.jpg/1280px-Ioannis_Bayeri_Rhainani_Vranometria_1661_(84132277).jpg)
.jpg/1280px-Ioannis_Bayeri_Rhainani_Vranometria_1661_(84132460).jpg)
Астрономия — старейшая из естественных наук , восходящая к античности , берущая свое начало в религиозных , мифологических , космологических , календарных и астрологических верованиях и практиках доисторических времен : их пережитки все еще можно обнаружить в астрологии — дисциплине, долгое время переплетавшейся с общественными науками. и правительственная астрономия. Он не был полностью разделен в Европе (см. Астрология и астрономия ) во время Коперниканской революции, начавшейся в 1543 году. В некоторых культурах астрономические данные использовались для астрологического прогнозирования.
Ранние культуры отождествляли небесные объекты с богами и духами. [1] Они связали эти объекты (и их движения) с такими явлениями, как дождь , засуха , времена года и приливы . Обычно считается, что первые астрономы были священниками и считали небесные объекты и события проявлениями божественного , отсюда и связь ранней астрономии с тем, что сейчас называется астрологией . Резной бивень мамонта из слоновой кости возрастом 32 500 лет может содержать старейшую известную звездную карту (напоминающую созвездие Ориона ). [2] Также было высказано предположение, что рисунки на стене пещер Ласко во Франции, датируемые 33 000–10 000 лет назад, могли быть графическим изображением Плеяд , Летнего треугольника и Северной Короны . [3] [4] Древние сооружения, возможно, имеющие астрономическое расположение (такие как Стоунхендж ), вероятно, выполняли астрономические, религиозные и социальные функции .
Мировые календари часто составлялись на основе наблюдений за Солнцем и Луной (отмечающими день , месяц и год ) и были важны для сельскохозяйственных обществ, в которых урожай зависел от посева в правильное время года и для которых почти полная луна была единственным освещением для ночных поездок на городские рынки. [5]
Общий современный календарь основан на римском календаре . Хотя изначально это был лунный календарь , он нарушил традиционную связь месяца с фазами Луны и разделил год на двенадцать почти равных месяцев, которые в основном чередовались между тридцатью и тридцатью одним днем. Юлий Цезарь инициировал календарную реформу в 46 г. до н.э. и ввел то, что сейчас называется юлианским календарем , основанным на длине года в 365 1/4 дня, первоначально предложенной греческим астрономом 4 -го века до н.э. Каллиппом .
С 1990 года наше представление о доисторических европейцах радикально изменилось в результате открытия древних астрономических артефактов по всей Европе . Артефакты демонстрируют, что европейцы эпохи неолита и бронзового века обладали глубокими познаниями в математике и астрономии.
Среди открытий:
Истоки западной астрономии можно найти в Месопотамии , «земле между реками» Тигром и Евфратом , где располагались древние царства Шумера , Ассирии и Вавилонии . Форма письменности, известная как клинопись , возникла у шумеров около 3500–3000 гг. до н.э. Наши знания о шумерской астрономии являются косвенными и основаны на самых ранних вавилонских звездных каталогах, датируемых примерно 1200 годом до нашей эры. Тот факт, что названия многих звезд появляются на шумерском языке, предполагает преемственность, уходящую в ранний бронзовый век. Астральная теология , которая отвела планетарным богам важную роль в месопотамской мифологии и религии , зародилась у шумеров . Они также использовали шестидесятеричную (по основанию 60) разрядную систему счисления, которая упрощала задачу записи очень больших и очень маленьких чисел. Современная практика деления круга на 360 градусов или часа на 60 минут началась у шумеров. Дополнительную информацию см. в статьях о вавилонских цифрах и математике .
В классических источниках термин «халдеи» часто используется для обозначения астрономов Месопотамии, которые на самом деле были священниками-писцами, специализировавшимися на астрологии и других формах гадания .
Первые свидетельства признания периодичности астрономических явлений и применения математики для их предсказания относятся к Вавилону. Таблички, относящиеся к периоду Старого Вавилона, документируют применение математики к изменению продолжительности светового дня в течение солнечного года. Столетия вавилонских наблюдений небесных явлений записаны в серии клинописных табличек, известных как Энума Ану Энлиль . Самый старый значительный астрономический текст, которым мы обладаем, — это Табличка 63 Энума Ану Энлиль , табличка Венеры Амми -садуки , в которой перечислены первый и последний видимые восходы Венеры за период около 21 года и которые являются самым ранним свидетельством того, что явления планеты были признаны периодическими. MUL.APIN содержит каталоги звезд и созвездий, а также схемы для предсказания гелиакических восходов и заходов планет, продолжительность светового дня, измеренную водяными часами , гномоном , тенями и вставками . Вавилонский текст ГУ располагает звезды в «нитках», которые лежат вдоль кругов склонения и, таким образом, измеряют прямое восхождение или временные интервалы, а также использует звезды зенита, которые также разделены заданными различиями в прямом восхождении. [20]
Значительное повышение качества и частоты вавилонских наблюдений появилось во время правления Набонассара (747–733 гг. до н.э.). Систематические записи зловещих явлений в вавилонских астрономических дневниках , начавшиеся в это время, позволили , например, открыть повторяющийся 18-летний цикл лунных затмений . Греческий астроном Птолемей позже использовал правление Набонассара, чтобы зафиксировать начало эпохи, поскольку он чувствовал, что самые ранние полезные наблюдения начались в это время.
