Вклад средневековых арабских ученых в развитие астрономии
advertisement
Ни одно животное не станет смотреть вверх... Только это нелепое создание - человек - тратит время попусту, глазея на небо. Г.Уэллс Самая древняя наука • Величественна картина звёздного неба. Тысячи звёзд, мерцая и переливаясь, манят к себе любознательные умы. Человек пытался и пытается осмыслить, какое место он занимает во Вселенной, что такое этот мир, как он устроен, всегда ли существовал и если нет, то возник ли сам или создан богами. • Тысячелетиями ночуя у костра и глядя на небо, человек усвоил, что от вечера к вечеру звёзды остаются одними и теми же и не меняют взаимного расположения. • 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 па ночном небе определенных звезд. • Дальнейшее развитие человеческого общества вызвало потребность в измерении времени и в летосчислении (составлении календарей). • 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. Историю астрономии можно разделить на три периода: древнейший, классический, современный История развития астрономии • В конце каменного века (VI -III тысячелетия до н. э.) вблизи великих рек: Нила, Тигра и Евфрата появились земледельческие племена. • В тех местах и зародились древние цивилизации. • Наблюдения за небом стало здесь важнейшим делом для жрецов. • Таким образом, задолго до того как человек научился ориентироваться на Земле и создал географию, он уже ориентировался во Вселенной, создав ее первые модели. • Так возникла астрономия - древнейшая из наук. • Археологами найдены обсерватории каменного века повсюду - в Европе, Азии, Америке, Африке. Многие из них обладают очень сходными чертами. Это позволяет думать, что развитие астрономических представлений у разных народов шло близкими путями. • Древние храмы обычно имели в плане форму круга, что напоминало Солнце, которое было не только богом, но и первым надёжным ориентиром в каменном веке. Форму круга выкладывали из камней, в центре возвышался вертикально поставленный высокий камень или группа камней, расположенных к сторонам горизонта. Такие камни были одновременно и первыми часами, и компасом, и календарём. • Археологи нашли довольно много каменных сооружений такого типа. Их называют мегалиты. • Наиболее древним в Европе мегалитическим памятником, который связан с астрономией, считается Нью - Грейндж. • Он был найден в Ирландии. • Ньюгрейндж был храмом Солнца и времени. • В его функции входило лишь одна астрономическая операция: определение начала года, которое его строители связывали с 21 декабря. • Широко известен и знаменит загадочный Стоунхендж. Это не только храм Солнца, но и календарь. Количество камней в одном из кругов - 30 - равно числу дней в лунном месяце, а если его умножить на 12, т. е. на число месяцев, то получится 360, соответствующее количеству дней в древнем солнечном году. • • • Звёздная наука страны пирамид Примерно за четыре тысячелетия до новой эры в долине Нила возникла одна из древнейших на Земле цивилизаций египетская. В Египте существовал лунный календарь из 12 месяцев по 29 или 30 дней - от новолуния до новолуния. Чтобы его месяцы соответствовали сезонам года, раз в два - три года приходилось добавлять тринадцатый месяц. Такой календарь с нерегулярным добавлением месяца плохо подходил для государства, где существовали строгий учёт и порядок. Поэтому для административных и гражданских нужд был введён схематический календарь. В нём год делился на 12 месяцев по 30 дней с добавлением в конце года дополнительных пяти дней, т.е. содержал ровно 365 дней. Египтяне знали, что истинный год на четверть дня больше, чем введённый, и достаточно добавить в каждом четвёртом, високосном, году вместо пяти дополнительных дней шесть, чтобы согласовать его с сезонами. Но этого сделано не было, так как даже греческим царям из династии Птолемеев не удалось преодолеть силу традиций.. Изображения календарей древних египтян Египетский календарь Астрономия в Древнем Египте Планеты египтянам были известны с давних времён. Египетские жрецы рано смогли разделить их на две группы. Верхние планеты, которые можно наблюдать в противостоянии Солнцу, считались воплощениями бога Хора. Так, Юпитер назывался «Хор, который освещает обе Земли», Сатурн — «Хор — бык небес», а Марс — «Красный Хор». Каждую из нижних планет, которые видны то утром, то вечером, египтяне, видимо, уже с середины II тысячелетия до н. э. знали как одно светило. Древнее название Венеры переводится как «Пересекатель», т. е. звезда, пересекающая путь Солнца. О Меркурии говорилось как о боге вечерних и утренних сумерек Астрономия в Китае • • • • В представлении китайцев Небо и Земля были тесно связаны. Небом правит Бог, а страной — император (Сын Неба). Поэтому страна звалась еще Поднебесной (Тянься). Если на Небе что-то не так, значит, и на Земле будет какой-то беспорядок. Отсюда следовало, что за движением небесных светил надо следить и вовремя докладывать императору. Придворные