Главная Статьи Новости Обратная связь Форум                              Каталог статей 1   Каталог статей 2

 

Навигация

Случайная статья

Фазы Луны

19:21 15.Окт.2014

21:57 23.Окт.2014

02:40 31.Окт.2014

22:24 06.Ноя.2014


Rambler's Top100

Партнёры:

Сборник статей

Видимые движения Солнца, Луны, планет, звезд и представления в древности и в средние века об их истинных движениях

Только по наблюдениям небесных светил можно было узнать направление в пустыне или в море; только наблюдая небесные светила, можно было измерять время, а также предсказывать наступление времен года. Потребности торговли и земледелия, передвижений кочевых племен-все это требовало наблюдений небесных светил, изучения закономерностей их видимых движений. Если следить ночью за звездами, то создается впечатление, что все они как бы прикреплены к куполообразному небесному своду, который равномерно вращается вокруг Земли, делая полный оборот всегда за один и тот же промежуток времени, называемый сейчас звездными сутками. При этом звезды на небе кажутся совершенно неподвижными относительно друг друга. Поэтому они получили название неподвижных звезд, и уже с очень давних пор астрономы занимаются составлением постоянных карт отдельных созвездий и всего звездного неба. В древности были известны также пять похожих на звезды, по более ярких светил, которые, хотя и участвуют ; вместе со всеми звездами в суточном вращении небосвода, но, кроме того, обладают, так сказать, самостоятельным ' видимым движением. Эти светила перемещаются между звездами, причем, на первый взгляд, весьма странным образом, описывая сложные пути. Древние греки назвали эти светила планетами (по гречески "планета" означает "блуждающая"). До настоящего времени сохранились их собственные названия, данные древними римлянами; Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн. Планетами считали в древности также Солнце и Луну, так как они тоже перемещаются между звездами. Перемещение Луны между звездами заметить легче всего, так как она движется быстрее других светил. Луна перемещается всегда с запада на восток, пробегая по небу полный круг за 27 с небольшим суток (т. е. передвигается на 12-13° в сутки или на 0,5° в час). Достаточно в какой-нибудь вечер заметить положение Луны между звездами, чтобы уже на следующий вечер увидеть, что Луна изменила свое положение. Наблюдения также показывают, что Луна движется по небу неравномерно: на одних участках своего видимого пути она перемещается быстрее, на других - медленнее. При этом каждый новый круг Луны на небе между звездами заметно отличается от предыдущего. Период видимого обращения Луны лежит в основе календарного месяца. г Перемещение Солнца между звездами нельзя наблюдать непосредственно, так как звезды днем не видны, но его легко обнаружить по наблюдениям звезд вечером после ( захода Солнца. Если заметить какую-нибудь звезду в запад ной части неба вскоре после захода Солнца и попробовал отыскать ее спустя несколько дней в тот же час вечером, то мы увидим, что она опустилась ниже и как бы придвинулась к Солнцу. Еще через несколько дней она исчезнет за гори зонтом, а ее место займет другая звезда, лежащая к восток от нее, и т. д. Наблюдения звезд позволили еще в древности изучит путь Солнца на небе довольно точно. Было установлено, что Солнце, как и Луна, движется между звездами все время с запада на восток, описывая полный круг примерно за 365 суток, но в отличие от Луны каждый раз один и тот же. Этот круг на небесной сфере древние греки назвали эклиптикой, связывая его с затмениями Луны или Солнца (слово eclipse означает затмение), так как они происходили именно тогда, когда Луна в день своего полнолуния или новолуния пересекала данный круг в своем видимом перемещении между звездами. Период видимого обращения Солнца по эклиптике был положен еще древними египтянами в основу календарного года. Планеты всегда располагаются на небе недалеко от эклиптики, но они в отличие от Солнца и Луны меняют через определенные промежутки времени направление своего движения. А именно, они перемещаются между звездами, в основном с запада на восток, как Солнце и Луна (так называемое прямое движение планет). Однако каждая планета в определенное время замедляет свое движение, останавливается по отношению к звездам и начинает двигаться с востока на запад (попятное движение). Затем планета опять останавливается и возобновляет свое прямое движение. Поэтому видимый путь каждой планеты на звездной карте неба- сложная линия с зигзагами и петлями. Эта линия к тому же меняется от цикла к циклу, в течение которого планета возвращается примерно на одно и то же место среди звезд, Можно заметить различие между движениями так называемых нижних и верхних планет. К нижним планетам относятся Меркурий и Венера, к верхним - остальные. Видимые перемещения Меркурия и Венеры тесно связаны с Солнцем. Для этих планет характерны не столько петли и зигзаги, сколько видимые колебания около Солнца как около некоторого среднего положения. Сначала планета движется между звездами быстрее, чем Солнце, и обгоняет его; затем, удалившись от Солнца на некоторое расстояние к востоку, планета начинает двигаться медленнее Солнца, которое догоняет планету и опережает ее. Отстав от Солнца на некоторое расстояние к западу, планета снова начинает двигаться быстрее, чем Солнце, и весь цикл повторяется. Наибольшее удаление Венеры от Солнца составляет около 46°, а Меркурия - в среднем 23° (заметно меняется от цикла к циклу, оставаясь между 18 и 28°). Поэтому Меркурий и Венера бывают видны только утром на востоке незадолго до восхода Солнца или вечером на западе некоторое время после захода Солнца, но именно в те периоды, когда эти планеты удалены от Солнца не менее чем на 5-6°. В остальное время они остаются скрытыми в лучах Солнца, если наблюдать невооруженным глазом. Период таких видимых колебаний Меркурия около Солнца равен 116 суткам, а Венеры- 1 году 217 суткам. Все верхние планеты перемещаются между звездами как бы независимо от Солнца. Каждая из них видна по ночам значительную часть года. При регулярных наблюдениях этих планет отчетливо видны их сложные петлеобразные движения между звездами. На рис. 1 приведен для иллюстрации видимый путь Марса в 1952 г., на котором отмечены положения планеты через каждые 16 дней.

