История развития астрономии

Астрономия - наиболее древняя среди естественных наук. Она была высоко развита вавилонянами и греками - гораздо больше, нежели физика, химия и техника. В древности и средние века не одно только чисто научное любопытство побуждало производить вычисления, копирование, исправления астрономических таблиц, но прежде всего тот факт, что они были необходимы для астрологии. Вкладывая большие суммы в построение обсерваторий и точных инструментов, власть имущие ожидали отдачи не только в виде славы покровителей науки, но также в виде астрологических предсказаний. Сохранилось лишь очень небольшое число книг тех времен, свидетельствующих о чисто теоретическом интересе учёных к астрономии; большинство книг не содержит ни наблюдений, ни теории, а лишь таблицы и правила их использования. Одно из немногих исключений - "Альмагест" Птолемея, написавшего, однако, также и астрологическое руководство "Тетрабиблос".

Вавилон

Жрецы-вавилоняне оставили множество астрономических таблиц. Они же выделили основные созвездия и зодиак, ввели деление полного угла на 360°, развили тригонометрию.

Во II тыс. до н. э. у шумеров появился лунный календарь, усовершенствованный в I тыс. до н. э. Год состоял из 12 синодических месяцев (промежуток времени между двумя последовательными одинаковыми фазами Луны)  — шесть по 29 дней и шесть по 30 дней, всего 354 дня. Сначала для согласования с солнечным годом (продолжительность которого они определили в   дней) делали вставку 13-го месяца, но потом перестали это делать.

Обработав свои таблицы наблюдений, жрецы открыли многие законы движения планет, Луны и Солнца, смогли предсказывать  затмения. В 450 году до н. э. вавилоняне уже знали «метонов цикл» (235 месяцев с большой точностью совпадают с 19 солнечными годами). Впрочем, китайцы открыли его ещё раньше.

Вероятно, именно в Вавилоне появилась  семидневная неделя (каждый день был  посвящён одному из 7 светил).

Египет

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.

Недель сначала не было, месяц делился на 3 декады.  Позже под влиянием Вавилона появилась семидневная неделя. Сутки делились на 24 часа, которые сначала были неравными (отдельно для светлого и тёмного времени суток), но в конце IV века до н. э. приобрели современный вид.

Астрология появилась не в Египте (по общему мнению историков, в Месопотамии), но гадание по Луне и планетам использовалось там весьма широко.

Египетская система мира, по описанию Гераклида Понтийского (IV век до н. э.), была геоцентрической, но Меркурий и Венера обращаются вокруг Солнца (хотя вместе с ним — и вокруг Земли). 

Египтяне делили небо на созвездия. Свидетельством этого могут  служить упоминания в текстах, а  также рисунки на потолках храмов и гробниц. Всего созвездий в Древнем Египте было известно 45. 

Китай

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. Обсерватории появились в XII веке до н. э. Но гораздо раньше китайские астрологи прилежно регистрировали все необычные события на небе (затмения, кометы — «звёзды-метлы», метеорные потоки, новые звёзды). Первая запись о появлении кометы относится к 631 г. до н. э., о лунном затмении — к 1137 г. до н. э., о солнечном — к 1328 году до н. э., первый метеорный поток описан в 687 г. до н. э.

Из других достижений китайской  астрономии стоит отметить правильное объяснение причины солнечных и лунных затмений, открытие неравномерности движения Луны, измерение сидерического периода (промежуток времени, в течение которого какое-либо небесное тело-спутник совершает вокруг главного тела полный оборот относительно звёзд) сначала для Юпитера (12 лет, точное значение: 11.86), а с III века до н. э. — и для всех прочих планет, как сидерические, так и синодические(промежуток времени между двумя последовательными соединениями Луны или какой-нибудь планеты Солнечной системы с Солнцем при наблюдении за ними с Земли), с хорошей точностью.

Календарей в Китае было множество. К VI веку до н. э. был открыт метонов цикл (промежуток времени в 6939 дней 14 часов 15 минут, служащий для согласования продолжительности лунного месяца и солнечного года в лунно-солнечном календаре) и утвердился лунно-солнечный календарь. Начало года — день зимнего солнцестояния, начало месяца — новолуние. Сутки делились на 12 часов (названия которых использовались и как названия месяцев) или на 100 частей.

