stringtranslate.com

Неподвижные звезды

Звезды на ночном небе кажутся прикрепленными к темному фону, небесному куполу.
Кеплер, Иоганн. Mysterium Cosmographicum , 1596. Гелиоцентрическая интерпретация космоса Кеплером, содержащая самую внешнюю «sphaera stellar fixar», или сферу неподвижных звезд.

В астрономии неподвижные звезды ( лат . stellae fixae ) — это светящиеся точки, в основном звезды , которые кажутся неподвижными относительно друг друга на фоне темноты ночного неба . Это контрастирует с теми огнями, которые видны невооруженным глазом , а именно планетами и кометами , которые кажутся медленно движущимися среди этих «неподвижных» звезд. Неподвижные звезды включают в себя все звезды, видимые невооруженным глазом, кроме Солнца , а также слабую полосу Млечного Пути . Из-за их звездообразных очертаний при наблюдении невооруженным глазом, несколько видимых отдельных туманностей и других объектов дальнего космоса также причисляются к неподвижным звездам. При оптимальных условиях невооруженным глазом видно около 6000 звезд.

Термин «неподвижные звезды» является неправильным, поскольку эти небесные объекты на самом деле не фиксированы по отношению друг к другу или к Земле. Из-за их огромного расстояния от Земли эти объекты кажутся движущимися в небе настолько медленно, что изменение их относительного положения почти незаметно в человеческих масштабах времени, за исключением тщательного изучения с помощью современных инструментов , таких как телескопы , которые могут выявить их собственные движения . Следовательно, их можно считать «неподвижными» для многих целей, таких как навигация , картографирование звезд , астрометрия и хронометрирование .

Из-за больших расстояний до астрономических объектов человеческое зрение не способно воспринимать трехмерную глубину внешнего пространства , создавая впечатление, что все звезды и другие внесолнечные объекты равноудалены от наблюдателя. В астрономической традиции аристотелевской физики , которая охватывала период от Древней Греции до ранней научной Европы, считалось , что неподвижные звезды существуют прикрепленными к гигантской небесной сфере , или небосводу , который ежедневно вращается вокруг Земли. Поэтому она была известна как «сфера неподвижных звезд», которая действовала как предполагаемый предел всей вселенной . На протяжении многих столетий термин неподвижные звезды был синонимом этой небесной сферы.

Многие древние культуры наблюдали новые звезды, которые теперь называются новыми , что давало некоторую подсказку о том, что небеса не были полностью неизменными, но поскольку новые звезды затухают за несколько недель или месяцев, тогда это явление не было понято, как и кометы. В европейской научной астрономии доказательства, опровергающие существование небесного свода, собирались постепенно. Коперниканская революция 1540-х годов подпитывала идею, которой придерживались некоторые философы Древней Греции и исламского мира, о том, что звезды на самом деле являются другими солнцами, возможно, со своими собственными планетами. Окончательное открытие собственного движения было объявлено в 1718 году, а параллакс был заподозрен в 1670-х годах, но окончательно доказан в 1830-х годах. Другие культуры (например, китайская астрономия) либо никогда не верили в сферу неподвижных звезд, либо строили ее по-другому. (См. Космология § Исторические космологии .)

Люди во многих культурах представляли, что самые яркие звезды образуют созвездия , которые являются видимыми образами на небе, кажущимися постоянными, которые также считаются фиксированными . Таким образом, созвездия использовались на протяжении столетий, и до сих пор используются, для определения областей ночного неба как профессиональными астрономами , так и любителями .

Астрономические модели, включающие неподвижные звезды

Пифагорейцы

Пифагорейские философы придерживались ряда различных взглядов на структуру вселенной, но каждый включал сферу неподвижных звезд в качестве ее границы. Филолай (ок. 5 в. до н. э.) предложил вселенную, в центре которой находился центральный огонь , невидимый человеку. Все планеты, Луна, Солнце и звезды вращались вокруг этого центрального огня, а Земля была ближайшим к нему объектом. [1] В этой системе звезды содержатся в самой дальней сфере, которая также вращается, но слишком медленно, чтобы движение можно было наблюдать. Вместо этого движение звезд объясняется движением Земли вокруг центрального огня. [1]

Другой пифагореец, Экфант из Сиракуз (ок. 400 г. до н. э.), предложил систему, весьма похожую на систему Филолая, но без центрального огня. Вместо этого этот космос был сосредоточен на Земле, которая оставалась неподвижной, но вращалась вокруг оси, в то время как Луна, Солнце и планеты вращались вокруг нее. [1] Конечной границей этой системы была неподвижная сфера звезд, и воспринимаемое движение звезд, как считалось, было вызвано вращением Земли. [1]

Платон

Вселенная Платона (ок. 429-347 до н. э.) была сосредоточена на полностью неподвижной Земле, построенной из ряда концентрических сфер. Внешняя сфера этой системы состояла из огня и содержала все планеты (которые, по мнению Платона, включали Луну и Солнце). Самая внешняя часть этой сферы была местом расположения звезд. [2] Эта сфера огня вращалась вокруг Земли, увлекая за собой звезды. Вера в то, что звезды были зафиксированы на своем месте в сфере огня, имела большое значение для всей системы Платона. Положение звезд использовалось в качестве ориентира для всех небесных движений и использовалось для создания идей Платона о планетах, обладающих множественными движениями. [3]

Евдокс Книдский

Евдокс , ученик Платона, родился около 400 г. до н. э. [4] Будучи математиком и астрономом, он создал одну из самых ранних сфероцентрических моделей планетных систем, основанную на его опыте математика. Модель Евдокса была геоцентрической, в которой Земля была неподвижной сферой в центре системы, окруженной 27 вращающимися сферами. [4] Самая дальняя сфера несла звезды, которые, как он утверждал, были неподвижны внутри сферы. Таким образом, хотя звезды и двигались вокруг Земли сферой, которую они занимали, сами они не двигались и поэтому считались неподвижными. [5]

Аристотель

Аристотель , живший с 384 по 322 г. до н. э. [4], изучал и публиковал идеи, схожие с идеями Платона, основанные на системе Евдокса, но усовершенствовал их в своих книгах «Метафизика» и «О небесах » , написанных около 350 г. до н. э. [4] Он утверждал, что все вещи имеют какой-то способ движения (включая «небесные тела» или планеты), но он отрицает, что движение может быть вызвано вакуумом, потому что тогда объекты двигались бы слишком быстро и без разумных направлений. [4] Он утверждал, что все движется чем-то, и начал исследовать концепцию, похожую на гравитацию. Он был одним из первых, кто утверждал (и доказал), что Земля круглая, опираясь на наблюдения за затмениями и движениями других планет относительно Земли. [4] Он пришел к выводу, что большинство планет движется по кругу .

