С чего началась астрономия
История развития астрономии
Астрономия является одной из старейших естественных наук, ещё в глубокой древности люди интересовались движением светил по небосводу. Древние астрономические наблюдения делались в Египте, Вавилоне, Греции, Риме. В Средние века большое развитие получила астрология, из которой в XVIII веке выделилась собственно астрономия.
Возникновение и основные этапы развития астрономии
Астрономия является одной из древнейших наук. Первые записи астрономических наблюдений, подлинность которых несомненна, относятся к VIII в. до н. э. Однако известно, что еще за 3 тысячи лет до н. э. египетские жрецы подметили, что разливы Нила, регулировавшие экономическую жизнь страны, наступали вскоре после того, как перед восходом Солнца на востоке появлялась самая яркая из звезд, Сириус, скрывавшаяся до этого около двух месяцев в лучах Солнца. Из этих наблюдений египетские жрецы довольно точно определили продолжительность тропического года.
В Древнем Китае за 2 тысячи лет до н. э. видимые движения Солнца и Луны были настолько хорошо изучены, что китайские астрономы могли предсказывать наступление солнечных и лунных затмений.
Астрономия, как и все другие науки, возникла из практических потребностей человека. Кочевым племенам первобытного общества нужно было ориентироваться при своих странствиях, и они научились это делать по Солнцу, Луне и звездам. Первобытный земледелец должен был при полевых работах учитывать наступление различных сезонов года, и он заметил, что смена времен года связана с полуденной высотой Солнца, с появлением на ночном небе определенных звезд. Дальнейшее развитие человеческого общества вызвало потребность в измерении времени и в летосчислении (составлении календарей).
Все это могли дать и давали наблюдения над движением небесных светил, которые велись в начале без всяких инструментов, были не очень точными, но вполне удовлетворяли практические нужды того времени. Из таких наблюдений и возникла наука о небесных телах — астрономия.
С развитием человеческого общества перед астрономией выдвигались все новые и новые задачи, для решения которых нужны были более совершенные способы наблюдений и более точные методы расчетов. Постепенно стали создаваться простейшие астрономические инструменты и разрабатываться математические методы обработки наблюдений.
В Древней Греции астрономия была уже одной из наиболее развитых наук. Для объяснения видимых движений планет греческие астрономы, крупнейший из них Гиппарх (II в. до н. э.), создали геометрическую теорию эпициклов, которая легла в основу геоцентрической системы мира Птолемея (II в. н. э.). Будучи принципиально неверной, система Птолемея, тем не менее, позволяла предвычислять приближенные положения планет на небе и потому удовлетворяла, до известной степени, практическим запросам в течение нескольких веков.
Системой мира Птолемея завершается этап развития древнегреческой астрономии. Развитие феодализма и распространение христианской религии повлекли за собой значительный упадок естественных наук, и развитие астрономии в Европе затормозилось на многие столетия. В эпоху мрачного средневековья астрономы занимались лишь наблюдениями видимых движений планет и согласованием этих наблюдений с принятой геоцентрической системой Птолемея.
Рациональное развитие в этот период астрономия получила лишь у арабов и народов Средней Азии и Кавказа, в трудах выдающихся астрономов того времени — Аль-Батани (850—929 гг.), Бируни (973—1048 гг.), Улугбека (1394—1449 гг.) и др.
В период возникновения и становления капитализма в Европе, который пришел на смену феодальному обществу, началось дальнейшее развитие астрономии. Особенно быстро она развивалась в эпоху великих географических открытий (XV—XVI вв.). Нарождавшийся новый класс буржуазии был заинтересован в эксплуатации новых земель и снаряжал многочисленные экспедиции для их открытия. Но далекие путешествия через океан требовали более точных и более простых методов ориентировки и исчисления времени, чем те, которые могла обеспечить система Птолемея. Развитие торговли и мореплавания настоятельно требовало совершенствования астрономических знаний и, в частности, теории движения планет. Развитие производительных сил и требования практики, с одной стороны, и накопленный наблюдательный материал, — с другой, подготовили почву для революции в астрономии, которую и произвел великий польский ученый Николай Коперник (1473—1543), разработавший свою гелиоцентрическую систему мира, опубликованную в год его смерти.