Последние этапы развития вавилонской астрономии пришлись на времена империи Селевкидов (323–60 до н. э.). В III веке до нашей эры астрономы начали использовать «тексты целевых лет» для предсказания движения планет. В этих текстах собраны записи прошлых наблюдений, чтобы найти повторяющиеся случаи зловещих явлений на каждой планете. Примерно в то же время или вскоре после этого астрономы создали математические модели, которые позволили им предсказывать эти явления напрямую, не обращаясь к записям. Известным вавилонским астрономом этого времени был Селевк из Селевкии , который был сторонником гелиоцентрической модели .
Вавилонская астрономия была основой для большей части того, что было сделано в греческой и эллинистической астрономии , в классической индийской астрономии , в Сасанидском Иране, в Византии, в Сирии, в исламской астрономии , в Средней Азии и в Западной Европе. [21]
Астрономия на Индийском субконтиненте восходит к периоду цивилизации долины Инда в 3-м тысячелетии до нашей эры, когда она использовалась для создания календарей. [22] Поскольку цивилизация долины Инда не оставила после себя письменных документов, старейшим сохранившимся индийским астрономическим текстом является « Веданга Джйотиша» , датируемый ведическим периодом . [23] Веданга Джйотиша приписывается Лагадхе и имеет внутреннюю дату примерно 1350 г. до н.э. и описывает правила отслеживания движений Солнца и Луны в целях ритуала. Он доступен в двух редакциях: одна принадлежит Ригведе, а другая — Яджурведе. Согласно Веданга Джйотише, в юге или «эре» насчитывается 5 солнечных лет, 67 лунных сидерических циклов, 1830 дней, 1835 сидерических дней и 62 синодических месяца. В VI веке астрономия находилась под влиянием греческих и византийских астрономических традиций. [22] [24] [25]
Арьябхата (476–550) в своем выдающемся труде «Арьябхатия» (499) предложил вычислительную систему, основанную на планетарной модели, в которой считалось, что Земля вращается вокруг своей оси , а периоды планет даны по отношению к Солнцу. . Он точно рассчитал многие астрономические константы, такие как периоды движения планет, время солнечных и лунных затмений , мгновенное движение Луны. [26] [27] [ нужна страница ] Среди первых последователей модели Арьябхаты были Варахамихира , Брахмагупта и Бхаскара II .
Астрономия получила развитие во времена Империи Сюнга , и за это время было создано множество звездных каталогов . Известен период Сюнга [ по данным кого? ] как «золотой век астрономии в Индии». Он увидел развитие вычислений движения и положения различных планет, их восхода и захода, соединений и расчета затмений.
Индийские астрономы к VI веку полагали, что кометы — это небесные тела, которые периодически появляются вновь. Такую точку зрения высказали в VI веке астрономы Варахамихира и Бхадрабаху, а астроном X века Бхаттотпала перечислил названия и предполагаемые периоды некоторых комет, но, к сожалению, неизвестно, как были рассчитаны эти цифры и насколько они точны. [28]
Бхаскара II (1114–1185) был главой астрономической обсерватории в Удджайне, продолжая математическую традицию Брахмагупты. Он написал «Сиддхантасиромани» , состоящую из двух частей: Голадхьяя (сфера) и Грахаганита (математика планет). Он также рассчитал время, необходимое Земле для обращения вокруг Солнца, с точностью до 9 десятичных знаков. Буддийский университет Наланды в то время предлагал официальные курсы астрономических исследований.
Среди других важных астрономов из Индии — Мадхава Сангамаграма , Нилакантха Сомаяджи и Джьештадева , которые были членами школы астрономии и математики Кералы с 14 по 16 век. Нилакантха Сомаяджи в своей «Арьябхатиябхасье» , комментарии к «Арьябхатие» Арьябхаты , разработал свою собственную вычислительную систему для частично гелиоцентрической планетарной модели, в которой Меркурий, Венера, Марс , Юпитер и Сатурн вращаются вокруг Солнца , которое, в свою очередь, вращается вокруг Земли , подобно тому, как Тихоническая система, позже предложенная Тихо Браге в конце 16 века. Однако система Нилаканты была математически более эффективной, чем система Тихона, благодаря правильному учету уравнения центра и широтного движения Меркурия и Венеры. Большинство последовавших за ним астрономов Керальской школы астрономии и математики приняли его планетарную модель. [29] [30]
Древние греки развили астрономию, которую они рассматривали как раздел математики, до очень сложного уровня. Первые геометрические трехмерные модели для объяснения видимого движения планет были разработаны в 4 веке до нашей эры Евдоксом Книдским и Каллиппом Кизикским . Их модели были основаны на вложенных гомоцентрических сферах с центром на Земле. Их младший современник Гераклид Понтийский предположил, что Земля вращается вокруг своей оси.