Его космос был геоцентрическим, с Землей в центре, окруженной слоем воды и воздуха, который, в свою очередь, был окружен слоем огня, который заполнял пространство, пока не достиг Луны. [5] Аристотель также предложил пятый элемент, называемый «эфир», который, как предполагается, составляет Солнце, планеты и звезды. [4] Однако Аристотель считал, что в то время как планеты вращаются, звезды остаются неподвижными. Его аргумент состоял в том, что если такое массивное тело движется, то, несомненно, должны быть доказательства, которые можно заметить с Земли. [6] Однако никто не может услышать, как движутся звезды, и они не могут реально увидеть свое движение, поэтому Аристотель заключает, что, хотя они могут перемещаться планетами, сами они не движутся. Он пишет в «О небесах» : «Если бы тела звезд двигались в количестве либо воздуха, либо огня... шум, который они создавали, неизбежно был бы огромным, и поскольку это так, он достиг бы и разбил бы вещи здесь, на Земле». [7] Его теория о том, что звезды могут перемещаться, но неподвижны и не могут автономно двигаться или вращаться, некоторое время была широко принята.

Аристарх Самосский

Аристарх (III в. до н. э.) предложил раннюю гелиоцентрическую вселенную , которая позже вдохновила Коперника . В его модели Солнце, полностью неподвижное, находилось в центре, а все планеты вращались вокруг него. [8] За планетами находилась сфера неподвижных звезд, также неподвижная. Эта система представляла еще две уникальные идеи в дополнение к гелиоцентрической: Земля вращалась ежедневно, создавая день, ночь и воспринимаемые движения других небесных тел, а сфера неподвижных звезд на ее границе была очень далека от ее центра. [9] Это огромное расстояние пришлось предположить из-за того, что звезды, как наблюдалось, не имели параллакса , что можно объяснить только геоцентричностью или огромными расстояниями, которые создают параллакс, слишком малый для измерения.

Клавдий Птолемей

Птолемей , 100-175 гг. н.э., [5] обобщил идеи о космосе с помощью своих математических моделей и своей книги «Математический синтаксис» , гораздо более известной как « Альмагест» . [4] Она была написана около 150 г. н.э., и Птолемей заявил, что расположение звезд по отношению друг к другу и расстояния между ними остаются неизменными из-за вращения небес. [5] Он использовал метод, использующий затмения, для определения расстояний до звезд и вычислил расстояние до Луны на основе наблюдений параллакса. [10] Вскоре после этого он написал продолжение под названием « Планетарные гипотезы». [10]

Птолемей использовал и писал о геоцентрической системе, во многом опираясь на традиционную физику Аристотеля, [10] но используя более сложные устройства, известные как деференты и эпициклы , которые он заимствовал из предыдущих работ геометра Аполлония Пергского и астронома Гиппарха Никейского . [11] Он заявил, что звезды неподвижны в своих небесных сферах, но сами сферы не неподвижны. Таким образом, вращения этих сфер объясняют тонкие движения созвездий в течение года. [5]

Марциан Капелла

Марциан Капелла (ок. 410–420 гг. до н. э.) описывает модифицированную геоцентрическую модель, в которой Земля покоится в центре Вселенной и вращается вокруг Луны, Солнца, трех планет и звезд, в то время как Меркурий и Венера вращаются вокруг Солнца, все окруженные сферой неподвижных звезд. [12] Его модель не получила широкого признания, несмотря на его авторитет; он был одним из первых разработчиков системы семи свободных искусств , тривиума ( грамматика , логика и риторика ) и квадривиума ( арифметика , геометрия , музыка , астрономия ), которые структурировали раннее средневековое образование. [13] Тем не менее, его единственный энциклопедический труд De nuptiis Philologiae et Mercurii («О браке филологии и Меркурия»), также называемый De septem disciplinis («О семи дисциплинах»), читался, преподавался и комментировался на протяжении всего раннего Средневековья и сформировал европейское образование в период раннего Средневековья и Каролингского Возрождения . [14]

Николай Коперник

Николай Коперник (1473-1543) создал гелиоцентрическую систему, состоящую из сфер, несущих каждое из небесных тел. [15] Последней сферой в его модели была сфера неподвижных звезд. Эта последняя сфера была самой большой в его космосе, как по диаметру, так и по толщине. Эта сфера звезд полностью неподвижна, поскольку звезды встроены в сферу, а сама сфера неподвижна. [15] Таким образом, воспринимаемое движение звезд создается суточным вращением Земли вокруг своей оси.

Тихо Браге

Система Вселенной Тихо Браге (1546-1601) была названа «геогелиоцентрической» из-за ее двойной структуры. [9] В ее центре находится неподвижная Земля, вокруг которой вращаются Луна и Солнце. Затем планеты вращаются вокруг Солнца, в то время как оно вращается вокруг Земли. За всеми этими небесными телами лежит сфера неподвижных звезд. [16] Эта сфера вращается вокруг неподвижной Земли, создавая воспринимаемое движение звезд на небе. [16] Эта система имеет интересную особенность, заключающуюся в том, что Солнце и планеты не могут быть заключены в твердые сферы (их сферы столкнулись бы), но при этом звезды представлены как заключенные в неподвижную сферу на границе космоса. [16]

Иоганн Кеплер

Иоганн Кеплер (1571–1630) был преданным коперниканцем, следовавшим моделям и идеям Коперника, но развивавшим их. [4] Он также был помощником Тихо Браге и мог получить доступ к точным измерениям своего покровителя в его базе данных наблюдений. Mysterium cosmographicum Кеплера (1596), сильная защита системы Коперника, все еще содержит изображение, обозначающее самую удаленную небесную сферу как Sphaera Stellar Fixar , что на латыни означает сфера неподвижных звезд, следуя давней вере в такую ​​сферу.