Учение Коперника явилось началом нового этапа в развитии астрономии. Кеплером в 1609—1618 гг. были открыты законы движений планет, а в 1687 г. Ньютон опубликовал закон всемирного тяготения.
Новая астрономия получила возможность изучать не только видимые, но и действительные движения небесных тел. Ее многочисленные и блестящие успехи в этой области увенчались в середине XIX в. открытием планеты Нептун, а в наше время — расчетом орбит искусственных небесных тел.
Следующий, очень важный этап в развитии астрономии начался сравнительно недавно, с середины XIX в., когда возник спектральный анализ, и стала применяться фотография в астрономии. Эти методы дали возможность астрономам начать изучение физической природы небесных тел и значительно расширить границы исследуемого пространства. Возникла астрофизика, получившая особенно большое развитие в XX в. и продолжающая бурно развиваться в наши дни. В 40-х гг. XX в. стала развиваться радиоастрономия, а в 1957 г. было положено начало качественно новым методам исследований, основанным на использовании искусственных небесных тел, что в дальнейшем привело к возникновению фактически нового раздела астрофизики — рентгеновской астрономии.
Значение этих достижений астрономии трудно переоценить. Запуск искусственных спутников Земли. (1957 г., СССР), космических станций (1959 г., СССР), первые полеты человека в космос (1961 г., СССР), первая высадка людей на Луну (1969 г., США), — эпохальные события для всего человечества. За ними последовали доставка на Землю лунного грунта, посадка спускаемых аппаратов на поверхности Венеры и Марса, посылка автоматических межпланетных станций к более далеким планетам Солнечной системы.
Подписывайтесь на наш Telegram-канал. Будьте в курсе всех событий!
Мы работаем для Вас!
Родоначальники астрономии
Астрономия – очень древняя наука, одна из древнейших естественных наук.
Многие тысячелетия человек смотрит в небо, стараясь разгадать загадки звездных миров. Но сначала астрономию (науку о движении и свойствах небесных тел) объединяли с астрологией (предсказание о воздействии небесных тел на земной мир и человека). Так было почти до эпохи Возрождения (по крайней мере, в Европе).
Первые зарегистрированные астрономические достижения относятся к XXXI веку до н. э. Астрономия развивалась независимо в Древней Греции, Египте и в Месопотамии.
Чаще всего первые астрономы были одновременно философами и математиками, потому что загадки звездного неба пытались разгадать только думающие люди, размышляющие о мире и о человеке в нем, но размышления эти часто подкреплялись вычислениями.
Многие ученые античного периода писали на эту тему, не все их труды сохранились и не все их имена нам известны. Конечно, в ту пору понятия астрономов были примитивными и не всегда верными, у них не было еще мощных телескопов и методик для теоретических изысканий, но эти первые шаги в науку астрономию по-своему интересны и достойны внимания.
В данной статье представлены люди, которые по праву считаются родоначальниками астрономии, в том числе той ее части, которая соответствует современным представлением о роли Земли во Вселенной.
Фалес Милетский
Фалес Милетский (640/624 — 548/545 до н. э.) — древнегреческий философ и математик. Считается, что Фалес «открыл» для греков созвездие Малой Медведицы как путеводный инструмент; ранее этим созвездием пользовались финикийцы.
По мнению исследователей, Фалес первым открыл наклон эклиптики к экватору и провёл на небесной сфере пять кругов:
Он научился вычислять время солнцестояний и равноденствий, установил неравность промежутков между ними. Фалес первым указал, что Луна светит отражённым светом; что затмения Солнца происходят тогда, когда его закрывает Луна. Также он первым определил угловой размер Луны и Солнца.
Он нашёл, что размер Солнца составляет 1/720 часть от его кругового пути, а размер Луны — такую же часть от лунного пути.