Другой подход к небесным явлениям применяли натурфилософы, такие как Платон и Аристотель . Их меньше заботила разработка математических прогнозирующих моделей, чем разработка объяснения причин движения Космоса. В своем «Тимее» Платон описал вселенную как сферическое тело, разделенное на круги, несущие планеты и управляемое в соответствии с гармоническими интервалами мировой душой . [31] Аристотель, опираясь на математическую модель Евдокса, предположил, что Вселенная состоит из сложной системы концентрических сфер , чьи круговые движения объединяются, чтобы нести планеты вокруг Земли. [32] Эта базовая космологическая модель преобладала в различных формах до 16 века.
В III веке до нашей эры Аристарх Самосский первым предложил гелиоцентрическую систему, хотя сохранились лишь фрагментарные описания его идеи. [33] Эратосфен с большой точностью оценил окружность Земли (см. также: История геодезии ). [34]
Греческая геометрическая астрономия развивалась от модели концентрических сфер и использовала более сложные модели, в которых эксцентрический круг вращал меньший круг, называемый эпициклом , который, в свою очередь, вращал вокруг планеты. Первая такая модель приписывается Аполлонию Пергскому , а дальнейшие разработки в ней были осуществлены во II веке до нашей эры Гиппархом Никейским . Гиппарх внес ряд других вкладов, включая первое измерение прецессии и составление первого звездного каталога, в котором он предложил нашу современную систему видимых величин .
Антикиферский механизм , древнегреческий астрономический наблюдательный прибор для расчета движений Солнца и Луны, возможно, планет, датируется примерно 150–100 годами до нашей эры и был первым предком астрономического компьютера . Он был обнаружен в месте крушения древнего корабля у греческого острова Антикитера , между Киферой и Критом . Устройство прославилось использованием дифференциальной передачи , которая, как считалось ранее, была изобретена в 16 веке, а также миниатюризацией и сложностью его частей, сравнимой с часами, изготовленными в 18 веке. Оригинальный механизм выставлен в бронзовой коллекции Национального археологического музея Афин вместе с точной копией.
В зависимости от точки зрения историка, вершина или искажение [ нужна ссылка ] [ сомнительно ] классической физической астрономии можно увидеть у Птолемея , греко-римского астронома из Александрии Египетской, написавшего классическое всеобъемлющее изложение геоцентрической астрономии «Мегале» . Синтаксис (Великий синтез), более известный под арабским названием «Альмагест» , оказавший длительное влияние на астрономию вплоть до эпохи Возрождения . В своих «Планетарных гипотезах » Птолемей отважился в область космологии, разработав физическую модель своей геометрической системы во Вселенной, во много раз меньшей, чем более реалистичная концепция Аристарха Самосского четырьмя столетиями ранее.
Точная ориентация египетских пирамид является убедительной демонстрацией высокого уровня технических навыков наблюдения за небом, достигнутых в 3-м тысячелетии до нашей эры. Было показано, что пирамиды были ориентированы по направлению к полярной звезде , которая из-за прецессии равноденствий в то время была Тубан , слабой звездой в созвездии Дракона . [35] Оценка места храма Амона-Ра в Карнаке , принимая во внимание изменение во времени наклона эклиптики , показала, что Великий Храм был ориентирован на восход зимнего Солнца . [36] Длина коридора, по которому будет проходить солнечный свет, будет иметь ограниченное освещение в другое время года. Египтяне также обнаружили положение Сириуса (звезды-собаки), который, как они считали, был Анубисом, их богом с головой шакала, движущимся по небесам. Его положение имело решающее значение для их цивилизации, поскольку, когда он восходил на востоке перед восходом солнца, это предвещало разлив Нила. Отсюда и пошла фраза «собачьи дни лета». [37]
Астрономия играла значительную роль в религиозных вопросах для установления дат праздников и определения времени ночи . Сохранились названия нескольких храмовых книг, в которых записаны движения и фазы Солнца , Луны и звезд . Восход Сириуса ( египетский : Сопдет, греческий : Сотис) в начале наводнения был особенно важным моментом, который необходимо было зафиксировать в годовом календаре.
В римской эпохе Климент Александрийский дает некоторое представление о важности астрономических наблюдений для священных обрядов:
И после того, как Певец выдвигает Астролога (ὡροσκόπος) с часословом (ὡρολόγιον) в руке и ладонью (φοίνιξ), символами астрологии . Он должен знать наизусть герметические астрологические книги, которых четыре. Один из них касается расположения видимых неподвижных звезд; один о положении Солнца и Луны и пяти планет; один о соединениях и фазах Солнца и Луны; и один касается их восстаний. [38]
Инструменты Астролога ( часы и ладонь ) представляют собой отвес и визирный инструмент [ нужны разъяснения ] . Они были отождествлены с двумя предметами с надписями в Берлинском музее ; короткая ручка, к которой подвешивался отвес, и пальмовая ветвь со смотровой щелью на более широком конце. Последний держал близко к глазу, первый — в другой руке, возможно, на расстоянии вытянутой руки. «Герметические» книги, на которые ссылается Климент, представляют собой египетские богословские тексты, которые, вероятно, не имеют ничего общего с эллинистическим герметизмом . [39]
Из таблиц звезд на потолке гробниц Рамсеса VI и Рамсеса IX видно, что для определения часов ночи человек, сидящий на земле, смотрел на Астролога в таком положении, чтобы линия наблюдения Полярной звезды проходила над серединой его головы. В разные дни года каждый час определялся неподвижной звездой, находящейся в кульминации или почти в кульминации, а положение этих звезд в это время в таблицах дано как в центре, на левом глазу, на правом плече. и т. д. Согласно текстам, при основании или перестройке храмов северная ось определялась одним и тем же прибором, и можно заключить, что она была обычной для астрономических наблюдений. В умелых руках он может дать результаты высокой степени точности.
