Системы мира (от древних до Ньютона) - Г. Гурев

Крайняя сложность этого механизма привела к тому, что даже древняя астрономия в конце концов отказалась от сфер Евдокса, Калиппа и Аристотеля, заменив их с и- стемой круговых путей. Эта система, известная под названием теории эпициклов, выдвинута была Аполлонием и была известна Гиппарху, но нашла свое законченное развитие около 130 г. хр. эры у Птолемея, вследствие чего ее называют также птолемеевой системой мира. Она пытается объяснить движение планет со всеми их характерными особенностями (прямым и понятным движением, остановками и петлями) при помощи эксцентриков, деферентов и эпициклов, основываясь на том же принципе равномерно — круговых движений.

Не следует забывать, что свою задачу древние астрономы видели в том, чтобы объяснить видимые неправильности в движениях небесных тел, принимая, что на самом деле светила имеют круговое равномерное движение, а видимые от него отступления («неравенства») суть только кажущиеся, зависящие от условий наблюдения. С другой стороны, для древних астрономов важно было лишь вычислить направления, в которых должны быть видимы светила, так как они не могли определить расстояния и их изменения. Проще всего было вычислить равномерное круговое движение, и поэтому попытки определить теоретически направления на светила шли у Птолемея, как и у других древних астрономов, в сторону применения равномерных круговых движений. В связи со всем этим геоцентрическая птолемеева система мира может быть названа не небесной механикой, а небесной геометрией или точнее «небесной кинематикой».

Выше мы отметили, что хотя система Евдокса в общих чертах представляла движение светил, она была слишком громоздка для вычислений и поэтому была заменена системой Птолемея. Но интересно то, что когда выяснилась несостоятельность птолемеевой теории эпициклов, появилась попытка возродить теорию гомоцентрических сфер Евдокса. Так, Фракосторо, современник Коперника, в 1538 г. в своей книге «Гомоцентрики» отказался от эксцентриков и эпициклов, но зато ввел 79 сфер (из которых шесть предназначались для звезд). Значит его система мира была еще сложнее системы Аристотеля и, следовательно, она являлась шагом назад. Она не приобрела сторонников и это свидетельствовало о несостоятельности геоцентризма.

V. ДВИЖЕНИЕ ПО ЭКСЦЕНТРИЧЕСКИМ КРУГАМ

Прежде чем перейти к изложению системы Птолемея, необходимо отметить, что со смертью Аристотеля закончился классический период греческой философии и наступила новая эпоха научной деятельности, называемая Александрийской школой. По планам Александра Македонского древний Вавилон в Азии и вновь основанная Александрия в Египте должны были стать, на ряду с Афинами в Европе, культурными центрами и, способствуя созданию более тесной связи с вавилонской и египетской науками, повести греческую философию к новому расцвету. Но вскоре Вавилон совершенно утратил свое значение, Афины начали все более и более клониться к упадку и их место заняла Александрия, ставшая одним из крупнейших торговых пунктов античного мира. К тому же египетские фараоны династии Птолемеев основали в Александрии богатейшую библиотеку, которая привлекла ученых изо всех стран и превратила этот город в духовный центр и средоточие научных устремлений всего тогдашнего мира.

Фиг. 11. Древний астроном Александрийской обсерватории, наблюдает расположение небесных светил. Астрономы, начав точно и систематически определять положение небесных тел с помощью измерения углов, сделали целый ряд открытий, которые дали науке о небе возможность перейти в новую фазу.

Наиболее плодотворным в научном отношении был первый период деятельности Александрийской школы, когда быстрое развитие астрономии в течение первого периода Александрийской школы объясняется широким развитием торговых отношений, центром которых была Александрия. Купцы, перевозившие товары морем, не могли уже довольствоваться примитивными географическими картами и нуждались в точном способе определения местонахождения судна в любое время. Этот способ давала астрономия.

Важнейшими астрономическими достижениями этого периода были: во — первых, сделанная Аристархом первая попытка, на основе геометрических соображений и при помощи специально с этой целью поставленных наблюдений, определить расстояние от Солнца до Луны, а также и истинные размеры этих тел; во — вторых, сделанная Эратосфеном первая и весьма удачная попытка определения окружности земного шара при помощи наблюдений, произведенных по разработанному заранее плану; в — третьих, произведенное Аристилом и Тимохарисом первое определение, при помощи угломерных инструментов, полсркения неподвижных звезд на небесном своде и связанное непосредственно с этим составление звездного каталога.

