпью отверстий, через которые проглядывал огонь, окружавший её. Эти-то отверстия люди и называли «неподвижными звёздами». Неподвижны они, естественно, только относительно друг друга. Эта первая в истории астрономии геоцентрическая модель Вселенной с жёсткими орбитами светил, охватывающими Землю, позволяла понять геометрию движений Солнца, Луны и звёзд.

Анаксимандр стремился не только геометрически точно описать мир, но и понять его происхождение. Философ считал началом всего существующего апейрон — «беспредельное»: «некая природа бесконечного, из которой рождаются небосводы и находящиеся в них космосы». Вселенная, по Анаксимандру, развивается сама по себе, без вмешательства олимпийских богов.

Возникновение Вселенной философ представлял себе примерно так: апейрон порождает враждующие стихии — «горячее» и «холодное». Их материальное воплощение — огонь и вода. Противоборство стихий в возникшем космическом вихре привело к появлению и разделению веществ. В центре вихря оказалось «холодное» — Земля, окружённая водой и воздухом, а снаружи — огонь. Под действием огня верхние слои воздушной оболочки превратились в твёрдую кору. Эту сферу затвердевшего аэра (воздуха) стали распирать пары кипящего земного океана. Оболочка не выдержала и раздулась, «оторвалась», как сказано в одном из источников. При этом она должна была оттеснить основную массу огня за пределы нашего мира. Так возникла сфера неподвижных звёзд, а самими звёздами стали поры во внешней оболочке.

Заключительный штрих этой грандиозной картины — появление живых существ. Когда океан выкипел, обнажив сушу, они возникли «из нагретой воды с землёй» и «были рождены во влаге, заключённые внутрь илистой скорлупы», т. е. естественное развитие, по Анаксимандру, включало не только возникновение мира, но и самозарождение жизни.

Философ считал Вселенную подобной живому существу. В отличие от нестареющего времени она рождалась, достигала зрелости, старела и должна была погибнугь, чтобы возродиться вновь: «совершается гибель миров, а намного раньше их рождение, причём испокон бесконечного веку повторяется по кругу всё одно и то же». Итак, Анаксимандр оставил нам первую систему мира — (модель Вселенной), первую космологическую картину мира (с чего всё началось) и первую космогоническую гипотезу (как всё стало таким, как оно есть).

Анаксагор. «Метеорологический космос»

Пусть в месяц моей смерти детей ежегодно отпускают на каникулы.

Анаксагор (около 500–428 до н. э.) из Клазомен, города, стоявшего недалеко от Милета, был знаком с учениями его философов. Учитель Перикла и Еврипида, он большую часть жизни провёл в Афинах. Как-то, упрекая Анаксагора за аполитичность, какой-то философ сказал: «Тебе, видно, до родины нет дела». «Типун тебе на язык! — ответил Анаксагор. — Я только о родине и думаю!» И указал перстом на небо. В отличие от Фалеса, полагавшего началом всего воду, или Анаксимандра, который ввёл апейрон, Анаксагор считал началом Вселенной некую первичную смесь «семян» всех веществ. Эта смесь, заполнявшая бесконечное пространство, мирно покоилась. Но вот в какой-то её части образовался стремительный вихрь. Причиной его появления философ называл нус (разум) — не самостоятельное божество, а некое организующее начало, которое «содержит полное знание обо всём и имеет величайшую силу». Дальнейшее развитие Вселенной представлялось Анаксагору таю «Это вращение началось с малого, сейчас оно охватывает больше пространства, а в будущем охватит ещё больше».

Первоначальное вращение было очень быстрым. В вовлечённой в вихрь области из первичной смеси выделились отдельные вещества. Из них плотные сошлись к середине вихря, и там возникла плоская круглая Земля. Более лёгкие — холодный воздух и горячий тонкий эфир — были отброшены наружу. На определённой стадии развития мира от краёв Земли оторвались крупные куски, которые позднее стали небесными телами. Постепенно движение уходило от центра вихря к его краям. Земля остановилась, а небо продолжало вращаться, причём в какой-то момент оно «наклонилось».

Это важная деталь. Действительно, вокруг строго вертикальной оси небо вращается только на полюсе, а в Греции ось мира заметно наклонена: в Афинах на 38° к плоскости горизонта. Поэтому система мира с плоской вертящейся Землёй, где её движением объяснялось бы видимое вращение неба, невозможна.

Анаксагор считал, что светила проходят под Землёй, и уже знал причины солнечных и лунных затмений. Но «повороты» Солнца, т. е. изменения его высоты над горизонтом после летнего и зимнего солнцестояний, философ объяснял влиянием потепления или остывания воздуха.

Вселенная Анаксагора — это расширяющийся сферический пузырь, в середине которого, опираясь на воздух, лежит земной диск. Вокруг Земли кружится эфирный вихрь, несущий Солнце — «раскалённую металлическую глыбу или камень размером во много раз больше Пелопоннеса» — и Луну, на которой есть поселения, равно как холмы и овраги. Несёт вихрь и звёзды — более мелкие, чем Солнце, раскалённые камни.

В 466 г. до н. э., когда Анаксагору было 34 года, во Фракии у реки Эгос-потамы упал крупный метеорит. Некоторые античные авторы сообщают, что его падение с точностью до дня предсказал Анаксагор. Это, разумеется, легенда, но она имела под собой основу. Ведь говорил же Анаксагор: «Если небо замедлит вращение, то все камни попадают». Это в каком-то смысле могло считаться предсказанием подобных событий. А может быть, наоборот, само падение метеорита навело учёного на эти мысли?