Астрономия Восточной Азии началась в Китае . Солнечный период завершился в период Воюющих царств . Знания китайской астрономии были принесены в Восточную Азию.
Астрономия в Китае имеет долгую историю. Подробные записи астрономических наблюдений велись примерно с VI века до нашей эры до появления западной астрономии и телескопа в 17 веке. Китайские астрономы смогли точно предсказать затмения.
Большая часть ранней китайской астрономии предназначалась для измерения времени. Китайцы использовали лунно-солнечный календарь, но поскольку циклы Солнца и Луны различны, астрономы часто готовили для этой цели новые календари и проводили наблюдения.
Астрологическое гадание также было важной частью астрономии. Астрономы внимательно обращали внимание на «гостевые звезды» ( китайский : 客星; пиньинь : кэсинг ; букв .: «гостевая звезда»), которые внезапно появлялись среди неподвижных звезд . Они были первыми, кто зарегистрировал сверхновую в Астрологических Анналах Хоуханьшу в 185 году нашей эры. Кроме того, сверхновая, создавшая Крабовидную туманность в 1054 году, является примером «звезды-гостя», наблюдаемой китайскими астрономами, хотя ее европейские современники не зарегистрировали. Древние астрономические записи таких явлений, как сверхновые и кометы, иногда используются в современных астрономических исследованиях.
Первый в мире звездный каталог составил Ган Де , китайский астроном , в IV веке до нашей эры.
Астрономические кодексы майя включают подробные таблицы для расчета фаз Луны , повторяемости затмений, а также появления и исчезновения Венеры как утренней и вечерней звезды . Майя основывали свои календари на тщательно рассчитанных циклах Плеяд , Солнца , Луны , Венеры , Юпитера , Сатурна , Марса , а также у них было точное описание затмений, изображенных в Дрезденском кодексе , а также эклиптики. или зодиака, и Млечный Путь имел решающее значение в их космологии. [40] Считается, что ряд важных структур майя были ориентированы на экстремальные восходы и заходы Венеры. У древних майя Венера была покровительницей войны, и считается, что многие записанные сражения были приурочены к движению этой планеты. Марс также упоминается в сохранившихся астрономических кодексах и ранней мифологии . [41]
Хотя календарь майя не был привязан к Солнцу, Джон Типл предположил, что майя рассчитывали солнечный год с несколько большей точностью, чем григорианский календарь . [42] И астрономия, и сложная нумерологическая схема измерения времени были жизненно важными компонентами религии майя .
Майя верили, что Земля является центром всего сущего, а звезды, луны и планеты — богами. Они верили, что их движения были путешествием богов между Землей и другими небесными пунктами назначения. Многие ключевые события в культуре майя были приурочены к небесным событиям, поскольку предполагалось присутствие определенных богов. [43]
Арабский и персидский мир под властью ислама стали высококультурными, и многие важные труды по греческой , индийской и персидской астрономии были переведены на арабский язык, использовались и хранились в библиотеках по всему региону. Важным вкладом исламских астрономов был их упор на наблюдательную астрономию . [44] Это привело к появлению первых астрономических обсерваторий в мусульманском мире к началу 9 века. [45] [46] В этих обсерваториях были составлены звездные каталоги Зиджа .
В 9 веке персидский астролог Альбамасар считался одним из величайших астрологов того времени. Его практические руководства для подготовки астрологов оказали глубокое влияние на интеллектуальную историю мусульман и, посредством переводов, на интеллектуальную историю Западной Европы и Византии . . [48] Абд ар-Рахман ас-Суфи (Азофи) проводил наблюдения за звездами и описал их положение, величину , яркость и цвет , а также рисунки для каждого созвездия в своей «Книге неподвижных звезд» . Он также дал первые описания и изображения «Маленького облака», ныне известного как Галактика Андромеды . Он упоминает, что оно лежит перед устьем Большой Рыбы, арабского созвездия . Это «облако», очевидно, было широко известно астрономам Исфахана , весьма вероятно, до 905 года нашей эры. [49] Первое письменное упоминание о Большом Магеллановом Облаке было также дано аль-Суфи. [50] [51] В 1006 году Али ибн Ридван наблюдал SN 1006 , самую яркую сверхновую в истории человечества, и оставил подробное описание временной звезды.
В конце X века недалеко от Тегерана ( Иран) астроном Абу-Махмуд аль-Худжанди построил огромную обсерваторию , которая наблюдала серию меридиональных проходов Солнца, что позволило ему вычислить наклон земной оси относительно земной оси. Солнце. Он отметил, что измерения более ранних астрономов (индийских, а затем греческих) обнаружили более высокие значения этого угла, что может свидетельствовать о том, что осевой наклон не является постоянным, а фактически уменьшается. [52] [53] В Персии 11-го века Омар Хайям составил множество таблиц и провел реформацию календаря , который был более точным, чем юлианский , и приблизился к григорианскому .