Эти значительные научные и культурно — исторические достижения были началом нового расцвета астрономии в древней Греции, который связан с именем Гиппарха. Его деятельность относится приблизительно к 160–125 гг. до хр. эры. Этот ученый, о жизни которого нам известно очень мало, образует вместе с Аристархом и Птолемеем блестящее «тройное созвездие» древней астрономии. Гиппарх был величайшим из астрономов древности, так как он первый поставил астрономические исследования на строго научную почву и тем заслужил почетное имя «отца научной астрономии». Гиппарх стремился установить законы небесных явлений на основании тщательно проверенных наблюдений и, исходя из этих законов, создать астрономические таблицы, позволяющие строго математически вычислить положение Солнца, Луны и планет для любого момента.

Ему, однако, не удалось освободиться от взглядов, унаследованных от Платона и Аристотеля. Он продолжал рассматривать Землю как покоящееся центральное тело вселенной и придерживаться представления о «совершенстве» небесных тел и их движений, и поэтому пути Солнца, Луны и планет, по его мнению, могли быть лишь круговыми. Но Гиппарх не ограничивался допущением, что небесные тела движутся по кругам и равномерно, а старался определить величину радиусов этих кругов, соотношение между орбитами небесных светил и место, которое должно занимать цен тральное тело внутри орбиты, для того чтобы вычисленные положения светила оказались в согласии с данными наблюдений.

Новым по сравнению с Аристотелем было объяснение аномалий («неравенств») в видимых путях Солнца, Луны и планет среди звезд с помощью так называемых эксцентрических кругов или эксцентриков.

Определяя, путем очень тщательных наблюдений, промежутки времени между моментами равноденствий и солнцестояний, Гиппарх нашел, что Солнце перемещается между звездами не вполне равномерно — то несколько быстрее, то несколько медленнее. Он подсчитал, что продолжительность весны равна приблизительно 94*/г дня, лета—92V2 дня, осени—88 дней и зимы—90 дней, и сделал отсюда вывод, что Солнце перемещается среди звезд быстрее всего зимой и медленнее летом. Именно, летнюю половину полной окружности, т. е. промежуток времени от точки весеннего до точки осеннего равноденствия, Солнце проходит приблизительно в 187 дней, в то время как зимнюю половину эклиптики, т. е. путь от точки осеннего до точки весеннего равноденствия, оно успевает пройти приблизительно в 178 дней, т. е. почти на 9 дней быстрее.

Эту довольно значительную разницу («аномалию») можно было объяснить тем, что Солнце движется не по кругу, или же тем, что движение Солнца совершается равномерно по кругу, но Земля не находится в центре этого круга. Гиппарх принял вторую гипотезу, допустив эксцентрическое положение Земли относительно солнечной орбиты, т. е. он высказал предположение, что Солнце движется вокруг Земли по эксцентрической орбите. Иначе говоря, этот астроном заключил, что Земля находитЬя не в центре круга, описываемого Солнцем, а что она несколько смещена в сторону от центра.

Однако решившись на этот важный шаг, т. е. «сдвигая» Землю со своего «почетного места», Гиппарх своей гипотезой поддерживал мнение о «совершенстве» солнечного движения, его равномерно — круговом характере. Неравномерность движения Солнца признавалась лишь иллюзорным явлением, кажущимся таким потому, что мы видим Солнце не из центра солнечной орбиты.

Наблюдения показывают, что 1 января Солнце перемещается в сутки на 61,2', а 1 июля — на 57,2;, причем в первом случае видимый диаметр Солнца больше, чем во втором. Значит расстояние Солнца от Земли меняется в течение года, причем Солнце кажется нам движущимся с изменяющейся скоростью вследствие эксцентрического положения Земли: мы видим его перемещающимся быстрее, когда оно ближе к Земле и медленнее— когда оно дальше от нее.

Таким образом, хотя Гиппарх принимал Землю непод вижной и допускал равномерно — круговое движение светил он в сущности открыл, что 3 е м — л я не всегда нахо дится на одинаковом расстоянии от Солнца причем она движется быстрее, находясь ближе к Солнцу (зимой), и замедляет движение, удаляясь от него (летом) Только это движение он, в соответствии с геоцентриче ским учением, отнес не к Земле, а к нашему центральному светилу — Солнцу.