Можно утверждать, что Фалес создал «математический метод» в изучении движения небесных тел. Также он ввёл календарь по египетскому образцу (в котором год состоял из 365 дней, делился на 12 месяцев по 30 дней, и пять дней оставались выпадающими).
Клеострат Тенедосский
Ученик Клеострата (история не сохранила его имени) впервые в Греции уточнил длину тропического года (тропический год, также известный как солнечный год) — это отрезок времени, за который Солнце завершает один цикл смены времён года, как это видно с Земли.
Евдокс Книдский
Последователь философа Платона Евдокс Книдский (408— 355 гг. до н. э.), являлся создателем целой астрономической школы, заложивший основы теоретической астрономии. Евдокс был творцом невероятно сложной модели движения планет, которая, однако, объясняла их поведение на небе — всех, за исключением Марса. Он также составил первый в Европе каталог звезд.
Греки считали небо состоящим из твердых прозрачных оболочек — сфер, расположенных на различной высоте от поверхности Земли и вращающихся вокруг нее. Светила закреплены неподвижно на небесных сферах. На самой удаленной от Земли сфере расположены звезды — поэтому они совершают полный оборот ровно за сутки.
Подбирая скорости вращения, взаимное расположение других сфер и углы наклона их осей, Евдокс сумел объяснить даже такую загадку, как петли, описываемые на небе Марсом, Юпитером и Сатурном на фоне звезд.
Позже модель Евдокса включил в свое учение о природе философ и ученый Аристотель (384—322 гг. до и. э.), но никакие ухищрения не могли сделать эту модель точной — ведь «сфер Евдокса» просто не существовало в природе.
Аристарх Самосский
Крупнейший древнегреческий астроном и философ Аристарх Самосский (310—250 гг. до н. э.) родился на острове Самос в Эгейском море. Одним из первых он использовал геометрические вычисления для определения размеров Солнца и Луны и нахождения отношений между их размерами и орбитами, по которым эти светила движутся. Правда, он допустил немало ошибок, и в результате диаметр Солнца у него получился всего в шесть раз больше земного, а Луны — в три раза меньше.
Аристарх считал, что Солнце находится в центре нашей планетной системы, несмотря на то что современники просто смеялись над этой идеей и обвиняли ученого в оскорблении богов. Смену дня и ночи на Земле он объяснял абсолютно верно — вращением Земли вокруг своей оси, а Луну называл спутником Земли.
Эратосфен
Родился Эратосфен в Кирене в 275 году до н.э., а умер в Александрии в 193 году до н.э. Он был не только астрономом, но географом и философом. Оставил Эратосфен свой след и в математике. ему принадлежит право быть изобретателем прибора, с помощью которого можно было находить расположения селений и городов, расстояние до которых было заранее известно. Также известно, что Эратосфен заведовал Александрийской Библиотекой.
Одной из самых главных заслуг Эратосфен является то, что ему удалось определить длину окружности Земли. В ходе исследований астроном обнаружил, что в день летнего солнцестояния (21 июня) Солнце отражается в колодцах города Асуан, а в Александрии (которая была расположена севернее, но, практически, на том же меридиане) предметы отбрасывают небольшую тень. Эратосфен предположил, что это явление может быть обоснованно кривизной поверхности Земли. С помощью измерения расстояние между двумя городами астроному удалось определить радиус Земли.
Гиппарх Никейский
Гиппарха Никейского (161—126 гг. до н. э.) считают основателем научной астрономии. На протяжении многих лет он вел наблюдения за звездами и сравнивал их с результатами вавилонских астрономов. Гиппарх составил самый точный звездный каталог, включавший более тысячи звезд, и первым ввел в науку понятие звездных величин, разделив все звезды на шесть категорий — от самых ярких до едва видимых глазом. Этот метод и по сегодняшний день используется астрономами.
Ученый также усовершенствовал календарь, определив продолжительность года в 365,25 дня. Именно он ввел понятия апогея (точка орбиты Луны или искусственного спутника Земли, наиболее удаленная от центра Земли) и перигея (ближайшая к Земле точка орбиты Луны или искусственного спутника Земли), средние периоды обращения планет.