Другие мусульманские достижения в астрономии включали сбор и исправление предыдущих астрономических данных, решение существенных проблем в модели Птолемея , разработку Арзахелем универсальной, независимой от широты астролябии , [ 54] изобретение множества других астрономических инструментов, Джафара Мухаммада. вера ибн Мусы ибн Шакира в то, что небесные тела и небесные сферы подчиняются тем же физическим законам , что и Земля , [55] и введение эмпирических испытаний Ибн аль-Шатиром , который создал первую модель лунного движения, которая соответствовала физическим законам. наблюдения. [56]
Естественная философия (особенно аристотелевская физика ) была отделена от астрономии Ибн аль-Хайсамом (Альхазеном) в 11 веке, Ибн аль-Шатиром в 14 веке [57] и Кушджи в 15 веке. [58]
После значительного вклада греческих ученых в развитие астрономии она вступила в относительно статическую эпоху в Западной Европе, начиная с римской эпохи до XII века. Отсутствие прогресса заставило некоторых астрономов утверждать, что в средние века в западноевропейской астрономии ничего не произошло. [59] Однако исследования последних лет выявили более сложную картину изучения и преподавания астрономии в период с IV по XVI вв. [60]
Западная Европа вступила в Средние века с большими трудностями, отразившимися на интеллектуальном производстве континента. Передовые астрономические трактаты классической античности были написаны на греческом языке , и с упадком знания этого языка для изучения стали доступны только упрощенные конспекты и практические тексты. Наиболее влиятельными авторами, передавшими эту древнюю традицию на латыни , были Макробий , Плиний , Марсиан Капелла и Кальцидий . [61] В VI веке епископ Григорий Турский отметил, что он изучил астрономию, читая «Марциана Капеллу», и продолжил использовать эту элементарную астрономию для описания метода, с помощью которого монахи могли определять время ночной молитвы, наблюдая за звездами. . [62]
В VII веке английский монах Беда из Джарроу опубликовал влиятельный текст « Об исчислении времени» , предоставив священнослужителям практические астрономические знания, необходимые для вычисления правильной даты Пасхи с использованием процедуры, называемой « компутус» . Этот текст оставался важным элементом образования духовенства с 7-го века до появления университетов в 12 -м веке . [63]
Ряд сохранившихся древнеримских сочинений по астрономии и учения Беды и его последователей начали серьезно изучаться во время возрождения науки, спонсируемого императором Карлом Великим . [64] К 9 веку элементарные методы расчета положения планет циркулировали в Западной Европе; средневековые ученые признавали их недостатки, но тексты, описывающие эти методы, продолжали копировать, отражая интерес к движениям планет и их астрологическому значению. [65]
Опираясь на этот астрономический фон, в X веке европейские ученые, такие как Герберт Орийакский, начали путешествовать в Испанию и Сицилию в поисках знаний, о существовании которых, как они слышали, в арабоязычном мире. Там они впервые столкнулись с различными практическими астрономическими методами, касающимися календаря и измерения времени, в первую очередь с теми, которые имели дело с астролябией . Вскоре такие ученые, как Герман из Райхенау, писали тексты на латыни об использовании и конструкции астролябии, а другие, такие как Уолчер из Малверна , использовали астролябию для наблюдения за временем затмений, чтобы проверить достоверность вычислительных таблиц. [66]
К XII веку ученые отправились в Испанию и Сицилию в поисках более продвинутых астрономических и астрологических текстов, которые они перевели на латынь с арабского и греческого, чтобы еще больше обогатить астрономические знания Западной Европы. Появление этих новых текстов совпало с появлением университетов в средневековой Европе, в которой они вскоре нашли приют. [67] Отражая введение астрономии в университеты, Джон Сакробоско написал серию влиятельных вводных учебников по астрономии: « Сфера », «Вычисление», текст «Квадрант » и еще один «Вычисление». [68]
В 14 веке Николь Орем , позже епископ Лизе, показала, что ни библейские тексты, ни физические аргументы, выдвигаемые против движения Земли, не были демонстративными, и привела аргумент простоты в пользу теории о том, что движется Земля, а не небеса . . Однако он пришел к выводу, что «все утверждают, и я сам думаю, что небеса движутся, а не земля: ибо Бог утвердил мир, который не поколеблется». [69] В 15 веке кардинал Николай Кузанский в некоторых своих научных трудах предположил, что Земля вращается вокруг Солнца, и что каждая звезда сама по себе является далеким солнцем.