С точки зрения практических нужд древних народов наибольший интерес представляло изучение суточных движений звезд и видимых перемещений Луны и Солнца между звездами. Это требовалось, например, для составления календаря, при установлении даты начала различных сельскохозяйственных работ, для предсказания солнечных затмений и т. д. Изучение же видимых движений планет не вызывалось, вообще говоря, практической необходимостью, Главную роль играли здесь, пожалуй, любознательность, желание понять и объяснить наблюдаемые сложные перемещения планет и тем самым познать окружающий мир. Именно изучение движений планет сыграло решающую роль в дальнейшем развитии астрономии и всего естествознания. Если говорить об античной эпохе, то основная заслуга принадлежит древнегреческим астрономам, которые впервые поставили вопрос, не являются ли сложные видимые движения планет лишь отражением их более правильных движений в пространстве. С этого времени и начинается период построения геометрической картины движения планет в пространстве на основании наблюдений. Мы не будем останавливаться на античных теориях сколько-нибудь подробно, но все же хотим указать на ряд моментов общего характера. История становления современной науки, истоки которой можно отнести к той далекой от нас эпохе, вообще необычайно интересна. Великие ученые и философы древности Платон, Аристотель, Пифагор, Архимед, Аполлоний, Гиппарх, Птолемей и др. оставили неизгладимый след в развитии науки, хотя они во многом и заблуждались. Но истина почти никогда не достигается сразу. Путь к ней обычно сопровождается ошибками и заблуждениями. Ученые же античных времен, действительно, искали истину, стараясь понять великую книгу Природы, но обладая весьма слабыми техническими возможностями. Античная наука и культура представляют собой в истории человечества удивительное явление. Поражает разнообразие научных и философских течений и идей, исключительная интенсивность и высокий уровень научной и культурной жизни, не идущий ни в какое сравнение с уровнем технического развития в ту эпоху. Астрономы древней Греции могли предсказывать на целый ряд лет вперед моменты наступления солнечных и лунных затмений с точностью до нескольких дней, вычислять заранее положения планет на небе с точностью до 20- 30 минут дуги и т. д. Но вместе с тем их основные теоретические схемы были все же далекими от картины реальных движений Солнца, Луны и планет в пространстве. Они опирались на ложные принципы, вытекающие из непосредственного ощущения неподвижности Земли, из общепринятых тогда философских воззрений Платона и Аристотеля, из религиозных верований.
а) Земля - неподвижный центр мира, а все звезды, планеты, в том числе Солнце и Луна, движутся вокруг Земли, так что все наблюдаемые движения этих светил - это реальные движения.
б) небесным светилам свойственны только наиболее совершенные движения, какими считались равномерные круговые движения (постулаты Платона и Аристотеля). Поэтому принималось как очевидное, что, действительно, существует физически реальная небесная сфера, к которой прикреплены звезды и которая равномерно вращается вокруг Земли.
В отношении планет, Луны, Солнца дело обстояло сложнее. Видимые движения этих небесных светил мало соответствуют равномерным круговым движениям вокруг Земли. Даже Солнце обнаруживает неравномерное видимое перемещение по эклиптике: наиболее быстрое, 30,6° за 30 дней в январе (по современному календарю) и наиболее медленное, 28,6° за 30 дней в июле. Древнегреческие же ученые старались всегда согласовать свои Теоретические схемы с данными наблюдений, т. е. найти для наблюдаемых движений светил как можно более хорошее теоретическое объяснение. Это называлось "спасти явление" (выражение, приписываемое Платону). Поэтому пришлось допустить, что движение Солнца, Луны, планет не представляют собой равномерных круговых движений в чистом, так сказать, виде, а получаются как комбинации таких движений. Аристотель (III в. до н. э.), следуя астрономам Евдоксу и Калиппу, считал, что существует система концентрических сфер с центром в Земле и соединенных с планетами, и каждая из этих сфер вращается равномерно, но со своей скоростью и вокруг своей оси. При этом Аристотель рассматривал все сферы как реальные физические объекты. Такая схема была наиболее последовательной с точки зрения философии того времени, но выглядела она весьма громоздкой. Кроме того, она оставляла неясным, с помощью какого механизма происходит передача вращения одних сфер к другим и каким образом возникает комбинированное движение планет. Многие древнегреческие астрономы придерживались других схем, имеющих не столько физический, сколько геометрический смысл, и позволяющих вычислять пути и положения планет на небе. Математически наиболее солидной v подводящей как бы итог подобным схемам явилась теория движения планет Птолемея (II в. н. э.). Основной элемент в его теории - схема деферента и эпицикла, предлагавшаяся античными астрономами еще раньше. По этой схеме планета обращается равномерно по окружности, называемой эпициклом, а центр эпицикла движется в свою очередь равномерно по другой окружности, называемой деферентом и имеющей центром Землю

