петък, 26 май 2017 г.

Древногръцките астрономи

  Астрономията е област, в която гърците са показали забележителни таланти. Наблюдателната астрономия, която е била основната форма на астрономия навсякъде другаде, се е развила стъпка напред в древна Гърция - те са се опитали да построят модел на вселената, който би могъл да представлява направените наблюдения. Те са разкрили всички въображаеми алтернативи и са разгледали много различни решения за различни астрономически проблеми, пред които са се изправяли. Те не само разгадават много от идеите на съвременната астрономия,  но и някои от техните идеи издържат около две хилядолетия. Дори по времето на Исак Нютон, някои аспекти от космологията на Аристотел все още са се изучавали в университета на Кеймбридж.
  Нашите знания за гръцката астрономия преди 4-ти век пр. Хр. са много непълни, Ние имаме само няколко оцелели писмени свидетелства и повечето от това, което знаем са референции и коментари от Аристотел, предимно становища, които той е на път да критикува. Това, което е ясно, е че се е вярвало, че Земята е сфера и че е имало нарастващи усилия да разберем природата в чисто физически аспект, без прибягване до свръхестествени обяснения.
  Гръцките съседи, египтяните и вавилонците, са имали високо развити познания по астрономия, но силите, които са ги движели, били различни. Египетската администрация се е осланяла на добре установени календари за да предвиди наводняването от Нил; били са необходими ритуали за да може да се каже времето през нощта и ориентацията на монументите в основните посоки също е била важна. Вавилонците са вярвали в четенето на поличби в небето, като средство за осигуряване на държавата. Това са всички по-важни стимули за разработване на прецизна астрономия.
  Питагор се счита за първият грък, който смятал, че Земята е сферична, но тази идея вероятно е била основана на по-скоро мистични, отколкото научни причини. Питагорейците открили решаващи доказателства в подкрепа на идеята за сферична Земя, след като открили, че Луната свети като отразява светлина и правилното обяснение за затъмненията било намерено. Сянката на Земята на повърхността на Луната предполагала, че формата на нашата планета е сферична. 
  Книгата на Аристотел "От Небесата" обобщава някои астрономически понятия, от преди времето му. Той казва, например, че Ксенофан от Колофон твърди, че земята под нас е безкрайна, че тя е "избутала своите корени до безкрайност"; други смятали, че Земята лежи върху вода, твърдение, чийто оригинален автор изглежда е бил Талес (според Аристотел). Анаксимен, Анаксагор и Демокрит смятали, че Земята е плоска, като "облича като капак земята под него".