Эта точка зрения была позднее заменена в его книге Astronomia nova (1609), где он установил свои законы движения планет , [17] математическую основу для его собственных Рудольфинских таблиц , которые являются рабочими таблицами, с помощью которых можно было показать положение планет. [10] Законы Кеплера стали переломным моментом в окончательном опровержении старых геоцентрических (или птолемеевских) космических теорий и моделей, [18] что было подкреплено первым использованием телескопа его современником Галилео Галилеем , также сторонником Коперника.

Расчетный радиус

Первые греки, как и многие другие древние культуры, думали о небе как о гигантской куполообразной структуре, возвышающейся всего на несколько метров над самыми высокими горами. Миф об Атласе гласит, что этот титан держал на своих плечах все небеса. [19]

Около 560 г. до н. э. Анаксимандр был первым, кто представил систему, в которой небесные тела вращались на разных расстояниях. Но ошибочно он считал, что звезды были ближе к Земле (примерно в 9-10 раз больше размера Земли), чем Луна (в 18-19 раз) и Солнце (в 27-28 раз). [20] Тем не менее, более поздние пифагорейцы , такие как Филолай около 400 г. до н. э., также представляли себе вселенную с вращающимися телами , [21] таким образом предполагая, что неподвижные звезды были, по крайней мере, немного дальше, чем Луна, Солнце и остальные планеты .

Между тем, около 450 г. до н. э. Анаксагор был первым философом, который рассматривал Солнце как огромный объект (больше, чем земля Пелопоннеса [22] ), и, следовательно, осознавал, как далеко от Земли оно может находиться. Он предположил, что Луна каменистая , поэтому непрозрачная , и находится ближе к Земле, чем Солнце, давая правильное объяснение затмений . [23] Поскольку Солнце и Луна представлялись сферическими телами, и поскольку они не сталкиваются во время солнечных затмений , это подразумевает, что внешнее пространство должно иметь некоторую определенную, неопределенную глубину.

Евдокс Книдский около 380 г. до н. э. разработал геометрическо-математическую модель движения планет, основанную на (концептуальных) концентрических сферах с центром на Земле [24] , а к 360 г. до н. э. Платон в своем «Тимее» утверждал, что круги и сферы являются предпочтительной формой вселенной, и что Земля находится в центре, а звезды образуют самую внешнюю оболочку, за которой следуют планеты, Солнце и Луна. [25]

Около 350 г. до н. э. Аристотель модифицировал модель Евдокса, предположив, что сферы были материальными и кристаллическими. [26] Он смог сформулировать сферы для большинства планет, однако сферы для Юпитера и Сатурна пересекали друг друга. Аристотель решил эту проблему, введя развернутую сферу. Благодаря всем этим устройствам, и даже если предположить, что планеты были звездоподобными, отдельными точками, сфера неподвижных звезд должна была неявно находиться дальше, чем считалось ранее.

Около 280 г. до н. э. Аристарх Самосский предложил первое определенное обсуждение возможности гелиоцентрического космоса [27] и геометрическими средствами оценил радиус орбиты Луны в 60 радиусов Земли , а ее физический радиус — в одну треть радиуса Земли. Он предпринял неточную попытку измерить расстояние до Солнца, но достаточную, чтобы утверждать, что Солнце намного больше Земли и находится намного дальше Луны. Таким образом, меньшее тело, Земля, должно вращаться вокруг большего тела, Солнца, а не наоборот. [28] Это рассуждение привело его к утверждению, что, поскольку звезды не показывают явного параллакса, наблюдаемого с Земли в течение одного года, они должны быть очень, очень далеко от земной поверхности, и, предполагая, что все они находятся на одинаковом расстоянии от нас, он дал относительную оценку.

Следуя гелиоцентрическим идеям Аристарка (но не поддерживая их явно), около 250 г. до н. э. Архимед в своей работе «Песочный счетовод» вычисляет диаметр Вселенной с центром вокруг Солнца, который составляет примерно10 × 10 14  стадий (в современных единицах измерения около 2 световых лет ,18,93 × 10 12  км ,11,76 × 10 12  миль ). [29]

По словам самого Архимеда:

Его [Аристарха] гипотезы заключаются в том, что неподвижные звезды и Солнце остаются неподвижными, что Земля вращается вокруг Солнца по окружности, причем Солнце лежит в середине орбиты, и что сфера неподвижных звезд, расположенная примерно в том же центре, что и Солнце, настолько велика, что окружность, по которой, как он предполагает, вращается Земля, находится в такой же пропорции к расстоянию до неподвижных звезд, в какой центр сферы находится к ее поверхности. [30]

Около 210 г. до н.э. Аполлоний Пергский показывает эквивалентность двух описаний видимых ретроградных движений планет (предполагая геоцентрическую модель): одно с использованием эксцентриков, а другое с использованием деферентов и эпициклов . [11]

В следующем столетии меры размеров и расстояний Земли и Луны улучшились. Около 200 г. до н. э. Эратосфен определил, что радиус Земли составляет примерно 6400 км (4000 миль). [31] Около 150 г. до н. э. Гиппарх использовал параллакс, чтобы определить, что расстояние до Луны составляет примерно 380 000 км (236 100 миль), [32] почти совпадая с Аристархом. Это наложило минимальный радиус для сферы неподвижных звезд на расстояние от центра до центра Земли до Луны плюс радиус Луны (приблизительно 1/3 радиуса Земли), плюс ширина Солнца (она, по крайней мере, такая же, как у Луны), плюс неопределенная толщина сфер планет (считающихся тонкими, в любом случае), что в общей сложности составило около 386 400 км (240 100 миль). Это примерно в 24 500 000 раз меньше расчетов Архимеда.