Птолемей уточнил эти схемы, введя так называемые эксцентр и эквант. Схема эксцентра заключается в том, что центр эпицикла вращается равномерно не по деференту, а по окружности, центр которого. смещен по отношению к Земле. Эта окружность и называется эксцентром. По схеме экванта центр эпицикла движется по эксцентру неравномерно, но так, что это движение выглядит равномерным, если наблюдать из некоторой точки. Эта точка, а также любая окружность с центром в этой точке, называется эквантом. Путем подбора для каждой планеты, Солнца и Луны деферента, эпицикла, эксцентра или экванта, скоростей движения по ним, наклона их плоскостей друг к другу оказалось возможным не только объяснить общие закономерности перемещений светил, но и вычислять довольно просто и точно положения планет, Солнца и Луны на тот или иной момент времени. По данным Птолемея расхождения его теории движений Луны с наблюдаемыми положениями Луны не превышали, как правило, 10-20'. Если проанализировать птолемеевы теории планет, то можно прийти к тому удивительному выводу, что при наиболее удачном выборе деферентов, эпициклов, эквантов эти теории с точки зрения вычисления положений планет лишь незначительно расходятся с современной теорией эллиптического, невозмущенного движения планет вокруг Солнца. Наибольшие расхождения между положениями планеты на небесной сфере, вычисляемыми по теории эллиптического движения и по птолемеевым теориям, составляют в случае Меркурия и Марса около 20 -30', а в случае Юпитера и Сатурна около 2—3'. В случае Солнца может быть достигнута поразительная точность (±15"). При наблюдениях же в античные времена положения светил определялись с точностью до 10 — 20', так что потенциальная точность теории Птолемея была более чем достаточной.
Перелистывая страницы истории древнегреческой науки, мы встречаемся также и с гелиоцентрическими идеями. Филолай (V в. до н. э.), последователь Пифагора, высказывался о том, что Земля и все планеты вместе с Солнцем движутся вокруг центрального огня. Гикетас (V в. до н. э.) и Гераклид Понтийский (IV в. до н. э.) допускали вращение Земли, объясняя именно таким путем видимое суточное вращение небесной сферы. В системе мира, предлагавшейся Аристархом Самосским (III в. до н. э,) и Селевком (II в. до н- э.), Земля вращается вокруг своей оси и вместе со всеми планетами движется вокруг Солнца. Однако это были лишь общие идеи, лишенные конкретных теоретических вычислений траекторий планет и, кроме того, противоречащие философии того времени и религиозной вере. Архимед писал, что Аристарха Самосского обвиняли в безбожии и беззаконии. Если ко всему этому добавить, что идеи о движении Земли явно противоречат обыденным представлениям людей, то становится понятным, по чему эти гениальные догадки не сыграли какой-либо заметной роли в античной науке. После Селевка никто из ученых древности к таким мыслям не возвращался. Геоцентрические идеи Аристотеля, Птолемея пользовались абсолютным авторитетом. Теория Птолемея была все же большим достижением, Надо также подчеркнуть, что Птолемей не приписывал физической реальности своим деферентам и эпициклам и рассматривал их как элементы чисто геометрической схемы позволяющей «спасти явление». Кроме того, хотя его теория исходила из общего геоцентрического принципа, ее конкретные детали указывали на такую связь между движениями Солнца и всех планет , что по существу до построения геометрической гелиоцентрической схемы оставался лишь небольшой шаг. Можно высказать предположение, что npи естественном развитии античной науки этот шаг мог был сделан довольно скоро. Но древние астрономы не успели его сделать. История отложила этот шаг на 14 веков. Теория Птолемея оказалась последним достижением древней астрономии. Хотя во II в. н. э. античный мир его наука и культура переживали период расцвета, уже приближалось время их гибели, вызванной непосредственно, если говорить кратко, кризисом всей Римской империи как рабовладельческого государства и ее падением под ударами варваров (северо-германских, сарматских и других племен) После III-IV вв. вся античнaя наука была предана забвению на долгие долгие времена. Над Европой опустилась мрачная ночь средневековья, где царили невжество и религиозный фанатизм.
