История космонавтики

     З III століття до н.е. грецька наука  засвоїла досягнення вавілонян, у тому числі - в астрономії і математиці. Але греки пішли значно далі. Біля 230 року до н.е. Аполлоній Пергській  розробив новий метод представлення  нерівномірного періодичного руху через  базове коло - деферент - і вторинне коло, що кружляється навкруги деферента, - епіцикл; саме світило рухається  по епіциклу. В астрономію цей метод  ввів видатний астроном Гиппарх, що працював на Родосі.

     Гиппарх відкрив відмінність тропічного і сидеричного років, уточнив довжину року (365,25 - 1/300 днів). Методика Аполлонія дозволила йому побудувати математичну теорію руху Сонця і Місяця. Гиппарх ввів поняття ексцентриситету орбіти, апогею і перигея, уточнив тривалість синодичного і сидеричного місячних місяців (з точністю до секунди), середні періоди обігу планет. По таблицях Гиппарха можна було передбачати сонячні і місячні затьмарення з нечуваною для того часу точністю - до 1-2 годин. До речі, саме він ввів географічні координати - широту і довготу. Але головним результатом Гиппарха стало відкриття зсуву небесних координат - «передування рівнодень». Вивчивши дані наглядів за 169 років, він знайшов, що положення Сонця у момент рівнодення змістилося на 2°, або на 47" в рік (насправді - на 50,3").

     В 134 році до н.е. в сузір'ї Скорпіона  з'явилася нова яскрава зірка. Щоб  полегшити стеження за змінами на небі, Гиппарх склав каталог для 850 зірок, розбивши їх на 6 класів по яскравості.

     46 рік до н. е.: введений юліанський календар, розроблений александрійським астрономом Созігеном за зразком єгипетського цивільного. Літочислення Рима велося від легендарної підстави Рима - з 21 квітня 753 року до н.е.

     Систему Гиппарха завершив великий александрійський астроном, математик, оптик і географ  Клавдій Птоломей. Він значно удосконалив  сферичну тригонометрію, склав таблицю  синусів (через 0.5°). Але головне його досягнення - «Мегале синтаксис» (Велика побудова); араби перетворили цю назву в «аль Маджісті», звідси пізніше  «Альмагест». Праця містить фундаментальний  виклад геоцентричної системи світу.

     Будучи  принципово невірною, система Птолемея, проте, дозволяла з достатньою для  того часу точністю передобчислювати положення планет на небі і тому задовольняла, до певної міри, практичним запитам протягом багатьох століть.

     Системою  світу Птоломея завершується етап розвитку старогрецької астрономії.

     Розвиток  феодалізму і розповсюдження християнської  релігії спричинили за собою втрату інтересу до природних наук, і розвиток астрономії в Європі загальмувався  на багато сторіч.

     Наступний період розвитку астрономії пов'язаний з діяльністю вчених країн ісламу - ал-Баттани, ал-Бируни, Абу-л-Хасана ібн  Юніса, Насир пекло-Діна ат-Туси, Улугбека і багатьох інших. 

     Становлення теоретичної астрономії. Середньовіччя 

     В епоху середньовіччя астрономи  займалися лише наглядами видимих  рухів планет і узгодженням цих  наглядів з прийнятою геоцентричною  системою Птолемея.

     Цікаві  космологічні ідеї можна знайти в  творах Орігена з Александрії, видного  апологета раннього християнства, учня Філона александрійського. Оріген закликав сприймати Книгу Буття не буквально, а як символічний текст. Всесвіт, по Орігену, містить безліч світів, у тому числі жилих. Більш того, він допускав існування безлічі  Всесвітів з своїми зоряними сферами. Кожний Всесвіт кінцевий в часі і  в просторі, але сам процес їх зародження і загибелі нескінченний:

     Що  стосується мене, то скажу, що Бог приступив  до своєї діяльності не тоді, коли був  створений наш видимий мир; і  подібно тому, як після закінчення існування останнього виникає інший  мир, так само до початку Всесвіту існував інший Всесвіт. Отже, слід вважати, що не тільки існують одночасно  багато світів, але і до початку  нашого Всесвіту існували багато Всесвітів, а після закінчення неї будуть інші світи.

     Треба сказати, звучить цілком сучасно.

     В XI-XII століттях основні наукові  праці греків і їх арабомовних учнів були перекладені на латинський. Основоположник схоластики Альберт Великий і його учень Хома Аквінській в XIII столітті препарували навчання Аристотеля, зробивши його прийнятним для католицької традиції. З цієї миті система світу Арістотеля-Птолемея фактично зливається з католицьким догматизмом. Експериментальний пошук істини підмінявся більш звичною для теології методикою - пошуком відповідних цитат в канонізованих творах і їх просторовим коментуванням.