Сложность, описываемая геоцентрической моделью

Около 130 г. н.э. Птолемей принял эпициклы Аполлония в своей геоцентрической модели . [33] Эпициклы описываются как орбита внутри орбиты. Например, глядя на Венеру, Птолемей утверждал, что она вращается вокруг Земли, и, вращаясь вокруг Земли, она также вращается по исходной орбите, перемещаясь по второй, меньшей локальной сфере. (Птолемей подчеркивал, что движение эпицикла не применимо к Солнцу.) Это устройство обязательно увеличивает каждую из небесных сфер , тем самым делая внешнюю сферу неподвижных звезд еще больше.

Когда ученые применили эпициклы Птолемея, они предположили, что каждая планетная сфера была достаточно толстой, чтобы вместить их. [34] Объединив эту модель вложенных сфер с астрономическими наблюдениями, ученые вычислили то, что стало общепринятыми значениями в то время для расстояний до Солнца: около 4 миллионов километров (2,5 миллиона миль), и до края Вселенной: около 73 миллионов километров (45 миллионов миль), [35] что все еще примерно в 130 000 раз меньше, чем у Архимеда.

Методы Птолемея, описанные в его «Альмагесте» , были достаточно точными, чтобы оставаться неоспоримыми на протяжении более 1500 лет. [36] Однако к эпохе европейского Возрождения возможность того, что такая огромная сфера могла бы совершить один оборот на 360° вокруг Земли всего за 24 часа, считалась маловероятной, [37] и этот момент был одним из аргументов Николая Коперника в пользу отказа от многовековой геоцентрической модели.

Самая высокая верхняя граница, когда-либо данная, была дана еврейским астрономом Леви бен Гершоном (Герсонидом), который около 1300 года оценил расстояние до неподвижных звезд не менее чем в 159 651 513 380 944 радиусов Земли, или около 100 000 световых лет в современных единицах. [38] Это была завышенная оценка; хотя в реальной Вселенной есть звезды дальше этого расстояния, как в Млечном Пути (примерно в три раза шире), так и во всех внешних галактиках , ближайшей к Земле звездой (кроме Солнца) является Проксима Центавра, находящаяся всего в 4,25 световых годах.

В других культурах

В скандинавской мифологии

Попытки объяснить вселенную исходят из наблюдений за объектами, обнаруженными в небе. Разные культуры исторически имеют различные истории, чтобы дать ответ на вопросы о том, что они видят. Норвежская мифология берет свое начало в Северной Европе, вокруг географического положения современного региона Скандинавии и Северной Германии . Норвежская мифология состоит из сказок и мифов, происходящих от древнескандинавского языка , который был северогерманским языком со времен Средневековья . Существует ряд рукописных текстов, написанных на древнескандинавском языке, которые содержат коллекцию [35] стихотворений, написанных из устной традиции. [39] Среди историков, кажется, есть предположения о конкретных датах написания стихотворений, однако предполагаемая запись текстов относится к началу тринадцатого века. [40] Хотя устная традиция передачи сказаний существовала задолго до появления текстовых рукописей и печатных версий.

Среди сохранившихся текстов есть упоминание о мифологическом боге Одине . Ученые пересказали историю мифа о сотворении мира богов-асов, которая включает идею неподвижных звезд, обнаруженную в телеологии истории. Падарик Колум написал книгу « Дети Одина» , в которой во многих подробностях повторяется история о том, как боги-асы привели великана по имени Имир к его гибели и создали мир из его тела, прикрепив искры из огненного Муспельхейма , или неподвижных звезд, к куполу неба, который был черепом Имира. [41] Скандинавский миф о сотворении мира является одним из нескольких случаев, в которых звезды рассматривались как закрепленные на сфере за пределами Земли. Более поздняя научная литература демонстрирует астрономическую мысль, которая сохраняла версию этой идеи до семнадцатого века.

Развитие западной астрономии

Коперник, Николай. О вращении небесных сфер . Нюрнберг. 1543. Печатная копия работы Коперника, показывающая модель Вселенной с Солнцем в центре и сферой «неподвижных звезд» снаружи согласно его теории космоса.

Западные астрономические знания основывались на традиционных мыслях из философских и наблюдательных исследований греческой античности . Другие культуры внесли свой вклад в размышления о неподвижных звездах, включая вавилонян, которые с восемнадцатого по шестой век до нашей эры составляли карты созвездий . Карты звезд и идея мифологических историй для их объяснения в значительной степени приобретались по всему миру и в нескольких культурах. Одним из сходств между ними всеми было предварительное понимание того, что звезды были фиксированными и неподвижными во вселенной.

Это понимание было включено в теоретические модели и математические представления космоса философами, такими как Анаксимандр и Аристотель, из Древней Греции. Анаксимандр предложил этот оригинальный (и ошибочный) порядок небесных объектов над Землей: сначала ближайший слой с неподвижными звездами плюс планеты, затем еще один слой с Луной и, наконец, внешний с Солнцем. Для него звезды , а также Солнце и Луна были отверстиями «колесообразных сгущений, наполненных огнем». [42] Все другие более поздние модели планетной системы показывают небесную сферу, содержащую неподвижные звезды на самой внешней части вселенной, ее краю, внутри нее лежат все остальные движущиеся светила.

Платон , Аристотель и другие подобные греческие мыслители античности, а позже и Птолемеевская модель космоса показали вселенную с центром на Земле. Птолемей оказал влияние своим в значительной степени математическим трудом, Альмагестом , который пытается объяснить особенность звезд, которые двигались. Эти «блуждающие звезды», планеты, двигались на фоне неподвижных звезд, которые были разбросаны по сфере, окружающей вселенную. Эта геоцентрическая точка зрения сохранялась в течение всего Средневековья и позже была опровергнута последующими астрономами и математиками, такими как Николай Коперник и Иоганн Кеплер , которые бросили вызов давнему взгляду на геоцентризм и построили вселенную с центром на Солнце, известную как гелиоцентрическая система. Традиция мысли, которая проявляется во всех этих системах вселенной, даже с их расходящимися механизмами, заключается в наличии сферы неподвижных звезд.