Наблюдательная астрономия возродилась только в VIII в. в Арабском государстве (Халифате), образовавшемся на огромных пространствах Ближнего и Среднего Востока и на бывших территориях Римской империи в Северной Африке и Испании. Караваны и корабли арабских купцов нуждались в способах ориентации в пустынях и в океане, магометанские обряды требовали определения в любом месте направления на Мекку и строгого соблюдения лунного календаря. Особенности характера восточных народов создали благоприятную почву для расцвета астрологии — лженауки, которая приписывала себе возможность предсказания будущего по расположениям звезд и планет. Все это требовало наблюдения небесных светил, изучения их видимых движений. Астрономия становится любимой наукой арабов. Они переводят и изучают сочинения древнегреческих ученых, в частности, Аристотеля и Птолемея. Правда, арабы проявили меньше любознательности и стремления к познанию мира, чем древние греки. Основное внимание они уделили практике наблюдений и методам вычислений. Был построен ряд крупных обсерваторий с огромными и тщательно изготовленными инструментами (квадрантами, секстантами и др.), что позволило значительно увеличить точность наблюдений. На обсерваториях велись регулярные наблюдения и записи этих наблюдений, т. е. записи наблюдаемых положений светил на небе. Арабские астрономы уточнили многие данные о видимых движениях светил. Например, они уточнили положение эклиптики на небесной сфере, длину года, обнаружили новые особенности в движении Луны и т. д. Что касается вычислений, то именно арабам принадлежит заслуга создания современной цифровой системы, основ алгебры, тригонометрии, сферической астрономии. Однако в теорию движения планет они не внесли ничего принципиально нового. Как общей системе мира они отдали предпочтение системе Аристотеля, т. е. системе физически реальных концентрических сфер, но только несколько изменили ее и усложнили. Вместе с тем для практических вычислений положений планет они использовали систему Птолемея, рассматривая ее не как физическую реальность, а лишь как удобную расчетную схему. Арабский философ Аверроэс (XII в.) говорил: «Астрономия Птолемея ничтожна в отношении существующего, но она удобна, чтобы вычислять то, чего не существует». Только к XI—XII вв. начинается пробуждение в Европе. Там распространяется благодаря соседству с Испанией, находящейся в руках арабов, слава об арабской науке. Появляются переводы сочинений арабских и древнегреческих ученых (вторичные переводы с арабских переводов), в частности, Аристотеля и Птолемея. В XIII в. король Альфонс Х собрал в Испании, отвоеванной у арабов, группу ученых и организовал в Толедо как бы астрономический центр. Однако в теории движения планет нового ничего пока не появилось. Благодатную почву нашли в Европе научные взгляды и система мира Аристотеля, укладывающиеся в рамки христианской религии. Аристотель стал считаться наивысшим и абсолютным научным авторитетом. Вместе с тем при практических вычислениях астрономы опирались на схемы Птолемея. Возникла двойственная ситуация, та же, с которой мирилась арабская астрономия, но которая не устраивала европейских ученых и философов. Уже с конца XIII в. они проявляют беспокойство по поводу противоречий между системами Аристотеля и Птолемея, Ими движет, как и древними греками, желание выяснить реальный смысл наблюдаемых небесных движений, понять и познать мир. В XIV в. после периода единодушного преклонения перед Аристотелем наступает разочарование в системе его взглядов, с одной стороны, теологи, внимательно изучая его сочинения, обнаружили ряд положений, явно противоречащих христианскому вероучению. Например, по Аристотелю мир не имел начала и не будет иметь конца и не было начала у человеческого рода. Это противоречило догмату о сотворении мира и человека богом. Аристотель утверждал о невозможности существования пустоты в пространстве, а согласно общему мнению теологов пустоты допустимы внутри мира, их создание подвластно богу. С учения Аристотеля был снят, таким образом, ореол абсолютной истинности. Церковь нашла все же в дальнейшем пути примирения с Аристотелем. Теологи изобрели