По таблицам Гиппарха можно было предсказывать солнечные и лунные затмения с неслыханной для того времени точностью — до 1-2 часов.
Кстати, именно он ввёл географические координаты — широту и долготу. Но главным результатом Гиппарха стало открытие смещения небесных координат — «предварения равноденствий» (каждый год весеннее равноденствие наступает немного раньше, чем в предыдущем году).
Клавдий Птолемей
Клавдий Птолемей (ок. 100 – ок. 170) — позднеэллинистический астроном, математик, механик, оптик и географ. Жил и работал в Александрии Египетской, где проводил астрономические наблюдения.
Его главный труд — «Великое математическое построение», или «Альмагест» на целое тысячелетие стал «библией» для астрономов и математиков. Книга также содержала каталог звёздного неба. Список из 48 созвездий не покрывал полностью небесной сферы: там были только те звёзды, которые Птолемей мог видеть, находясь в Александрии. Система Птолемея была практически общепринятой в западном и арабском мире — до создания гелиоцентрической системы Николая Коперника.
В своей книге Птолемей изложил собрание астрономических знаний древней Греции и Вавилона, сформулировав весьма сложную геоцентрическую модель мира, получившую известность как «система Птолемея».
При создании данной системы он проявил себя как умелый механик, поскольку сумел представить неравномерные движения небесных светил в виде комбинации нескольких равномерных движений по окружностям.
Удивительно: система Птолемея не имела ничего общего с тем, что на самом деле существует в природе, однако с ее помощью можно было довольно точно предсказывать движение небесных тел, время наступления солнечных и лунных затмений и одновременного появления всех планет на земном небе.
Николай Коперник
Николай Коперник — польский астроном. Он родился 19 февраля 1473 года в городе Торунь и умер во Фромборке 24 мая 1543 года. Ему довелось учиться в университетах Кракова, Болоньи и Падуи, где Коперник изучал различные науки, в том числе астрономию. В 1512 году он стал каноником во Фромборке, посвятив себя исполнению его обязанностей, а также астрономическим наблюдениям и исследованиям Вселенной.
Наиболее известен как автор гелиоцентрической системы мира, положившей начало первой научной революции.
Главное и почти единственное сочинение Коперника «О вращении небесных сфер» было издано в 1543 году. В нем говорится о шарообразности мира и Земли, а вместо положения о неподвижности Земли помещена иная аксиома: Земля и другие планеты вращаются вокруг оси и обращаются вокруг Солнца. Его работа была запрещена церковью, но все же она увидела свет незадолго до смерти астронома.
С гелиоцентрических позиций Коперние без труда объясняет возвратное движение планет. В своем труде он дает сведения по сферической тригонометрии и правила вычисления видимых положений звезд, планет и Солнца на небесном своде. Упоминается Луна, планеты и причины изменения широт планет.
Гелиоцентрическая система в варианте Коперника может быть сформулирована в семи утверждениях:
Тихо Браге
Тихо Браге (14.12.1546-24.10.1601) — датский астроном эпохи Возрождения. Первым в Европе начал проводить систематические и высокоточные астрономические наблюдения, на основании которых Кеплер вывел законы движения планет.
В ноябре 1577 года на небе появилась яркая комета. Тихо Браге тщательно проследил её траекторию вплоть до исчезновения видимости в январе 1578 года. Сопоставив свои данные с полученными коллегами в других обсерваториях, он сделал однозначный вывод: кометы — не атмосферное явление, как полагал Аристотель, а внеземной объект, втрое дальше, чем Луна.
Свои научные достижения Браге изложил в многотомном астрономическом трактате. Сначала вышел второй том, посвящённый системе мира Тихо Браге и комете 1577 года. Первый же том (о сверхновой 1572 года) вышел позднее, в 1592 году в неполном виде. В 1602 году, уже после смерти Браге, Иоганн Кеплер опубликовал окончательную редакцию этого тома. Браге собирался в последующих томах изложить теорию движения других комет, Солнца, Луны и планет, однако осуществить этот замысел уже не успел.