     В XIII столітті в Толедо під заступництвом  короля Кастілії Альфонса X Мудрого  відкрилася перша в Європі обсерваторія. В ній працювали християни, євреї  і мусульмани; підготовлені ними астрономічні таблиці були опубліковані в 1252 році (піднесені королю при сходженні  на престол). «Альфонсинськіє таблиці» відрізнялися хорошою точністю і  використовувалися більше двох сторіч.

     В XV столітті німецький філософ, кардинал Микола Кузанській, помітно випередивши  свій час, виказав думку, що Всесвіт  нескінченний, і у неї взагалі  немає центру - ні Земля, ні Сонце, ні що-небудь інше не займають особливого положення. Всі небесні тіла складаються  з тієї ж матерії, що і Земля, і, цілком можливо, жилі. За століття до Галілея  він затверджував: всі світила, включаючи  Землю, рухаються в просторі, і  кожне спостерігач, що знаходиться  на ньому, має право вважати нерухомим.

     В XV столітті велику роль в розвитку наглядової астрономії зіграли праці Георга Пурбаха, а також його учня і друга  Іоганна Мюллера (Региомонтана). До речі, вони стали першими в Європі ученими, що не мали духовного сану. Після серії наглядів вони переконалися, що всі астрономічні таблиці, що були, включаючи Альфонсинські, застаріли: положення марса давалося з помилкою на 2°, а місячне затьмарення спізнилося на цілу годину! Для підвищення точності розрахунків Региомонтан склав  нову таблицю синусів (через 1') і  таблицю тангенсів. Книгодрукування, що тільки що з'явилося, сприяло тому, що виправлений підручник Пурбаха  і «Ефемеріди» Региомонтана протягом десятиріч були основним астрономічним  керівництвом для європейців. Таблиці  Региомонтана були набагато точніше  колишніх і справно служили аж до Коперника. Їх використовували Колумб і Америго Віспуччі. Пізніше таблиці  якийсь час використовувалися навіть для розрахунків по геліоцентричній  моделі.

     Регіомонтан також запропонував метод визначення довготи по різниці табличного і  місцевого часу, відповідного заданому положенню Місяця. Він констатував розбіжність юліанського календаря з сонячним роком майже на 10 днів, що примусило церкву задуматися про календарну реформу. Така реформа обговорювалася на Латеранськом соборі (Рим, 1512-1517) і була реалізована в 1582 році. 

     Коперниканська революція 

     До XVI століття було ясно, що система Птоломея неадекватна і приводить до неприпустимо великих розрахункових помилок. Для підвищення точності розрахунків  положень планет деякі астрономи  пропонували ввести додаткові епіцикли, але і вони не рятували положення. Микола Коперник став першим, хто запропонував альтернативу, що детально пропрацювала, причому засновану на абсолютно іншій моделі світу.

     Головна праця Коперника - «De Revolutionibus Orbium Caelestium» (Про обертання небесних сфер) - був в основному завершений в 1530 році, але тільки перед смертю Коперник зважився опублікувати його. Втім, в 1503-1512 роках Коперник поширював серед друзів рукописний конспект своєї теорії («малий коментар про гіпотези, що відносяться до небесних рухів»), а його учень Ретік опублікував ясний виклад геліоцентричної системи в 1539 році. Очевидно, чутки про нову теорію широко розійшлися вже в 1520-х роках.

     По  структурі головна праця Коперника майже повторює «Альмагест» в дещо скороченому вигляді (6 книг замість 13). В першій книзі також приведені аксіоми, але замість положення про нерухомість Землі поміщена інша аксіома - Земля і інші планети обертаються навкруги осі і навкруги Сонця. Ця концепція детально аргументується, а «думку стародавніх» більш менш переконливо спростовується. Коперник згадує як своїх союзників тільки античних філософів Філолая і Никетаса.

     З геліоцентричних позицій Коперник без праці пояснює поворотний рух планет. Далі приводиться той же матеріал, що і у Птоломея, лише трохи уточнений: сферична тригонометрія, зоряний каталог, теорія руху Сонця і Місяця, оцінка їх розмірів і відстані до них, теорія прецесії і затьмарень.

     В книзі III, присвяченому річному рухи Землі, Коперник робить епохальне відкриття: пояснює «передування рівнодень» зсувом напряму земної осі. В книгах V і VI, присвячених руху планет, завдяки геліоцентричному підходу стало можливо оцінити середні відстані планет від Сонця, і Коперник наводить ці дані, досить близькі до сучасних.