В период Возрождения астрономия начала претерпевать революцию в мышлении, известную как Коперниканская революция , получившая свое название от астронома Николая Коперника , который предложил гелиоцентрическую систему, в которой планеты вращались вокруг Солнца, а не Земли. Его книга «De Revolutionibus orbium coelestium» была опубликована в 1543 году. [70] Хотя в долгосрочной перспективе это утверждение было очень спорным, в самом начале оно вызвало лишь незначительные споры. [70] Эта теория стала доминирующей точкой зрения, потому что многие деятели, в первую очередь Галилео Галилей , Иоганн Кеплер и Исаак Ньютон, отстаивали и улучшали эту работу. Другие деятели также способствовали этой новой модели, несмотря на то, что не верили в общую теорию, например Тихо Браге с его хорошо известными наблюдениями. [71]
Браге, датский дворянин, был выдающимся астрономом того периода. [71] Он вышел на астрономическую сцену с публикацией De nova stella , в которой опроверг общепринятое мнение о сверхновой SN 1572 [71] (Такая яркая, как Венера на пике, SN 1572 позже стала невидимой невооруженным глазом, опровергая аристотелевское учение о неизменности небес.) [72] [73] Он также создал систему Тихона , где Солнце, Луна и звезды вращаются вокруг Земли, но остальные пять планет вращаются вокруг Солнца. Эта система сочетала математические преимущества системы Коперника с «физическими преимуществами» системы Птолемея. [74] Это была одна из систем, в которую верили люди, когда они не принимали гелиоцентризм, но больше не могли принять систему Птолемея. [74] Он наиболее известен своими высокоточными наблюдениями за звездами и Солнечной системой. Позже он переехал в Прагу и продолжил свою работу. В Праге он работал над «Таблицами Рудольфинов» , которые были закончены только после его смерти. [75] Таблицы Рудольфина представляли собой звездную карту, разработанную так, чтобы быть более точной, чем таблицы Альфонсина , созданные в 1300-х годах, и таблицы Прутеника , которые были неточными. [75] В это время ему помогал его помощник Иоганн Кеплер, который позже использовал его наблюдения для завершения работ Браге, а также для его теорий. [75]
После смерти Браге Кеплер считался его преемником и получил задание завершить незавершенные работы Браге, такие как Таблицы Рудольфина. [75] Он завершил «Таблицы Рудольфина» в 1624 году, хотя они не публиковались в течение нескольких лет. [75] Как и многие другие деятели этой эпохи, он был подвержен религиозным и политическим проблемам, таким как Тридцатилетняя война , которая привела к хаосу, который почти уничтожил некоторые из его работ. Однако Кеплер был первым, кто попытался вывести математические предсказания небесных движений на основе предполагаемых физических причин. Он открыл три закона движения планет Кеплера , которые теперь носят его имя. Эти законы заключаются в следующем:
С помощью этих законов ему удалось улучшить существующую гелиоцентрическую модель. Первые два были опубликованы в 1609 году. Вклад Кеплера улучшил всю систему, придав ей больше доверия, поскольку она адекватно объясняла события и могла давать более надежные предсказания. До этого модель Коперника была столь же ненадежной, как и модель Птолемея. Это улучшение произошло потому, что Кеплер понял, что орбиты представляют собой не идеальные круги, а эллипсы.
Галилео Галилей был одним из первых, кто использовал телескоп для наблюдения за небом, а также построил 20-кратный телескоп-рефрактор. [77] В 1610 году он открыл четыре крупнейших спутника Юпитера, которые теперь в его честь известны под общим названием « Галилеевы спутники ». [78] Это открытие стало первым известным наблюдением спутников, вращающихся вокруг другой планеты. [78] Он также обнаружил, что на Луне были кратеры, наблюдались и правильно объяснялись солнечные пятна, а на Венере наблюдался полный набор фаз, напоминающих лунные фазы. [79] Галилей утверждал, что эти факты демонстрируют несовместимость с моделью Птолемея, которая не могла объяснить это явление и даже противоречила бы ему. [79] С лунами это продемонстрировало, что на Земле не обязательно должно быть все, что вращается вокруг нее, и что другие части Солнечной системы могут вращаться вокруг другого объекта, например, Земли, вращающейся вокруг Солнца. [78] В системе Птолемея небесные тела считались совершенными, поэтому на таких объектах не должно было быть кратеров или солнечных пятен. [80] Фазы Венеры могли произойти только в том случае, если орбита Венеры находится внутри орбиты Земли, чего не могло бы произойти, если бы Земля была центром. Ему, как самому известному примеру, пришлось столкнуться с проблемами со стороны церковных чиновников, а точнее римской инквизиции . [81] Они обвинили его в ереси, потому что эти убеждения противоречили учениям Римско-католической церкви и бросали вызов авторитету католической церкви, когда она была самой слабой. [81] Хотя ему удалось какое-то время избежать наказания, в конце концов его судили и признали виновным в ереси в 1633 году. [81] Хотя это стоило определенных затрат, его книга была запрещена, и он был помещен под домашний арест до тех пор, пока не умер в 1642 году. [82]
Сэр Исаак Ньютон развил дальнейшие связи между физикой и астрономией посредством своего закона всемирного тяготения . Понимая, что та же самая сила, которая притягивает объекты к поверхности Земли, удерживает Луну на орбите вокруг Земли, Ньютон смог объяснить – в рамках одной теоретической основы – все известные гравитационные явления. В своей «Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica» он вывел законы Кеплера из первых принципов. Эти первые принципы заключаются в следующем:
Таким образом, в то время как Кеплер объяснял, как движутся планеты, Ньютон точно сумел объяснить, почему планеты движутся именно так. Теоретические разработки Ньютона заложили многие основы современной физики.