Гелиоцентрическая вселенная, представленная в De Mundo Nostro Sublunari Philosophia Nova (Новая философия о нашем подлунном мире), приписываемая Уильяму Гилберту , 1631 (посмертно). Текст гласит: «Звезды вне сферы солнечной силы или в форме излияния не движутся Солнцем, но кажутся нам неподвижными».

В шестнадцатом веке ряд авторов, вдохновленных Коперником, такие как Томас Диггес [43] , Джордано Бруно [44] и Уильям Гилберт [37], утверждали, что Вселенная бесконечно протяженная или даже бесконечна, а другие звезды — далекие солнца, прокладывая путь к опровержению аристотелевской сферы неподвижных звезд. (Это было возрождением убеждений, которых придерживались Демокрит , Эпикур [45] и Фахр ад-Дин ар-Рази [46] ).

Исследования небес были революционизированы с изобретением телескопа . Впервые разработанный в 1608 году, Галилео Галилей услышал о нем и сделал телескоп для себя. [10] Он сразу же заметил, что планеты на самом деле не были идеально гладкими, теория ранее выдвинутая Аристотелем. [10] Он продолжил исследовать небо и созвездия и вскоре понял, что «неподвижные звезды», которые были изучены и нанесены на карту, были лишь крошечной частью огромной вселенной, которая лежала за пределами досягаемости невооруженного глаза. [10] Когда в 1610 году он направил свой телескоп на тусклую полоску Млечного Пути , он обнаружил, что она распадается на бесчисленные белые звездообразные пятна, предположительно, сами более далекие звезды. [47]

Развитие законов Исаака Ньютона , опубликованное в его труде Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica в 1687 году, вызвало у теоретиков новые вопросы о механизмах небес: универсальная сила тяготения предполагала, что звезды не могут быть просто неподвижны или находиться в состоянии покоя, поскольку их гравитационное притяжение вызывает «взаимное притяжение» и, следовательно, заставляет их двигаться относительно друг друга. [5]

Термин « Солнечная система » вошел в английский язык в 1704 году, когда Джон Локк использовал его для обозначения Солнца, планет и комет в целом. [48] К тому времени было несомненно установлено, благодаря возросшим телескопическим наблюдениям, а также небесной механике Кеплера и Ньютона , что планеты — это другие миры, а звезды — другие далекие солнца, поэтому вся Солнечная система на самом деле является лишь малой частью чрезвычайно большой Вселенной и, безусловно, чем-то отдельным.

«Неподвижные звезды» не фиксированы

Принцип эффекта звездного параллакса и определение одного парсека как единицы расстояния (не в масштабе).
Соотношение между собственным движением и компонентами скорости далекого движущегося небесного объекта, наблюдаемого из Солнечной системы (не в масштабе).
Доплеровское красное и синее смещение

Астрономы и натурфилософы раньше делили светила на небе на две группы. Одна группа состояла из неподвижных звезд , которые, кажется, восходят и заходят, но сохраняют то же относительное расположение с течением времени и не показывают явного звездного параллакса , который является изменением видимого положения, вызванным орбитальным движением Земли. Другая группа состояла из планет, видимых невооруженным глазом , которые они называли блуждающими звездами . (Солнце и Луну иногда также называли звездами и планетами.) Планеты, кажется, движутся вперед и назад , меняя свое положение за короткие периоды времени (недели или месяцы). Кажется, что они всегда движутся в пределах полосы звезд, называемой на Западе зодиаком . Планеты также можно отличить от неподвижных звезд, потому что звезды имеют тенденцию мерцать, в то время как планеты, кажется, светят ровным светом.

Однако неподвижные звезды показывают параллакс. Его можно использовать для определения расстояния до близлежащих звезд. Это движение только кажущееся; движется Земля. Этот эффект был достаточно мал, чтобы его можно было точно измерить до 19 века, но примерно с 1670 года и позже такие астрономы, как Жан Пикар , Роберт Гук , Джон Флемстид и другие, начали обнаруживать движение звезд и пытаться проводить измерения. Эти движения составляли значительные, хотя и почти незаметно малые, доли. [10] Первые успешные измерения звездного параллакса были выполнены Томасом Хендерсоном в Кейптауне , Южная Африка , с 1832 по 1833 год, где он измерил параллакс и расстояние до одной из ближайших звезд ― Альфа Центавра . [49] Хендерсон не публиковал эти наблюдения до 1839 года, после того как Фридрих Вильгельм Бессель опубликовал свои наблюдения параллакса и оценку расстояния до 61 Лебедя в 1838 году.

Однако неподвижные звезды также демонстрируют реальное движение. Это движение можно рассматривать как имеющее компоненты, которые состоят частично из движения галактики, к которой принадлежит звезда, частично из вращения этой галактики и частично из движения, свойственного самой звезде внутри ее галактики. В случае звездных систем или звездных скоплений отдельные компоненты даже движутся относительно друг друга нелинейным образом.

Относительно Солнечной системы это реальное движение звезды делится на радиальное движение и собственное движение , при этом «собственное движение» является компонентом поперек линии зрения. [50] В 1718 году Эдмунд Галлей объявил о своем открытии, что неподвижные звезды на самом деле имеют собственное движение. [51] Собственное движение не было замечено древними культурами, поскольку для его обнаружения требуются точные измерения в течение длительных периодов времени. Фактически, ночное небо сегодня выглядит очень похоже на то, что оно выглядело тысячи лет назад, настолько, что некоторые современные созвездия были впервые названы вавилонянами .

Типичный метод определения собственного движения — измерение положения звезды относительно ограниченного, выбранного набора очень удаленных объектов, которые не демонстрируют взаимного движения и которые, из-за своего расстояния, как предполагается, имеют очень малое собственное движение. [52] Другой подход — сравнение фотографий звезды в разное время на большом фоне более удаленных объектов. [53] Звезда с самым большим известным собственным движением — это звезда Барнарда . [51]

Лучевая скорость звезд и других объектов дальнего космоса может быть обнаружена спектроскопически с помощью эффекта Доплера-Физо , при котором частота принимаемого света уменьшается для удаляющихся объектов ( красное смещение ) и увеличивается для приближающихся объектов ( синее смещение ) по сравнению со светом, излучаемым неподвижным объектом. Уильям Хаггинс рискнул в 1868 году оценить лучевую скорость Сириуса относительно Солнца, основываясь на наблюдаемом красном смещении света звезды. [54]

Фраза «неподвижная звезда» технически неверна, но тем не менее она используется в историческом контексте и в классической механике. При использовании в качестве визуального ориентира для наблюдений их обычно называют фоновыми звездами или просто далекими звездами , все еще сохраняя интуитивное значение того, что они «неподвижны» в некотором практическом смысле.

В классической механике

Во времена Ньютона неподвижные звезды рассматривались как система отсчета, якобы покоящаяся относительно абсолютного пространства . В других системах отсчета, находящихся либо в покое относительно неподвижных звезд, либо в равномерном перемещении относительно этих звезд, законы движения Ньютона должны были выполняться. Напротив, в системах, ускоряющихся относительно неподвижных звезд, в частности, вращающихся относительно неподвижных звезд, законы движения не выполнялись в своей простейшей форме, а должны были быть дополнены добавлением фиктивных сил , например, силы Кориолиса и центробежной силы .

Как мы теперь знаем, неподвижные звезды не являются неподвижными . Концепция инерциальных систем отсчета больше не привязана ни к неподвижным звездам, ни к абсолютному пространству. Скорее, идентификация инерциальной системы отсчета основана на простоте законов физики в системе, в частности, на отсутствии фиктивных сил.

Закон инерции справедлив для системы координат Галилея, которая является гипотетической системой, относительно которой неподвижные звезды остаются неподвижными.

В реляционной механике

Ссылки для этого раздела: [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61]

Неподвижные звезды можно наблюдать вне поля зрения классической механики и поля зрения реляционной механики. Реляционная квантовая механика — это теория поля, которая является частью классической механики, которая определяет только эволюцию расстояний между частицами, а не их движение. Формирование этой теории поля дает решения критике, высказанной Лейбницем и Махом в отношении механики Ньютона. Поскольку Ньютон полагался на абсолютное пространство, реляционная механика — нет. Описание неподвижных звезд в терминах реляционной механики согласуется с механикой Ньютона .

Использование привилегированных систем отсчета (ньютоновская система отсчета) позволяет наблюдать кеплеровские орбиты для движения планет; однако наблюдение за отдельными эволюциями не имеет значения в реляционной механике. Отдельная эволюция может быть искажена путем изменения системы отсчета, в которой положение и скорость отдельной эволюции считаются ненаблюдаемыми. Наблюдаемыми в реляционной механике являются расстояние между частицами и углы прямых линий, соединяющих частицы. Реляционные уравнения имеют дело с эволюцией наблюдаемых переменных, поскольку они независимы от систем отсчета и могут вычислять заданную эволюцию расстояний, которые отдельные эволюции могут описывать из разных систем отсчета. Это может означать только то, что калибровочная симметрия использует механику с существенной реляционной особенностью, которую утверждал Лейбниц.

Лейбниц и Мах критиковали использование абсолютного пространства для подтверждения ньютоновских систем отсчета. Лейбниц верил в связь тел, а не в индивидуальные эволюции относительно метафизически определенных систем отсчета. Мах критиковал концепцию Ньютона об абсолютном ускорении, заявляя, что форма воды доказывает вращение только по отношению к остальной части Вселенной. Критика Маха была позже подхвачена Эйнштейном , сформулировавшим «принцип Маха», идею о том, что инерция определяется взаимодействием с остальной частью Вселенной. Реляционную механику можно назвать махистской теорией.

Реформа механики в 20 веке была полна реляционных принципов. Законы механики объединяют потенциальные и кинетические переменные, которые в этом случае, потенциал уже реляционен, поскольку он содержит расстояния между частицами. Ньютоновская кинетическая энергия содержала индивидуальные скорости, которые пытались переформулировать в относительные скорости и возможность расстояний. Однако эти попытки привели ко многим противоположным концепциям инерции, которые не были поддержаны, с чем многие согласились, что основная предпосылка ньютоновской кинетической энергии должна быть сохранена.

Эволюция расстояний между частицами не требует инерциальных систем отсчета, чтобы проявить себя, а вместо этого использует их в качестве координат для частиц. Два разных закона механики концептуально различны. Примером может служить изоляция подсистемы, где закон Ньютона описывал бы ее эволюцию в терминах абсолютных, начальных и конечных условий. Реляционная механика описывала бы ее эволюцию в терминах внутренних и внешних расстояний, поэтому даже если система «изолирована», ее эволюция всегда будет описываться отношением подсистемы к остальной части вселенной.