Иоганн Кеплер
Иоганн Кеплер (27.12.1571-15.11.1630) – немецкий математик, астроном, механик, оптик, первооткрыватель законов движения планет Солнечной системы. Кеплер создал новую модель телескопа, которая позволяла улучшить исследование Солнечной системы.
В конце XVI века в астрономии ещё происходила борьба между геоцентрической системой Птолемея и гелиоцентрической системой Коперника. Открытые Кеплером три закона движения планет полностью и с превосходной точностью объяснили видимую неравномерность движений планет.
Согласно законам Кеплера, все планеты движутся по эллиптическим орбитам. В одном из фокусов этих орбит находится Солнце. В зависимости от отдаленности от Солнца уменьшается или увеличивается скорость движения планеты по орбите. Чтобы сформировать свои законы, Кеплер изучал орбиту Марса в течении 10 лет.
Кеплер вывел также «уравнение Кеплера», используемое в астрономии для определения положения небесных тел.
Законы планетной кинематики, открытые Кеплером, послужили позже Ньютону основой для создания теории тяготения. Кеплер стал автором первого обширного (в трёх томах) изложения коперниканской астрономии (1617—22), которое немедленно удостоилось чести попасть в «Индекс запрещённых книг». В эту книгу, свой главный труд, Кеплер включил описание всех своих открытий в астрономии.
Летом 1627 года Кеплер после 22 лет трудов опубликовал астрономические таблицы. Спрос на них был огромен, так как все прежние таблицы давно разошлись с наблюдениями. Немаловажно, что труд впервые включал удобные для расчётов таблицы логарифмов. Кеплеровы таблицы служили астрономам и морякам вплоть до начала XIX века.
Галилео Галилей
Галилео Галилей — известный итальянский математик, физик и астроном, оказавший значительное влияние на науку своего времени. Он родился 15 февраля 1564 году в Пизе и умер 8 января 1642 году во Флоренции. Им были открыты законы движения маятника, созданы гидравлические весы и изобретен газовый термометр.
В 1609 году Галилей самостоятельно построил свой первый телескоп с выпуклым объективом и вогнутым окуляром. Труба давала приблизительно трёхкратное увеличение. Вскоре ему удалось построить телескоп, дающий увеличение в 32 раза. Сам термин телескоп ввёл в науку именно Галилей. Первые телескопические наблюдения небесных тел Галилей провёл 7 января 1610 года. Эти наблюдения показали, что Луна, подобно Земле, имеет сложный рельеф, а ее пепельный свет Галилей объяснил как результат попадания на наш естественный спутник солнечного света, отражённого Землёй.
Галилей опроверг один из доводов противников гелиоцентризма: Земля не может вращаться вокруг Солнца, поскольку вокруг неё самой вращается Луна.
Галилей открыл пятна на Солнце, исследовал планеты Солнечной системы, рассчитал период вращения этой звезды и сделал вывод, что звезды расположены очень далеко от нашей планеты. Ему принадлежит утверждение, что Вселенная бесконечна. Ученому-астроному удалось доказать, что Млечный Путь не является облаком, а массой звезд.
Галилео был ревностным приверженцем теории Коперника, что стало причиной конфликта между Галилеем и церковью. Галилей был привлечен к суду и будучи в безвыходном положении, он был вынужден публично отказаться от своих убеждений. Случилось это в 1632 году. Будучи под домашним арестом, Галилей продолжал свою работу с учениками, хотя и был наполовину слеп.
Эдмунд Галлей
Эдмунд Галлей (29.10.1656-14.01.1742) – английский Королевский астроном, физик, математик и демограф. Ещё в 1676 году, будучи студентом третьего курса Оксфордского университета, Галлей опубликовал свою первую научную работу — «Об орбитах планет» — и открыл большое неравенство Юпитера и Сатурна. Он издал «Каталог Южного неба», в который включил информацию о 341 звезде Южного полушария.