Гръцката астрономия след Аристотел

  Освен някои изключения, основният консенсус сред древногръцките астрономи бил, че вселената е геоцентрична. През 4 век пр.н.е., Платон и Аристотел постигнали съгласие за геоцентричната система, но и двамата мислители направили така, базирани на мистични аргументи: звездите и планетите обикаляли около Земята на сфери, подредени концентрично. Платон дори е описал вселената като Вретеното на Необходимостта, на което присъствали Сирените и се обръщало от трите Съдби. Платон отхвърлил идеята, че вселената се подчинява на природните закони, тъй като той отхвърля всяка форма на детерминизъм.  Всъщност непредвидимите движения на някои планети (особено Марс) били доказателство за Платон, че природните закони не могат да се отнасят към всички промени в природата. Екзодус, ученик на Платон, предизвикал възгледите на своя учител, работейки върху по-освободен от митове математически модел, но идеите за концентричните сфери и кръговите орбити на планетите просъществували.
  Докато обосновките на Аристотел за геоцентрична вселена изпитвали липса на научна подкрепа,  той предлага някои убедителни наблюдателни доказателства, които обосновават сферична Земя. Най-важното от тях е разликата в позицията на полярната звезда, когато променяме географската ширина - наблюдение, което предлага начин да се измери обиколката на Земята. 
  Аристотел, базирайки се в разликата на позицията на полярната звезда в Гърция и Египет, изчислил размера на планетата като 400 000 стадия. Ние не знаем как точно да превърнем стадия в сегашна мерна единица за разстояние, но основният консенсус е, че 400 000 стадия са около 64 000 км. Това е много повече от съвременните калкулации, но това, което е интересно е, че от теоретична перспектива изчислението е валиден метод да се пресметне размерът на нашата планета; неточността на цифрите, с които Аристотел е боравел е това, което му е попречило да стигне до приемлив резултат. 
  По-точно число за размер на нашата планета ще се появи по-късно с Ератостен (276-195 г. пр. Хр.), който сравнил хвърлените слънчеви сенки на две различни географски ширини (Александрия и Сиина) по едно и също време. С проста геометрия тогава той изчислил, че обиколката на Земята е 250 000 стадия, което е около 40 000 км. Изчисленията на Ератостен са с около 15% по-високи, но точността на неговата цифра няма да бъде подобрена до модерните времена. 
  Достатъчно добрите наблюдения на Аристотеловата космология съжителствали с редица мистични и естетически предразсъдъци. Вярвало се е, например, че небесните тела са били "неновородени и неразрушими", а също и "неизменни". Всички тела, които са съществували над нашата планета били считани за безупречни и вечни, една идея, която издържала дълго след Аристотел: дори и по време на Ренесанса, когато Галилео заявил, че повърхността на Луната е толкова несъвършена като нашата планета и изпълнена с планини и кратери, не е предизвикал нищо повече от скандал между Аристотеловите последователи, които все още доминирали в Европейското мислене.
  Въпреки общия консенсус за геоцентричния модел, е имало редица причини, които предполагали, че този модел не е напълно точен и се нуждае от корекции. Например за геоцентричния модел не е било възможно да обясни нито промяната в яркостта на планетите, нито техните ретроградни движения. Аристарх от Самос (310 г. пр.н.е. - 290 г. пр.н.е.) е древногръцки математик и астроном, който идва с алтернативна астрономическа хипотеза, която може да отговори на някои от тези въпроси. Изпреварвайки Коперник и Галилео с повече от 20 века, той твърди, че Слънцето, а не Земята е фиксираният център на вселената и Земята заедно с останалите планети се въртят около Слънцето. Той също така заявява, че звездите са далечни слънца, които остават неподвижни и че размерът на Вселената е много по-голям, отколкото съвременниците му вярвали. Използвайки внимателен геометричен анализ въз основа на размера на Земната сянка на Луната по време на лунно затъмнение, Аристарх знаел, че Слънцето е много по-голямо, отколкото е Земята. Възможно е идеята, че миниатюрните предмети трябвало да обикалят големите, а не обратното, да е мотивирало неговите революционни идеи. 
  Трудовете на Аристарх, където е представен хелиоцентричният модел, са загубени и ние знаем за тях, събирайки по-късни трудове и референции. Един от най-важните и ясни е, този, споменат от Архимед в книгата му "Пясъчният изчислител".
  Моделът на Аристарх е добра идея в лош момент, тъй като всички гръцки астрономи в древността са смятали за даденост, че орбитата на всички небесни тела трябва да е кръгла. Проблемът бил, че теорията на Аристарх не можела да се съгласува с предполагаемите кръгови движения на небесните тела. Реално орбитите на планетите са елиптични, не кръгови: елиптичните или каквито и да било други не-кръгови орбити не можело да бъдат приети; било почти богохулство от гледна точка на древногръцките астрономи. 
  Хипарх от Никея (190 г. пр.н.е. - 120 г. пр.н.е.), най-уважаваният и талантлив гръцки астроном в древността, изчислява дължината на лунния месец с грешка по-малко от една секунда, и оценява слънчевата година с грешка от шест минути. Той е направил каталог на небето предоставящ позициите на 1080 звезди, като посочва точните им небесни географска ширина и дължина. Тимохарис, 166 години преди Хипарх също е направил диаграма. Сравнявайки двете графики, Хипарх изчислява, че звездите са се преориентирали и тяхната видима позиция се е променила с около два градуса, и по този начин той открива и измерва равноденствената прецесия. Той изчислява, че прецесията е 36 секунди на година, оценка, която е малко по-кратка от модерните изчисления, които са 50. Той също осигурява повечето от изчисленията, които са гръбнакът на работата на Птолемей "Алмагест", масивно астрономическо есе, приключено през 2-ри век от н.е., което остава стандартен еталон за учени и е неоспорено до Ренесанса. 
  Хипарх сложил край на теорията на Аристарх с думите, че геоцентричната система по-добре обяснява наблюденията, отколкото модела на Аристарх. В резултат на това, той често е обвиняван за дърпане на астрономическия напредък назад, чрез облагодетелстване на погрешното мнение, че Земята е в центъра на всичко. Все пак това е риск, който обгражда всеки гений, две страни на една и съща монета: когато те са прави, могат да отключат революция от познания, а когато грешат, могат да замразят познанията за векове. 
  Аристотеловият модел е бил "спасен" чрез въвеждане на два геометрични инструмента, създадени от Аполоний от Перга около 200 г. пр.н.е. и усъвършенствани от Хипарх. Конвенционалните кръгове били заменени с ексцентрични кръгове. В един ексцентричен кръг планетите се премествали, както обикновено по еднакво кръгово движение около Земята, но нашата планета не е била център на окръжността, а по-скоро изместена спрямо центъра. По този начин, промените на скоростта на планетите могат да се обяснят, а също и промените в яркостта: планети ще се изглежда да се движат по-бързо, а също и да са по-ярки, когато те са били по-близо до Земята, и по-бавно, а също и бледи, когато те са били далеч от другата страна на своята орбита. Аполоний излиза с допълнителен инструмент, на епицикъл, орбита в рамките на орбитата (Луната се върти около Земята и Земята обикаля около Слънцето, или, с други думи, Луната се движи около Слънцето в един епицикъл). Това приспособление може също така да отчита промените в яркостта и скоростта, и може да се отчетат ретроградните движения на планетите, които са озадачавали повечето гръцки астрономи. 