Литературные ссылки

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcd Педерсен, Олаф (1974). Ранняя физика и астрономия: историческое введение . Пиль, Могенс. Лондон: MacDonald and Janes. С. 59–63. ISBN 0-356-04122-0. OCLC  1094297.
  2. ^ Корнфорд, Фрэсис (1960). Космология Платона; Тимей Платона, переведенный с комментариями Фрэнсиса Макдональда Корнфорда . Индианаполис: Bobbs-Merrill. С. 54–57.
  3. ^ Педерсен, Олаф (1974). Ранняя физика и астрономия: историческое введение . Пиль, Могенс. Лондон: MacDonald and Janes. стр. 65–67. ISBN 0-356-04122-0. OCLC  1094297.
  4. ^ abcdefghi Ланг, Кеннет Р. Спутник астрономии и астрофизики: хронология и глоссарий с таблицами данных . [Нью-Йорк]. ISBN 0-387-30734-6. OCLC  70587818.
  5. ^ abcdef Бартусяк, Марсия (2004). Архивы вселенной: сокровищница исторических открытий астрономии (1-е изд.). Нью-Йорк: Pantheon Books. ISBN 0-375-42170-X. OCLC  54966424.
  6. ↑ Кейс, Стивен (лето 2013 г.). «Божественные животные: Платон, Аристотель и звезды». Mercury . 42 : 29–31 – через Academia.
  7. ^ "VII. Небеса", Аристотель , Columbia University Press, 1960-12-31, стр. 145–162, doi :10.7312/rand90400-008, ISBN 978-0-231-87855-5
  8. ^ Хит, Томас (1920). Коперник античности (Аристарх Самосский). Лондон: The Macmillan Company. С. 41.
  9. ^ ab Pedersen, Olaf (1974). Ранняя физика и астрономия: историческое введение . Pihl, Mogens. Лондон: MacDonald and Janes. стр. 63–64. ISBN 0-356-04122-0. OCLC  1094297.
  10. ^ abcdefgh Татон, Рене; Уилсон, Кертис (1989). Планетарная астрономия от эпохи Возрождения до возникновения астрофизики . Cambridge University Press. ISBN 0-521-24254-1. OCLC  769917781.
  11. ^ ab Кэррол, Брэдли и Остли, Дейл, Введение в современную астрофизику , второе издание, Эддисон-Уэсли, Сан-Франциско, 2007. стр. 4
  12. ↑ Брюс С. Иствуд, Упорядочение небес: римская астрономия и космология в эпоху Каролингского Возрождения (Лейден: Brill, 2007), стр. 238-9.
  13. ^ Маргарет Динесли , История раннего средневековья в Европе: с 476 по 911 год (Нью-Йорк: Routledge, 2020).
  14. ^ «Наиболее проясняющий подход к Марсиану — через его судьбу » (Stahl 1965, стр. 105).
  15. ^ ab Pedersen, Olaf (1974). Ранняя физика и астрономия: историческое введение . Pihl, Mogens. Лондон: MacDonald and Janes. стр. 303–307. ISBN 0-356-04122-0. OCLC  1094297.
  16. ^ abc Christianson, JR (John Robert) (2000). На острове Тихо: Тихо Браге и его помощники, 1570-1601. Кембридж, Великобритания: Cambridge University Press. стр. 122-123. ISBN 0-521-65081-X. OCLC  41419611.
  17. ^ Голдстейн, Бернард; Хон, Джиора (2005). «Переход Кеплера от сфер к орбитам: документирование революционной научной концепции». Перспективы науки . 13 : 74–111. doi :10.1162/1063614053714126. S2CID  57559843.
  18. ^ Мур, Патрик. (1976). Астрономия от AZ (ред.). Нью-Йорк: Scribner. ISBN 0-684-14924-9. OCLC  2967962.
  19. ↑ Гесиод , Теогония 517–520
  20. ↑ Большая часть модели Вселенной Анаксимандра взята из Псевдо-Плутарха (II, 20–28):
    «[Солнце] — это круг, в двадцать восемь раз больше Земли, с очертаниями, похожими на очертания колеса колесницы, наполненного огнем, на котором в определенных местах появляется рот, через который оно выплескивает свой огонь, как через отверстие в флейте. [...] Солнце равно Земле, но круг, на котором оно дышит и на котором оно носится, в двадцать семь раз больше всей Земли. [...] [Затмение] происходит, когда рот, из которого исходит огненное тепло, закрывается. [...] [Луна] — это круг, в девятнадцать раз больше всей Земли, весь наполненный огнем, как у Солнца».
  21. ^ Терстон, Хью (1994). Ранняя астрономия . Нью-Йорк: Springer-Verlag New York. стр. 111. ISBN 0-387-94107-X.
  22. ^ Sider, D. (1973). «Анаксагор о размере Солнца». Классическая филология . 68 (2): 128–129. doi :10.1086/365951. JSTOR  269068. S2CID  161940013.
  23. ^ Курд, Патрисия (2019). «Анаксагор». В Залте, Эдвард Н. (ред.). Стэнфордская энциклопедия философии .
  24. ^ Явец, Идо (февраль 1998 г.). «О гомоцентрических сферах Евдокса». Архив журнала History of Exact Sciences . 52 (3): 222–225. Bibcode : 1998AHES...52..222Y. doi : 10.1007/s004070050017. JSTOR  41134047. S2CID  121186044.
  25. ^ Педерсен, Олаф (1993). Ранняя физика и астрономия. Историческое введение . Кембридж (Великобритания): Cambridge University Press. ISBN 0-521-40340-5.
  26. ^ Терстон, Хью (1994). Ранняя астрономия . Нью-Йорк: Springer-Verlag New York. стр. 118. ISBN 0-387-94107-X.
  27. ^ Хит (1920, стр. 302)
  28. ^ Хиршфельд, Алан В. (2004). «Треугольники Аристарха». Учитель математики . 97 (4): 228–231. doi :10.5951/MT.97.4.0228. ISSN  0025-5769. JSTOR  20871578.
  29. ^ Архимед, Песчаный счетовод 511 RU, автор Илан Варди, дата обращения 28-II-2007.
  30. ↑ Аренариус, И., 4–7
  31. ^ Руссо, Лючио (2004). Забытая революция: как наука родилась в 300 г. до н.э. и почему ее пришлось возродить. Берлин: Springer. С. 68. ISBN 3-540-20396-6. OCLC  52945835.
  32. ↑ Г. Дж. Тумер, «Гиппарх о расстояниях Солнца и Луны», Архив истории точных наук 14 (1974), 126–142.
  33. ^ Норт, Джон (1995). История астрономии и космологии Нортона. Нью-Йорк: WWNorton & Company, Inc. стр. 115. ISBN 0-393-03656-1.
  34. ^ Линдберг, Дэвид С. (1992). Истоки западной науки. Чикаго: Издательство Чикагского университета. С. 251. ISBN 978-0-226-48231-6.