В 1693 году Галлей обнаружил вековое ускорение Луны, что могло свидетельствовать о её непрерывном приближении к Земле. В 1677 году Галлей предложил новый метод определения расстояния до Солнца, то есть астрономическую единицу. Для этого необходимо было наблюдать прохождение Венеры по диску Солнца из двух мест, удалённых по широте
Способ Галлея позволил к концу XIX века в 25 раз снизить ошибку при определении солнечного параллакса.
С именем Эдмунда Галлея связан и коренной перелом в представлениях о кометах. В Новое время до Ньютона все считали их чужеродными странниками, лишь пролетающими сквозь Солнечную систему по незамкнутым параболическим орбитам. Галлей рассчитал и опубликовал в 1705 году орбиты 24 комет и обратил внимание на сходство параметров орбит у нескольких из них, наблюдавшихся в XVI—XVII веках, с параметрами кометы 1682 года.
Фото кометы Галлея 1986 год с земли
В 1716 году он опубликовал подробные расчёты, указал, что это одна и та же комета, и следующее её появление должно произойти в конце 1758 года. И действительно, она была обнаружена. Возвращение кометы в предсказанный срок стало первым триумфальным подтверждением теории тяготения Ньютона и прославило имя самого Галлея. Эта комета в наши дни называется кометой Галлея.
За особые достижения Галлей был представлен к званию магистра астрономии в Оксфорде и был принят в члены Лондонского Королевского Общества.
Галлей был первым, кто привлёк внимание астрономов к совершенно загадочному тогда объекту — туманностям. В статье 1715 года он уже утверждал, что это многочисленные самосветящиеся космические объекты.
Михаил Ломоносов
Михаил Ломоносов (08.11.1711 – 04.04.1765) — первый русский учёный-естествоиспытатель мирового значения, энциклопедист, химик и физик. В астрономии прославился открытием атмосферы у планеты Венера. Это открытие он совершил 26 мая 1761 года, когда наблюдал прохождение Венеры по солнечному диску.
Учёным было сконструировано и построено несколько принципиально новых оптических приборов, им создана русская школа научной и прикладной оптики. М. В. Ломоносов создал катоптрико-диоптрическую зажигательную систему; прибор «для сгущения света», названную им «ночезрительной трубой», предназначавшаяся для рассмотрения на море удалённых предметов в ночное время. Ломоносов, хорошо знавший телескопы И. Ньютона и Д. Грегори, предложил свою конструкцию.
Опытный образец нового телескопа был изготовлен под руководством М. В. Ломоносова в апреле 1762 года, а 13 мая учёный демонстрировал его на заседании Академического собрания. Изобретение это оставалось неопубликованным до 1827 года, поэтому, когда аналогичное усовершенствование телескопа предложил У. Гершель, такую систему стали называть его именем.
Уильям Гершель
Важную роль в развитии астрономии сыграл великий английский учёный немецкого происхождения Уильям Гершель. Он построил уникальные для того времени рефлекторы с диаметром зеркал до 1,2 м и виртуозно ими пользовался.
Главным его занятием за все тридцать лет наблюдений было исследование звёздных миров.
Он зарегистрировал свыше 2500 новых туманностей. Изучал их структуру и взаимодействие. Некоторые туманности круглой формы, иногда со звездой внутри, он назвал планетарными и считал скоплениями диффузной материи, в которых формируется звезда и планетная система. На самом деле почти все открытые им туманности были галактиками, но по существу ученый был прав — процесс звездообразования происходит и в наши дни.
На некоторые открытия Гершеля не обратили внимания, а взаимодействующие галактики были переоткрыты уже в XX веке.
Гершель первым систематически применял в астрономии статистические методы и с их помощью сделал вывод, что Млечный Путь — изолированный звёздный остров, который содержит конечное число звёзд и имеет сплюснутую форму. Расстояния до туманностей он оценивал в миллионы световых лет.