учение о том, что истина двойственна, что существует отдельно богословская и отдельно философская истина. Тем самым научный авторитет Аристотеля был сохранен для церкви. Более существенными оказались возражения ученых Была обнаружена несостоятельность физики и механики Аристотеля. По Аристотелю движение тела продолжаетеся до тех пор, пока действует внешняя сила, причем следует рассматривать не только движущую силу, но и сопротивление. Аристотель считал, что скорость тела пропорциональна отношению движущей силы к сопротивлению и что там, где нет сопротивления, не может быть движения с конечной скоростью; если бы существовала пустота и тело было помещено в нее, то оно падало бы мгновенно, так как отсутствовало бы сопротивление. Аристотель не нашел удовлетворительного объяснения ускоренного падения тяжелых тел на Землю с некоторй высоты. Он считал, что при падении тела увеличивается его вес, так как тело все более приближается к центру Земли, а уже увеличение веса приводит к росту скорости падения. Наиболее странными были взгляды Аристотеля на причину самого движения падающих или бросаемых вверх тел. Он считал, что именно воздух является как бы мотором, движущим тело как вверх, так и вниз. По Аристотелю это происходит так: тело в самом начале оказывает давление на воздух, тот сжимается, приобретает быстро распространяющиеся колебания и увлекает за собой тело. В XIV в. против этих и некоторых других -утверждений Аристотеля, считавшихся некогда непреложной истиной, решительно выступил ряд французских ученых: Жан Буридан, Альберт Сакс и др. Они положили начало новым взглядам в механике, которые привели в конце концов к современной механике. А именно, появляются первые идеи о законе инерции, о начальном импульсе, или количестве движения, связываемых с понятием массы тела. Жан Буридан четко высказывался о том, что тело, брошенное в воздух вверх или по горизонтали, движется благодаря первичному импульсу, который был сообщен телу орудием бросания. При этом, чтобы придать одинаковую скорость разным телам, надо сообщять первичный импульс, пропорциональный их массам; после того как тело приведено в движение, нет нужды в дополнительном «моторе», достаточен импульс, который тело получило. Буридан также считал, что законы движения небесных тел и тел на Земле одни и те же и что движение небесных тел по орбитам обязано первичному импульсу. Это были семена цветов, которые взошли позднее, при Ньютоне. В результате все здание философии, физики, астрономии Аристотеля стало в XIV в. разрушаться, во всяком случае в глазах ученых. Система мира Аристотеля в виде концентрических материальных сфер была окончательно отброшена. Система же Птолемея осталась. Она удовлетворяла практике наблюдений, была достаточно проста. Она была, по существу, чисто геометрической и стояла в стороне от дискуссий о ризике движений. Единственный физический принцип, который лежал в ее основе,—это принцип геоцентризма, т. е. неподвижности Земли. Но на этот принцип еще никто не поднимал руку. Гениальные догадки Филолая и других античных ученых о движении Земли были погребены в глубине веков, и астрономы о них не вспоминали. Так миновал XV век, начался век. Правда, в середине XV в. великий итальянский ученый Леонардо да Bинчи и итальянский кардинал Николай Кузанский высказывали мысли о том, что Земля не является центром мира, но у нас нет сведений, что они вызвали какой-либо отклик. Возможно, это случилось потому, что Италия являлась одновременно и центром огромного культурного подъема, знаменовавшего начало эпохи Возрождения, и европейским центром католической религии, подавлявшей любую живую мысль, если только она противостояла религиозной вере. В этом отцы церкви преуспели. Поэтому не удивительно и то, что в XV в. в Италии появились идеи, лишающие Землю своего привилегированного положения в мире, и то, что они не имели здесь продолжения. По-видимому, этим можно также объяснить, что именно в Италии разыгрались позднее наиболее драматические и даже трагические события, связанные со становлением новой системы мира.


При любом использовании материалов сайта, гиперссылка (hyperlink) на http://astro.wx1.ru/ обязательна.
Кравцов Виктор © 2007-2010