  35. ^ Ван Хелден, Альберт (1985). Измерение Вселенной: космические измерения от Аристарха до Галлея . Чикаго и Лондон: Издательство Чикагского университета. стр. 28–40. ISBN 978-0-226-84882-2.
  36. ^ "Альмагест – Птолемей (Елизавета)". projects.iq.harvard.edu . Получено 2022-11-05 .
  37. ^ ab Gilbert, William (1893). "Книга 6, Глава III". De Magnete. Перевод Mottelay, P. Fleury. (Факсимиле). Нью-Йорк: Dover Publications. ISBN 0-486-26761-X.
  38. ^ Кеннеди, ES (1986-06-01). «Астрономия Леви бен Герсона (1288–1344): критическое издание глав 1–20 с переводом и комментариями. Леви бен Герсон, Бернард Р. Голдштейн». Isis . 77 (2): 371–372. doi :10.1086/354184. ISSN  0021-1753.
  39. ^ Брей, Оливер (1908). Старшая или Поэтическая Эдда; обычно известная как Эдда Сеймунда. Отредактировано и переведено с введением и примечаниями Оливера Брея. Иллюстрировано WG Collingwood (1-е изд.). archive.org: Лондон Отпечатано для Viking Club.
  40. ^ Линдоу, Джон (2001). Скандинавская мифология: путеводитель по богам, героям, ритуалам и верованиям. books.google.com: Oxford University Press. ISBN 9780199839698.
  41. ↑ Колум, Падарик (2 марта 2008 г.). Дети Одина: Книга северных мифов. Проект Гутенберга: Электронная книга проекта Гутенберга. С. 62–69.
  42. ^ Хан, Чарльз (1960). Анаксимандр и истоки греческой космологии. Нью-Йорк: Columbia University Press. С. 84–85. ISBN 9780231903349.
  43. ^ Хеллиер, Маркус, ред. (2008). Научная революция: основные чтения. Blackwell Essential Readings in History. Том 7. John Wiley & Sons . стр. 63. ISBN 9780470754771. Пуританин Томас Диггес (1546–1595?) был первым англичанином, выступившим в защиту теории Коперника. ... Отчет Диггеса сопровождается диаграммой вселенной, изображающей гелиоцентрическую систему, окруженную сферой неподвижных звезд, которую Диггес описывает как бесконечно протяженную во всех измерениях.
  44. ^ Бруно, Джордано. «Третий диалог». О бесконечной вселенной и мирах . Архивировано из оригинала 27 апреля 2012 года.
  45. ^ Грескович, Питер; Руди, Питер (2006-07-24). "Экзопланеты". ESO. Архивировано из оригинала 10 октября 2008 года . Получено 2012-06-15 .
  46. ^ Сетия, Ади (2004). «Фахр ад-Дин ар-Рази о физике и природе физического мира: предварительный обзор» (PDF) . Ислам и наука . 2 (2). Архивировано из оригинала (PDF) 9 января 2020 года . Получено 26 мая 2018 года .
  47. ↑ Галилео Галилей, Sidereus Nuncius (Венеция, (Италия): Томас Бальони, 1610), страницы 15 и 16. Архивировано 16 марта 2016 г. на Wayback Machine.
    Английский перевод: Галилео Галилей с Эдвардом Стаффордом Карлосом, пер., The Sidereal Messenger (Лондон: Rivingtons, 1880), страницы 42 и 43. Архивировано 2 декабря 2012 г. на Wayback Machine.
  48. ^ "solar (adj.)". Онлайн-словарь этимологии . Архивировано из оригинала 18 марта 2022 г. Получено 2 мая 2022 г.
  49. ↑ Хендерсон, Томас (1839). «О параллаксе α Центавра». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 4 (19): 168–170. Bibcode :1839MNRAS...4..168H. doi : 10.1093/mnras/4.19.168 .
  50. ^ Джон Р. Перси (2007). Понимание переменных звезд. Cambridge University Press . стр. 21. ISBN 978-0-521-23253-1.
  51. ^ ab Тео Купелис; Карл Ф. Кун (2007). В поисках Вселенной . Jones & Bartlett Publishers . стр. 369. ISBN 978-0-7637-4387-1.
  52. ^ Питер Шнайдер (2006). Внегалактическая астрономия и космология. Springer. стр. 84, §2.6.5. ISBN 3-540-33174-3.
  53. ^ Кристофер Де Пре; Алан Аксельрод (2004). Полное руководство идиота по астрономии (3-е изд.). Alpha Books . стр. 198. ISBN 1-59257-219-7.
  54. ^ Хаггинс, У. (1868). «Дальнейшие наблюдения спектров некоторых звезд и туманностей с попыткой определить, движутся ли эти тела к Земле или от нее, а также наблюдения спектров Солнца и кометы II». Philosophical Transactions of the Royal Society of London . 158 : 529–564. Bibcode : 1868RSPT..158..529H. doi : 10.1098/rstl.1868.0022.
  55. ^ Ферраро, Рафаэль (2017). «Рамка неподвижных звезд в реляционной механике». Основы физики . 47 (1): 71. arXiv : 1801.00676 . Bibcode : 2017FoPh...47...71F. doi : 10.1007/s10701-016-0042-7. S2CID  254514108.
  56. ^ Готфрид Вильгельм фон Лейбниц; Сэмюэл Кларк; Готфрид Вильгельм Фрайгер фон Лейбниц; Роберт Гэвин Александр (1956). Переписка Лейбница-Кларка: вместе с выдержками из «Начал и оптики» Ньютона. Издательство Манчестерского университета. ISBN 978-0-7190-0669-2.
  57. ^ Мах, Эрнст; МакКормак, Перевод Томаса Дж. (2013). Наука механика . Bibcode : 2013scme.book.....M.
  58. ^ Эйнштейн, Альберт (1912). «Gibt es eine Gravitationswirkung, die der der der der der elektrodynamischen Induktionswirkung аналог?». Vierteljahrschrift FÜR Gerichtliche Medizin und ÖFfentliches SanitÄTswesen . 44 : 37. Бибкод :1912ВМед...44...37Е.
  59. ^ Эйнштейн, А. (2005). «Формальные основы теории относительности». Альберт Эйнштейн: Akademie-Vorträge . стр. 8–64. дои : 10.1002/3527608958.ch2. ISBN 9783527406098.
  60. ^ Эйнштейн, А. (1916). «Die Grundlage der allgemeinen Relativitätstheorie». Аннален дер Физик . 354 (7): 769. Бибкод : 1916АнП...354..769Е. дои : 10.1002/andp.19163540702.
  61. ^ Эйнштейн, А. (1918). «Принципы всей теории относительности». Аннален дер Физик . 360 (4): 241. Бибкод : 1918АнП...360..241Е. дои : 10.1002/andp.19183600402.