Календарные реформы в Китае  проводились постоянно. Годы объединялись в 60-летний цикл: каждый год посвящался одному из 12 животных (Зодиака) и одной из 5 стихий: вода, огонь, металл, дерево, земля. 

Индия

У индийцев заметных успехов  в астрономии — в отличие от математики — не было. В V веке н. э. астроном и математик Ариабхата высказал догадку, что планеты вращаются вокруг своей оси. Он также правильно объяснил причины солнечных и лунных затмений и предсказал несколько предстоящих затмений. 

Империя инков

Инкская астрономия непосредственно  связана с космологией и мифологией. Инки знали различие между звёздами и планетами. Точно известно, что  они наблюдали Венеру, Юпитер и  Сатурн. Полагают, что астрономам инков  были известны Галилеевы спутники Юпитера и обусловленная атмосферой нечёткость краёв диска Венеры.

Греция

Первоначально знания были неглубоки — например, утренняя и вечерняя Венера считались разными светилами (Фосфор и Геспер). Исправление ошибки «раздвоения Венеры» приписывают Пифагору и Пармениду.

Платон, ученик Сократа, не сомневался в шарообразности Земли (даже Демокрит считал её диском). По Платону, Космос не вечен, так как всё, что ощущается, есть вещь, а вещи старятся и умирают. Более того, само Время родилось вместе с Космосом. Далеко идущие последствия имел призыв Платона к астрономам разложить неравномерные движения светил на «совершенные» движения по окружностям^.

Птолемей выдвинул геоцетрическую систему мира - представление об устройстве мироздания, согласно которому центральное положение во Вселенной занимает неподвижная Земля, вокруг которой вращаются Солнце, Луна, планеты и звёзды. Лишь к XVI веку стало ясно, что система Птолемея неадекватна и приводит к недопустимо большим расчётным ошибкам. Николай Коперник стал первым, кто предложил детально проработанную альтернативу, причём основанную на совершенно иной модели мира.

Главный труд Коперника — «О вращении небесных сфер» (лат. De Revolutionibus Orbium Coelestium) — был в основном завершён в 1530 году, но только перед смертью Коперник решился опубликовать его. Впрочем, в 1503—1512 годах Коперник распространял среди друзей рукописный конспект своей теории («Малый комментарий о гипотезах, относящихся к небесным движениям»), а его ученик Ретик опубликовал ясное изложение гелиоцентрической системы в 1539 году. По-видимому, слухи о новой теории широко разошлись уже в 1520-х годах.

С гелиоцентрических позиций  Коперник без труда объясняет  возвратное движение планет. Далее приводится тот же материал, что и у Птолемея, лишь немного уточнённый: сферическая тригонометрия, звёздный каталог, теория движения Солнца и Луны, оценка их размеров и расстояния до них, теория прецессии (явление, при котором момент импульса тела меняет своё направление в пространстве под действием момента внешней силы) и затмений. Систему Коперника с энтузиазмом принял Галилео Галилей.

Изобретение телескопа. Галилей

Шлифованные стеклянные линзы были известны ещё вавилонянам; наиболее древняя из найденных при раскопках  линз относится к 2500 году до н. э. В 1608 году в Голландии была изобретена зрительная труба; узнав об этом летом 1609 года, Галилей самостоятельно построил значительно усовершенствованный её вариант, создав первый в мире телескоп-рефрактор (оптический телескоп, в котором для собирания света используется система линз, называемая объективом. Работа таких телескопов обусловлена явлением рефракции (преломления).). Увеличение телескопа сначала было трёхкратным, позднее Галилей довёл его до 32-кратного.

Оказалось, что Млечный путь состоит из скоплений отдельных звёзд, что на Луне есть горы (высотой до 7 км, что близко к истине) и впадины, на Солнце есть пятна, а у Юпитера — спутники (термин «спутник» ввёл позже Кеплер). Особенно важным было открытие, что Венера имеет фазы.

Галилей обнаружил у Сатурна выступы, которые принял за два спутника. Потом выступы исчезли (кольцо повернулось), Галилей посчитал своё наблюдение иллюзией и не возвращался более к этой теме; кольцо Сатурна открыл в 1656 году Христиан Гюйгенс.