За богомерзкую «модель Солнца» Афины приговорили Анаксагора к смерти. «Народ Афин, можешь ли ты в чём-нибудь упрекнуть меня и мою жизнь?» — вступился Перикл. «Ни в чём», — ответил народ. «Анаксагор — мой учитель», — сказал Перикл. Анаксагора изгнали из Афин.

Демокрит. Множественность миров

Одновременно с учением Анаксагора, предложившего гипотезу универсальной, бесконечно делимой материи, возникла противоположная теория вещества — атомистическая. Её сторонники считали, что кроме вещества существует небытие — бесконечная пустота, в которой движутся бесчисленные неделимые частицы — атомы. Они сталкиваются, соединяются в разных сочетаниях, образуют разнообразные вещества и вещи. Так рождаются и миры, которых в необъятной Вселенной должно быть бесконечное множество.

Выходит, миры возникают случайно? Не совсем. Атомисты вслед за Эмпедоклом (около 490 — около 430 до н. э.) утверждали возможность появления порядка из беспорядка. Действительно, атомы сталкиваются в случайных сочетаниях, но из них только удачные оказываются устойчивыми. Они-то и накапливаются, взаимодействуют, образуют сложные соединения.

Автор III в. н. э. Ипполит так описывает астрономические взгляды знаменитого философа-атомиста Демокрита (родился около 470 или 460 до н. э., прожил более 100 лет): «Он говорил, что миры бесчисленны и различны по величине. В одних нет ни Солнца, ни Луны, в других — Солнце и Луна больше, чем у нас, а в некоторых мирах их большее число. Расстояния между мирами неодинаковые; кроме того, в одном месте миров больше, в другом — меньше. Одни миры растут, другие достигли расцвета, третьи уже идут на убыль. Уничтожаются же они, сталкиваясь друг с другом».

Атомисты решили для себя вопрос и о происхождении этих миров. Диоген Лаэртский так излагал взгляды Левкиппа — учителя Демокрита (атомы в этом тексте названы «телами»): «несётся в великую пустоту множество разновидных тел; скапливаясь, они образуют единый вихрь, а в нём, сталкиваясь друг с другом и всячески кружась, разделяются по взаимному сходству. Лёгкие тела отлетают во внешнюю пустоту, словно распыляясь в ней, а остальные остаются вместе, сцепляются, сбиваются в общем беге и образуют некоторое первоначальное соединение в виде шара. Оно в свою очередь отделяет от себя как бы оболочку, в которую входят разнообразные тела».

Эта «оболочка» растёт за счёт притока внешних лёгких атомов, под ней возникают и загораются светила. Земля же образуется и держится в самой середине вихря, она не вращается и имеет форму бубна. Хотя взгляды на природу вещества и способ образования миров у атомистов и Анаксагора различны, но предложенные ими миры всё-таки очень похожи. Оба мира содержат плоскую неподвижную Землю, окружённую оболочкой, внутри которой вращаются светила. Казалось бы, атомистам остался один шаг до того, чтобы счесть небо окном в бесконечный мир, а звёзды — солнцами далёких миров. Но они не сделали этого шага. Им помешало представление о цельной вращающейся звёздной сфере. Не был сделан и другой важный шаг — они не признали шарообразность Земли, о чём к тому времени уже писали Парменид и Эмпедокл.

Тайны Пифагора

О Пифагоре (VI в. до н. э.) сохранилось мало достоверных сведений. Известно, что родился он на острове Самос; вероятно, в молодости посетил Милет, где учился у Анаксимандра; может быть, совершил и более далёкие путешествия. Уже в зрелом возрасте философ переселился в город Кротон и основал нечто вроде религиозного ордена -Пифагорейское братство, которое распространило своё влияние на многие греческие города Южной Италии. Жизнь братства была окружена тайной. О его основателе Пифагоре ещё при жизни ходили легенды, которые, по-видимому, имели под собой какую-то основу: великий учёный был не менее великим политиком и провидцем.

Фундаментальное знание о природе, по мнению пифагорейцев, должно быть тайным. Приобщать к нему следует только тех, кто способен понять истину и оценить её величие. Науку нельзя выносить на площадь для пересудов.

Основой учения Пифагора была вера в переселение душ и гармоничное устройство мира. Он полагал, что душу очищают музыка и умственный труд, поэтому пифагорейцы считали обязательным совершенствование в «четырёх искусствах» — арифметике, музыке, геометрии и астрономии. Сам Пифагор является основоположником теории чисел, а доказанная им теорема известна сегодня каждому школьнику. И если Анаксагор и Демокрит в своих взглядах на мир развивали идею Анаксимандра о физических причинах природных явлений, то Пифагор разделял его убеждённость в математической гармонии космоса.

Пифагорейцы властвовали в греческих городах Италии несколько десятилетий, потом были разгромлены и отошли от политики. Однако многое из того, что вдохнул в них Пифагор, осталось жить и оказало огромное влияние на науку. Сейчас очень трудно отделить вклад самого Пифагора от достижений его последователей. В особенности это относится к астрономии, в которой пифагорейцами было выдвинуто несколько принципиальных идей. О них можно судить по дошедшим до нас скудным сведениям о представлениях поздних пифагорейцев и учениям философов, испытавших влияние идей Пифагора.