За пределами Англии теории Ньютона потребовалось некоторое время, чтобы утвердиться. Теория вихрей Декарта господствовала во Франции, а Гюйгенс , Лейбниц и Кассини принимали лишь части системы Ньютона, отдавая предпочтение своей собственной философии. Вольтер опубликовал популярный отчет в 1738 году. [84] В 1748 году Французская академия наук предложила награду за решение возмущений Юпитера и Сатурна, которое в конечном итоге было решено Эйлером и Лагранжем . Лаплас завершил теорию планет, опубликовав ее с 1798 по 1825 год. Началось зарождение солнечно-небулярной модели формирования планет.
Эдмонд Галлей сменил Флемстида на посту Королевского астронома в Англии и сумел предсказать возвращение кометы , носящей его имя, в 1758 году. Сэр Уильям Гершель обнаружил первую новую планету, Уран , которую можно было наблюдать в наше время, в 1781 году. Разрыв между планетами Марс и Юпитер, раскрытые законом Тициуса-Боде, были дополнены открытием астероидов Церера и Паллада в 1801 и 1802 годах, за которыми последовали многие другие.
Поначалу астрономическая мысль в Америке основывалась на аристотелевской философии , [85] но интерес к новой астрономии начал проявляться в Альманахах уже в 1659 году. [86]
Космический плюрализм — это название, данное идее о том, что звезды — это далекие солнца, возможно, со своими собственными планетными системами. Идеи в этом направлении были высказаны в древности Анаксагором и Аристархом Самосским , но не нашли широкого признания. Первым астрономом европейского Возрождения, предположившим, что звезды являются далекими солнцами, был Джордано Бруно в своей работе «De l'infinito universo et mondi» (1584). Эта идея, вместе с верой в разумную внеземную жизнь, была среди обвинений, выдвинутых против него инквизицией. Эта идея стала основной в конце 17 века, особенно после публикации Бернара Ле Бовье де Фонтенеля «Беседы о множественности миров» (1686), а к началу 18 века это было стандартное рабочее предположение в звездной астрономии.
Итальянский астроном Джеминиано Монтанари записал наблюдения изменений светимости звезды Алголь в 1667 году. Эдмон Галлей опубликовал первые измерения собственного движения пары близлежащих «неподвижных» звезд, продемонстрировав, что они изменили положение со времен древнегреческих астрономы Птолемей и Гиппарх. Уильям Гершель был первым астрономом, попытавшимся определить распределение звезд на небе. В 1780-х годах он установил ряд датчиков в 600 направлениях и подсчитал звезды, наблюдаемые вдоль каждого луча зрения. Из этого он сделал вывод, что число звезд неуклонно увеличивалось по направлению к одной стороне неба, в направлении ядра Млечного Пути . Его сын Джон Гершель повторил это исследование в южном полушарии и обнаружил соответствующий рост в том же направлении. [87] Помимо других своих достижений, Уильям Гершель известен своим открытием того, что некоторые звезды не просто лежат на одном луче зрения, но являются физическими компаньонами, образующими двойные звездные системы. [88]
Предварительная фотография, запись астрономических данных были ограничены возможностями человеческого глаза. В 1840 году химик Джон В. Дрейпер создал самую раннюю известную астрономическую фотографию Луны. А к концу XIX века были созданы тысячи фотопластинок с изображениями планет, звезд и галактик. Большинство фотографий имели более низкую квантовую эффективность (т.е. улавливали меньше падающих фотонов), чем человеческие глаза, но имели преимущество в виде длительного времени интегрирования (100 мс для человеческого глаза по сравнению с часами для фотографий). Это значительно увеличило объем данных, доступных астрономам, что привело к появлению человеческих компьютеров , известных как Гарвардские компьютеры , для отслеживания и анализа данных.
Ученые начали открывать формы света, невидимые невооруженным глазом: рентгеновские лучи , гамма-лучи , радиоволны , микроволны , ультрафиолетовое и инфракрасное излучение . Это оказало большое влияние на астрономию, породив области инфракрасной астрономии , радиоастрономии , рентгеновской астрономии и, наконец, гамма-астрономии . С появлением спектроскопии было доказано, что и другие звезды похожи на Солнце, но с диапазоном температур , масс и размеров.
Наука звездная спектроскопия была открыта Йозефом фон Фраунгофером и Анджело Секки . Сравнивая спектры звезд, таких как Сириус , с Солнцем, они обнаружили различия в силе и количестве их линий поглощения — темных линий в звездных спектрах, вызванных поглощением атмосферой определенных частот. В 1865 году Секки начал классифицировать звезды по спектральным классам . [89] Первое свидетельство присутствия гелия наблюдалось 18 августа 1868 года в виде ярко-желтой спектральной линии с длиной волны 587,49 нанометров в спектре хромосферы Солнца. Линия была обнаружена французским астрономом Жюлем Янсеном во время полного солнечного затмения в Гунтуре, Индия.