     Система світу Коперника, з сучасної точки зору, ще недостатньо радикальна. Всі орбіти кругові, рух по них рівномірний, так що епіцикли довелося зберегти - правда, замість 80 їх стало 34. Механізм обертання планет збережений колишнім - обертання сфер, до яких прикріплені планети. Але тоді вісь Землі в ході річного обертання повинна повертатися, описуючи конус; щоб пояснити зміну пір року, Копернику довелося ввести третє (зворотне) обертання Землі навкруги осі, перпендикулярній екліптиці, яке використовував також для пояснення прецесії. На межу світу Коперник помістив сферу нерухомих зірок.

     Строго  кажучи, модель Коперника навіть не була геліоцентричною, оскільки Сонце він розташував не в центрі планетних сфер.

     Птолемеєвський зсув центру орбіти (еквант) Коперник, природно, виключив, і це стало кроком назад - первинно більш точні, ніж Птоломеєві, таблиці Коперника незабаром істотно розійшлися з наглядами, що немало спантеличило і охолодило її захоплених прихильників. Та все ж в цілому модель світу Коперника була колосальним кроком вперед і нищівним ударом по архаїчних авторитетах.

     Католицька  церква спочатку віднеслася до відродження  «піфагорійця» благодушно, окремі її стовпи навіть протегували Копернику. Тато Климент VII, стурбований уточненням календаря, доручив кардиналу Вігманштадту прочитати вищому кліру лекцію про нову теорію, яка і була з увагою вислухана. З'явилися, проте, серед католиків і ярі супротивники геліоцентризму. Проте вже з 1560-х років в декількох університетах Швейцарії і Італії почалися лекції за системою Коперника. Математична основа моделі Коперника була дещо простіше, ніж у Птоломеєвої, і цим відразу скористалися в практичних цілях: були випущені уточнені астрономічні («прусські») таблиці (1551, Е. Рейнгольд).

     З інших подій бурхливого XVI століття відзначимо, що 5 жовтня 1582 року була проведена  давно запланована календарна реформа (5 жовтня стало 15-м). Новий календар був названий григоріанським на честь  тата Григорія XIII, але справжнім  автором проекту був італійський  астроном і лікар Луїджі Лілліо. 

     Винахід телескопа. Галілей 

     Великий італійський вчений Галілео Галілей  систему Коперника прийняв з ентузіазмом, причому відразу відкинув фіктивний «третій рух», показавши на досвіді, що вісь дзиги, що рухається, зберігає свій напрям сама собою. Для доказу правоти Коперника він вирішив застосувати телескоп.

     Шліфовані скляні лінзи були відомі ще вавілонянам; найстародавніша із знайдених при  розкопках лінз відноситься до VII століття до н.е. В 1608 році в Голландії  була винайдена зорова труба; дізнавшися про це влітку 1609 роки, Галілей самостійно побудував значно вдосконалений  її варіант, створивши перший в світі  телескоп-рефрактор. Збільшення телескопа  спочатку було триразовим, пізніше  Галілей довів його до 32-кратного.

     Сенсаційні  результати своїх досліджень Галілей  висловив в серії статі «Зоряний вісник» (1610), викликавши серед учених справжній шквал оптичних наглядів за небом. Виявилося, що Чумацький шлях складається з скупчень окремих  зірок, що на Місяці є гори (заввишки до 7 км, що близьке до істини) і западини, на Сонце є плями, а у Юпітера - супутники (термін «супутник» ввів пізніше  Кеплер). Особливо важливим було відкриття, що Венера має фази; в системі  Птоломея Венера як «нижня» планета  була завжди ближче до Землі, ніж Сонце, і «повновенерість» було неможливе.

     Галілей відзначив, що діаметр зірок, на відміну  від планет, в телескопі не збільшується, а деякі туманності, навіть в збільшеному  вигляді, не розпадаються на зірки; це явна ознака, що відстані до зірок колосальні навіть в порівнянні з відстанями в Сонячній системі.

     Галілей знайшов у Сатурна виступи, які  прийняв за два супутники. Потім  виступи зникли (кільце обернулося), Галілей порахував свій нагляд ілюзією  і не повертався більш до цієї теми; кільце Сатурна відкрив в 1656 році Християн Гюйгенс.

     Еліпси  Кеплера Галілей не прийняв, продовжуючи  вірити в кругові орбіти планет. Причиною цього, можливо, стало надмірне захоплення Кеплера містичної нумерологією і «світовою гармонією». Галілей  визнавав тільки позитивне знання і  не поважав піфагорійця. Особисто Кеплера  він високо цінував і вів з  ним жваве листування, проте ніде в своїх роботах про нього  не згадував.