Эллипсы Кеплера Галилей не принял, продолжая верить в круговые орбиты планет. Причиной этого, возможно, стало чрезмерное увлечение Кеплера мистической нумерологией и «мировой гармонией». Лично Кеплера он высоко ценил и вёл с ним оживлённую переписку, однако нигде в своих работах о нём не упоминал.

Изображение в телескопе Галилея  было не очень чётким, по этой и по другим причинам сообщение об открытиях Галилея вызвало у многих недоверие и даже насмешки. Галилея также, что было куда неприятнее, обвинили в ереси. Он неоднократно был вынужден ездить в Рим, лично и письменно объясняться с высшим духовенством и инквизицией.

• 1647 год — Ян Гевелий составил подробную карту Луны.
• 1655 год — 25 марта Христиан Гюйгенс открывает спутник Сатурна Титан. А в следующем году — кольца Сатурна.
• 1665 год — открытие на Юпитере Красного пятна (Кассини, Гук). Измерен период обращения Юпитера (а в 1666 году — и Марса) вокруг своей оси (Кассини).
• 1687 год — Ньютон изобрёл зеркальный телескоп-рефлектор; имея небольшие размеры, он давал значительное увеличение и отличное чёткое изображение.

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. Гершель открыл седьмую планету — Уран (1781 год) и его спутники (1787 год), вращающиеся «не в ту сторону» (1797 год), несколько спутников Сатурна, обнаружил сезонные изменения полярных шапок Марса, объяснил полосы и пятна на Юпитере как облака, измерил период вращения Сатурна и его колец (1790 год). Он открыл, что вся Солнечная система движется по направлению к созвездию Геркулеса (1783 год), при изучении спектра Солнца открыл инфракрасные лучи (1800 год), установил корреляцию солнечной активности (по числу пятен) и земных процессов — например, урожая пшеницы и цен на неё. Но главным его занятием за все тридцать лет наблюдений было исследование звёздных миров.

Он зарегистрировал свыше 2500 новых туманностей. Среди них были двойные и кратные; некоторые были соединены перемычками, что Гершель истолковал как формирование новых звёздных систем. Впрочем, тогда на это открытие не обратили внимания; взаимодействующие галактики были переоткрыты уже в XX веке.

Почти все открытые им туманности были галактиками, но по существу Гершель  был прав — процесс звездообразования происходит и в наши дни.

• 1802 год — В. Волластон (Англия) изобретает щелевой спектроскоп. В спектре Солнца обнаружены 7 тёмных линий.
• 1814—1815 — Йозеф Фраунгофер обнаруживает 576 тёмных линий в спектре Солнца. Лабораторная линия натрия совпала с тёмной солнечной. Вскоре появляется спектральный анализ.
• 1834 год — немецкий астроном Фридрих Вильгельм Бессель доказывает отсутствие атмосферы на Луне (нет рефракции у края лунного диска).
• 1837 год — основатель Пулковской обсерватории Василий Струве обнаружил годичный параллакс (изменение видимого положения объекта относительно удалённого фона в зависимости от положения наблюдателя) у звезды (0,12" у Веги). До конца XIX века было измерено около полусотни звёздных параллаксов.
• 1839—1840 — в астрономии начинает применяться фотография (Луи Дагер и Доминик Араго получили снимки Луны).
• 1842 год — получены фотографии Солнца,
• 1908 год — у первого внеземного объекта — Солнца — обнаружено магнитное поле (Джордж Хейл).
• 1918 год — модель Харлоу Шепли о структуре Галактики, выведенная из наблюдений; правильно определены диаметр и положение центра; неожиданно для всех выяснилось, что Солнце находится на краю Галактики.
• 1919 год — создание Международного астрономического союза.
• 1925—1934 — открытие углекислого газа на Венере (Адамс, Сент-Джон и Данхем, США).
• 1926—1927 — на основе анализа движения звёзд Бертил Линдблад и Ян Оорт устанавливают вращение Галактики.
• 1929 год — установлен закон Хаббла.
• 1957 год — Запуск искусственных спутников Земли, начало космической эры. Появилась возможность создания космических лабораторий.
• 1961 год — первый полёт человека в космос.
• 1974 год — сенсационный вывод Стивена Хокинга о возможности «испарения» чёрных дыр.