Первое прямое измерение расстояния до звезды ( 61 Лебедя на расстоянии 11,4 световых лет ) было произведено в 1838 году Фридрихом Бесселем с использованием метода параллакса . Измерения параллакса продемонстрировали огромное расстояние между звездами на небе. [ нужна цитата ] Наблюдение за двойными звездами приобретало все большее значение в 19 веке. В 1834 году Фридрих Бессель наблюдал изменения в собственном движении звезды Сириус и предположил, что у нее есть скрытый спутник. Эдвард Пикеринг открыл первую спектроскопическую двойную систему в 1899 году, когда он наблюдал периодическое расщепление спектральных линий звезды Мицар за 104-дневный период. Подробные наблюдения многих двойных звездных систем были собраны такими астрономами, как Фридрих Георг Вильгельм фон Струве и С.В. Бернхэм , что позволило определить массы звезд на основе расчета элементов орбит . Первое решение проблемы определения орбиты двойных звезд на основе наблюдений телескопа было сделано Феликсом Савари в 1827 году. [90] В 1847 году Мария Митчелл открыла комету с помощью телескопа.
С накоплением больших наборов астрономических данных такие команды, как Гарвардские компьютеры , приобрели известность, что привело к тому, что многие женщины-астрономы, ранее назначавшиеся помощниками астрономам-мужчинам, получили признание в этой области. Военно -морская обсерватория США (USNO) и другие астрономические исследовательские институты нанимали человеческие «компьютеры» , которые выполняли утомительные вычисления, в то время как ученые проводили исследования, требующие дополнительных базовых знаний. [91] Ряд открытий, сделанных в этот период, первоначально были отмечены женщинами-«компьютерами» и доложены своим руководителям. Генриетта Суон Ливитт открыла зависимость переменного периода звезды от цефеиды , которую она в дальнейшем развила в метод измерения расстояний за пределами Солнечной системы.
Ветеран Гарвардской компьютерной школы Энни Дж. Кэннон в начале 1900-х годов разработала современную версию схемы классификации звезд (OBAFGKM, основанную на цвете и температуре), вручную классифицируя за всю жизнь больше звезд, чем кто-либо другой (около 350 000). [92] [93] В двадцатом веке наблюдался все более быстрый прогресс в научном изучении звезд. Карл Шварцшильд обнаружил, что цвет звезды и, следовательно, ее температура могут быть определены путем сравнения визуальной величины с фотографической величиной . Разработка фотоэлектрического фотометра позволила точно измерить величину в нескольких интервалах длин волн. В 1921 году Альберт А. Майкельсон произвел первые измерения диаметра звезды с помощью интерферометра на телескопе Хукера в обсерватории Маунт-Вилсон . [94]
Важные теоретические работы по физическому строению звезд проводились в первые десятилетия двадцатого века. В 1913 году была разработана диаграмма Герцшпрунга-Рассела , положившая начало астрофизическим исследованиям звезд. В 1906 году в Потсдаме датский астроном Эйнар Герцшпрунг опубликовал первые графики зависимости цвета от светимости этих звезд. Эти графики показали заметную и непрерывную последовательность звезд, которую он назвал Главной последовательностью. В Принстонском университете Генри Норрис Рассел построил график спектральных типов этих звезд в зависимости от их абсолютной величины и обнаружил, что звезды-карлики следуют четкой взаимосвязи. Это позволило с достаточной точностью предсказать реальную яркость карликовой звезды. Были разработаны успешные модели для объяснения внутреннего строения звезд и звездной эволюции. Сесилия Пейн-Гапошкин впервые предположила, что звезды состоят в основном из водорода и гелия, в своей докторской диссертации 1925 года. [95] Дальнейшее понимание спектров звезд стало возможным благодаря достижениям квантовой физики . Это позволило определить химический состав звездной атмосферы. [96] Когда в 1930-е годы разрабатывались эволюционные модели звезд, Бенгт Стрёмгрен ввел термин «диаграмма Герцшпрунга – Рассела» для обозначения диаграммы классов спектральной светимости. Усовершенствованная схема звездной классификации была опубликована в 1943 году Уильямом Уилсоном Морганом и Филипом Чайлдсом Кинаном .
Существование нашей галактики , Млечного Пути , как отдельной группы звезд было доказано только в 20 веке, наряду с существованием «внешних» галактик, а вскоре после этого произошло расширение Вселенной, наблюдаемое в спаде большинства галактик. от нас. « Великие дебаты » между Харлоу Шепли и Хибером Кертисом в 1920-х годах касались природы Млечного Пути, спиральных туманностей и размеров Вселенной. [97]
С появлением квантовой физики спектроскопия получила дальнейшее развитие.
Было обнаружено, что Солнце является частью галактики , состоящей из более чем 10 10 звезд (10 миллиардов звезд). Существование других галактик, один из вопросов великих споров , было решено Эдвином Хабблом , который определил туманность Андромеды как другую галактику, а также многие другие, находящиеся на больших расстояниях и удаляющиеся, удаляясь от нашей галактики.
Физическая космология , дисциплина, которая имеет большое пересечение с астрономией, добилась огромных успехов в 20-м веке, при этом модель горячего Большого взрыва в значительной степени подтверждалась доказательствами, предоставленными астрономией и физикой, такими как красное смещение очень далеких галактик и радиоизлучение. источники, космическое микроволновое фоновое излучение , закон Хаббла и космологическое содержание элементов .
СМИ, связанные с историей астрономии, на Викискладе?