астрономы должны были вести наблюдения и предупреждать о необычных явлениях. Нерадивость наказывалась. Известен случай с астрономами Хи и Хо. Они якобы вели беспечную жизнь и не сумели предсказать солнечное затмение. За это их обезглавили. Речь шла о затмении 22 октября 2137г. до н. э. Самым важным достижением древней китайской астрономии было создание календаря. Первые упоминания о нём относятся к III тысячелетию до н. э. Сначала календарь был лунный. За 600 лет до н. э. был введён солнечнолунный календарь. В быту же применялся циклический календарь. В нём годы объединены в циклы по 60 лет. Знаки 12 животных служили для обозначения «земных ветвей» цикла. Этот календарь и сейчас используется в Восточной и Юго-Восточной Азии. Он учитывает полный оборот Юпитера по небесной сфере примерно за 12 лет (11,86). За основу более значительного цикла принято 60 лет, т. е. приблизительно два оборота по небесной сфере Сатурна (29,58 года). За это время Юпитер совершает около 5 оборотов. В 60-летнем цикле каждое животное встречается 5 раз (раз в 12 лет), а для различия годов служит цветовая символика. Новый год приходится на январское или февральское новолуние (в промежутке от 21 января до 20 февраля). Циклический календарь существует свыше 2600 лет — это самая древняя в мире система летосчисления. Астрономия в Китае • • • • • • Развитие календаря связано с выдающимся астрономом Чжан Хэном (78—139). Ему также принадлежит труд «Строение Вселенной», где говорится, что только в северном полушарии неба находится 2500 звёзд, расположенных в 124 созвездиях. Чжан Хэн создал армиллярную сферу, с помощью которой определялись экваториальные координаты светил. Самый древний каталог звёзд относится к 360 г. до н. э. Его составил Ши Шень. В списке 122 созвездия с 809 звёздами. К сожалению, на звёздных картах все звёзды показаны одинаковыми точками независимо от их блеска, и их трудно отождествить. В Древнем Китае было много изобретений, среди них — гномон, компас, солнечные и водяные часы и др. Гномон использовался для определения наклона экватора к эклиптике. Ценными для науки оказались китайские летописи, в которых сообщалось о солнечных и лунных затмениях, появлении комет, вспышках новых звёзд, солнечных пятнах и т. д. Например, в 1302 г. до н. э. описано наблюдение протуберанцев во время солнечного затмения. Или отмечено появление комет в 989, 1066, 1145 и 1301 гг. (это была комета Галлея, как выяснилось позднее). Наконец, наблюдалась вспышка сверхновой звезды в Тельце в 1054 г. Описание этого явления, породившего Крабовидную туманность, найдено только в китайских летописях: звезда-«гостья» появилась в июне 1054 г. Она была видна даже днём и исчезла через два года — в 1056 г. Наблюдались вспышки и других звёзд. Нужно отметить, что в тот период, кроме китайцев, никто не вёл астрономические наблюдения. В Средние века и позднее китайская астрономия начала испытывать влияние европейской цивилизации. Она перестала быть изолированной. Астрономия в Древней Греции • 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. Астрономия в Древней Греции • • Еще в 340г. до н. э. греческий философ Аристотель в своей книге “О небе” приводил резкие доводы в пользу того, что Земля не плоская тарелка, а круглый шар. Шарообразность Земли Аристотель обосновал тем, что во время лунных затмений Земля отбрасывает на поверхность нашего спутника круглую тень. Это доказательство совершенно справедливо, его и теперь приводят в учебниках географии и астрономии. То, что Земля – шар, греческий философ доказывал еще и по-другому и тоже правильно. Он говорил, что во время дальних путешествий звезды, расположенные низко над горизонтом, исчезают под ним, скрытые выпуклостью Земли, зато с другой стороны появляются новые, до того не видные. Это было бы невозможно, если Земля была плоская: путник всегда видел бы одни и те же звезды. • • • • • Аристотель считал, что вокруг Земли, как неподвижного центра мироздания, вращаются твердые прозрачные сферы, к которым прикреплены Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн. На восьмой сфере он поместил все звезды. В те времена нелегко было допустить, чтобы сферы вращались вокруг Земли сами собой, и Аристотель вышел из трудного положения так. Придумав девятую сферу, самую дальнюю, Аристотель назвал ее “перводвигателем”. Этот своего рода “небесный мотор” и вращал остальные сферы. Система мира Аристотеля относится к числу геоцентрических, то есть таких, где центром Вселенной считается Земля (по-гречески “геос”). Сейчас, в наше просвещенное время, мы читаем о системе Аристотеля с улыбкой, его рассуждения кажутся наивными. Но тогда, в его эпоху, она сыграла большую роль. Ведь она выкинула из мироздания богов, низвергла их с Олимпа. Солнце стало светилом, обходящим Землю по законам природы, а не огненной колесницей бога Гелиоса, на которой мог прокатиться своевольный мальчишка Фаэтон. А если не стало Гелиоса, то нельзя было верить в Зевса, Афину и других богов. Жрецы это прекрасно поняли и обрушили свой гнев на Аристотеля. Они обвинили его в безбожии, изгнали на старости лет из родного города. Александра Македонского, который мог бы заступиться за ученого, уже не было в живых. Аристотель умер на чужбине. Он стал жертвой своих передовых научных взглядов. • • • • • Клавдий Птолемей (100-165 гг. н.э.) попытался создать теорию видимого движения Солнца, Луны и планет. На основе каталога Гиппарха, собственных наблюдений и физики Аристотеля, разработал самую подробную и популярную геоцентрическую систему мира, определявшую космологические представления ученых на протяжение 1500 лет. Труд Птолемея "Великое математическое построение астрономии" ("Альмагест") в 13 книгах стал научной энциклопедией древности и средних веков. По теории Птолемея: 1) Земля неподвижна и находится в центре мира; 2) планеты вращаются по строго круговым орбитам; 3) движение планет равномерно. • 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-Баттани (850929 гг.), Бируни (973-1048 гг.), Улугбека (13941449 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. Первая революция в астрономии • Первая революция в астрономии произошла в различных регионах мира в разное время в промежутке между 1,5 тыс. лет до н.э. и II век н.э. и была обусловлена прогрессом математических знаний. Главными ее достижениями стало создание сферической астрономии и астрометрии, универсальных точных календарей и геоцентрической теории, ставшей итогом развития астрономии античного мира и способствовавшей формированию формально-логического мышления и схоластического мировоззрения. • К началу XVI века прогресс научно-технических знаний сократил разрыв в степени развития астрономии и других естественных наук. Уровень знаний об окружающем мире стал выше уровня знаний почти не развивавшейся с начала нашей эры астрономии и перестал вписываться в прежние космологические рамки. Потребность приведения в единую систему всей суммы накопленных знаний вместе с первым мощным влиянием физики на астрономию - изобретением телескопа – привела к краху схоластического мышления и торжеству гелиоцентрической теории. 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. Вторая революция в астрономии Вторая революция в астрономии (XVI-XVII вв.) была обусловлена прогрессом знаний о природе, в первую очередь физических, и сама стимулировала первую революцию естественных наук в XVII-XVIII веках. Для науки того времени характерна теснейшая связь между астрономией и физикой. Все великие физики того времени были астрономами, и наоборот; законы и теории физики выводились и проверялись на основе результатов астрономических наблюдений. Астрономические явления и свойства небесных объектов объяснялись на основе физических знаний. В астрономии стало исследоваться не только видимое расположение, размеры и перемещение небесных светил, но и некоторые физические характеристики: движение, размеры и масса небесных тел. Установление единства законов природы для всей Вселенной, создание классической механики Ньютона и теории Всемирного тяготения уничтожило противопоставление между "земным" и "небесным" и сделало астрономию одной из естественных наук. Важнейшими достижениями астрономии Нового времени стали: создание, объяснение и подтверждение гелиоцентрической теории, законов движения планетных тел, теории Всемирного тяготения, небесной механики, изобретение оптических телескопов, открытие новых планет, спутников, пояса астероидов, комет, метеороидов, изучение основных характеристик Солнечной системы и входящих в ее состав космических тел, звездных систем и туманностей, создание первых научных космогонических и космологических гипотез. Третья революция в астрономии • (50-70 гг. ХХ века) целиком обусловлена прогрессом физики и ее влиянием на технологию. • Астрономия стала всеволновой и всекорпускулярной: космические объекты наблюдаются во всем диапазоне электромагнитного излучения и испускания элементарных частиц. • Астрономия становится экспериментальной: средства космонавтики позволяют проводить прямое изучение космических тел, явлений и процессов. • Астрономия приобрела эволюционный характер: космические объекты исследуются на протяжении всей эволюции и во взаимосвязи между собой. • Гуляя в тенистой роще, греческий философ беседовал со своим учеником. "Скажи мне, - спросил юноша, - почему тебя часто одолевают сомнения? Ты прожил долгую жизнь, умудрен опытом и учился у великих эллинов. Как же так, что и для тебя осталось столь много неясных вопросов ?" • В раздумье философ очертил посохом перед собой два круга: маленький и большой. "Твои знания - это маленький круг, а мои - большой. Но все, что осталось вне этих кругов, неизвестность. • Маленький круг мало соприкасается с неизвестностью. Чем шире круг твоих знаний, тем больше его граница с неизвестностью. И впредь, чем больше ты станешь узнавать нового, тем больше будет возникать у тебя неясных вопросов".