Алмагест

  Между Хипарх и "Алмагетс" на Птолемей имаме разстояние от три века. Някои учени предполагат, че този период е един вид "тъмна ера" за гръцката астрономия, докато други вярват, че "Алмагест" отвява всички предишни астрономически работи. Това е излишен дебат, тъй като значението на един научен труд често се измерва с броя на предишните творби, които прави излишни. 
  "Алмагест" е колосална работа в областта на астрономията. Тя съдържа геометрични модели свързани с таблици, по които движенията на небесните тела могат да бъдат изчислени за неопределено време напред. Всички гръцко-вавилонски астрономически постижения са събрани в тази работа. Тя включва каталог съдържащ над 1000 фиксирани звезди. Космологията на "Алмагест" ще доминира западната астрономия за 14 века напред. Въпреки, че не е съвършена, тя е имала достатъчна точност, за да остане приемана до Ренесанса. 
  По ирония, Птолемей е бил повече астролог, отколкото астроном. По негово време не е имало ясно разграничение между неясната дейност на астрологията и науката на астрономията. Астрономическите наблюдения са просто страничен ефект от желанието на Птолемей като астролог, да може да каже и предвижда позициите на планетите по всяко време. Освен това, Птолемей е и автор на произведение на име "Тетрабиблос", класически труд по астрология. 
  Инструментите, разработени от Хипарх и Аполоний допускат достатъчна наблюдателна точност, насърчавайки напредъка на геоцентричната система, но общият успех никога не може да бъде постигнат. Птолемей добавя още един инструмент, за да "спаси изявите" на модела: на еквидистантната точка. Смисълът на евкидистантната точка е да бъде симетрично на ексцентричната Земя, и така планетата е била длъжна да се движи в орбитата си по такъв начин, че от гледна точка на еквидистантната точка да изглежда така, че все едно се движи равномерно в небето. Тъй като еквидистантната точка е изместена от центъра на орбитата, планетите трябва да са с променлива скорост за да изпълнят условието. Накратко, тъй като някои основни допускания на космологичния модел били грешни (геоцентричната идея, перфектните кръгови орбити, и т.н.), е било необходимо да се добавят съмнителни и сложни инструменти (ексцентрични окръжности, епицикли, еквидистантни точки и т.н.), за да се предотвратят несъответствия или, най-малкото, да се опитат да ги сведат до минимум. В крайна сметка моделът на Птолемей се е сгромолясал не само заради своите неточности, но и поради своята сложност. Когато хелиоцентричната хипотеза на Коперник била публикувана през 16-ти век тя набрала популярност не защото е била по-точна, а защото е била много по-проста и не е имала нужда от всичките сложни инструменти, които Птолемей е трябвало да използва. 

Наследство

  Древногръцките постижения в изкуствата, в политиката и дори във философията могат да бъдат съдени спрямо личния вкус, но това, което те са постигнали в областта на астрономията не може да бъде поставено под въпрос. Те не само са разработили прецизни астрономически познания, но също така успешно са използвали астрономичните данни, които са имали от Египтяни, Вавилонци и Халдейци и са успели да ги комбинират с техните собствени. Дори когато те са правили погрешно предположение, те показват уникална креативност, за да създадат инструменти, за да спасят собствените си грешки. До възхода на модерната наука, преди Ренесанса светът няма да види мислители с достатъчна астрономическа компетентност, които да оспорят понятията на древногръцката астрономия.

1 коментар: