*** "дотелескопная" эпоха *** 3. Археоастрономия. 4. Норман Локьер "Заря астрономии" (1894). 5. Пещера Ласко во Франции (15-19 тыс. лет назад). Шанталь Жегес Волькевич (археоастроном) считает, что там изображены созвездия того времени. На кадре в правом верхнем углу - козерог ~18тыс лет назад; в левом нижнем - лев; в правом нижнем - возничий и телец. 6,7. Стоунхендж (3тыс лет до н.э., неоднократно достраивался вплоть до 1600 до н.э.). В нем захоронено около 240 кремированных трупов. Именно радиоуглеродный анализ пепла позволил определить возраст сооружения. Крупные оси ориентированы на восход и закат Солнца в дни равноденствий и солнцестояний. Основная ось - восход Солнца в день летнего солнцестояния (северо-восток). Дополнительные камни - восход и закат Луны. Возможно, стоунхендж позволял также определять лунные и солнечные затмения. 8. Карнакский комплекс храмов (~2тыс до н.э.). Основная галерея изначально была рассчитана на то, что заходящее солнце в день летнего солнцестояния озарит статую Амона-Ра. С другой стороны, храм мог быть ориентирован на восходящее Солнце в день зимнего солнцестояния. Интересно, что соседний Луксорский храм представляет собой более древнее сооружение, судя по надстройке с измененным направлением оси. Сторонники теории инверсии (мухлюют на обратном вращении Венеры и ее резонансе с Землей - 13 венерианских лет == 5 земных, хотя, возможно, это объясняется тем, что Венера когда-то потеряла спутника - Меркурия) МП считают, что Солнце тогда восходило на западе, пока в 17в до н.э. не произошла "инверсия" (потом были еще инверсии в 13в до н.э. и 9 в до н.э.). 9,10. Три главные Пирамиды Гизы расположены относительно долины Нила так, чтобы точно воспроизвести положение трех звезд Пояса Ориона относительно Млечного Пути в 105 веке до н.э. Древняя религия египтян и египетский сотический календарь базировались на гелиакическом восходе Сириуса, предвещавшем разлив Нила. 11. Вследствие прецессии гелиакический восход Сириуса медленно сдвигается по отношению к временам года. Сегодня это событие наблюдается в августе, то есть в конце лета. В 2781 году до н.э. гелиакический восход Сириуса приходился на 21 июня, день летнего солнцестояния. Такое совпадение должно было произвести огромное впечатление на древних астрономов, живших на берегах Нила. Еще удивительнее это совпадение становилось из-за того, что именно в это время начинала прибывать вода в Ниле. Это тройное совпадение - летнее солнцестояние, гелиакический восход Сириуса и разлив Нила - неизбежно подталкивало к выводу, что одновременное восхождение солнца и Сириуса является космическим пусковым механизмом, дающим начало разливу Нила. Неудивительно, что египтяне считали эти загадочные 70 дней (период невидимости Сириуса), предшествующие возрождению великой реки, магическим превращением в преисподней Дуат, ведущим от смерти к возрождению. Календарь египтян был основан на "подвижном" годе в 365 дней, который на 1/4 суток меньше истинного, поэтому гелиакический восход Сириуса (первый восход после некоторого периода невидимости) постепенно смещался. Каждые 4 года накапливался один день разницы, а через 1460 лет Сириус снова появлялся в тот же календарный день. Это т.н. сотический цикл. Вследствие прецессии земной оси северный и южный полюсы мира вращаются вокруг полюсов эклиптики с периодом 25800 лет. Северный полюс эклиптики находится в созвездии Дракона. Совершенно случайно прецессия и собственное движение Сириуса (RA: -546.05mas в год, Dec: -1223.14mas в год) привели к тому, что гелиактические восходы Сириуса повторялись почти точно каждые 365.25 лет (что и привело к введению юлианского календаря), а гелиактический восход в равноденствие повторялся каждые ~1460 лет. Жрецы-вавилоняне оставили множество астрономических таблиц[8]. Они же выделили основные созвездия и зодиак[8], ввели деление полного угла на 360[9], развили тригонометрию[9]. Во II тыс. до н. э. у шумеров появился лунный календарь[8], усовершенствованный в I тыс. до н. э. Год состоял из 12 синодических месяцев -- шесть по 29 дней и шесть по 30 дней, всего 354 дня[9]. Сначала для согласования с солнечным годом (продолжительность которого они определили в 365 \frac {1} {4} дней) делали вставку 13-го месяца, но потом перестали это делать.[9] Обработав свои таблицы наблюдений, жрецы открыли многие законы движения планет, Луны и Солнца, смогли предсказывать затмения[9]. В 450 году до н. э. вавилоняне уже знали <<метонов цикл>> (235 месяцев с большой точностью совпадают с 19 солнечными годами)[9]. Впрочем, китайцы открыли его ещё раньше. Уже во время легендарной династии Ся (конец III -- начало II тыс. до н. э.) в Китае были две должности придворных астрономов. По легенде, в 2137 г. до н. э. были казнены астрономы Хо и Хи, не сумевшие предсказать затмение. Китайские Обсерватории появились в XII веке до н. э. Первая запись о появлении кометы относится к 631 г. до н. э.[14], о лунном затмении -- к 1137 г. до н. э., о солнечном -- к 1328 году до н. э.[15], первый метеорный поток описан в 687 г. до н. э. Самое раннее однозначно идентифицируемое сообщение о комете Галлея датируется 240 г. до н. э. Возможно, что наблюдавшаяся комета 466 г. до н. э. также являются появлением кометы Галлея. Начиная с 87 г. до н. э.[14] отмечены все последующие появления. В 301 г. впервые замечены пятна на Солнце[12]; позже они регистрировались неоднократно. Из других достижений китайской астрономии отметим правильное объяснение причины солнечных и лунных затмений, открытие неравномерности движения Луны[15], измерение сидерического периода сначала для Юпитера (12 лет, точное значение: 11.86), а с III века до н. э. -- и для всех прочих планет, как сидерические, так и синодические, с хорошей точностью. Предварение равноденствий (лат. praecessio aequinoctiorum) Нутация открыта в 1728 году Джеймсом Бредли. Ее амплитуда - около 17'', а возникает она из-за асимметрии Земли и влияния других планет. 12, 13. Гномон позволяет определить: астрономический полдень -- момент, когда длина его тени наименьшая. направление на север -- по направлению тени в астрономический полдень. широта места -- по длине тени в астрономический полдень. Тем не менее точность гномона в принципе невелика, так как угловой диаметр Солнца приблизительно равен 30', использовать же гномон для измерения по звёздам невозможно. Принято считать, что гномон изобрёл древнегреческий философ и астроном Анаксимандр Милетский (6в до н.э.). Эратосфен в 240 г. до н. э. довольно точно измерил длину земной окружности и наклон эклиптики к экватору (т.е наклон земной оси); он также предложил систему високосов, позже названную юлианским календарём. измерение эратосфеном: в Сиене (совр. Асуан) в летнее солнцестояние Солнце в зените, в Александрии высота Солнца 1/50 окружности. Расстояние - 5000 стадий -> окружность Земли 250000 стадий (в зависимости от типа стадии ошибка 8-44%). Если бы Эратосфен знал верное расстояние между Сиеной и Александрией (а не заплатил человеку, считавшему шаги) получил бы ошибку в 0.16%! Проблема - стадий: вавилонский = 194 м, греческий = 178 м, египетский = 172,5 м , стадий системы фараонов = 209,4 м, птолемеевский и римский = 185 м, стадий ассиро-халдейско-персидской системы = 230,4 м изучая записи путешественников, Эратосфен попытался составить первую карту мира. Проблема - хреновое измерение расстояний Кроме этих изобретений: "решето Эратосфена" для определения простых чисел, мезолабий для решения проблемы удвоения куба. В 432 г. до н.э. Метоном был построен на площади в Афинах гномон для наблюдения солнцестояний. 14. Армиллярная сфера Её изобретение приписывают древнегреческому геометру Эратосфену (III в. до н. э.). Впоследствии армиллярная сфера использовалась также как наглядное учебное пособие -- в качестве модели небесной сферы. к началу XX века, армиллярная сфера практически не использовалась, прибор был вытеснен более точными астрономическими инструментами. изображена на гербе Португалии 15,16. Антикитерский механизм The Antikythera mechanism is an ancient analog computer designed to predict astronomical positions and eclipses for calendrical and astrological purposes, as well as the Olympiads, the cycles of the ancient Olympic Games. The artifact was recovered probably in July 1901 from the Antikythera shipwreck off the Greek island of Antikythera. Believed to have been designed and constructed by Greek scientists, the instrument has been dated either between 150 and 100 BC, or, according to a more recent view, at 205 BC. Механизм содержал 37 бронзовых шестерён в деревянном корпусе, на котором были размещены циферблаты со стрелками и, по реконструкции, использовался для расчёта движения небесных тел. Другие устройства подобной сложности неизвестны в эллинистической культуре. Множество циферблатов, метонов цикл (6939 дней 14 часов 15 минут ~19 лет, для согласования продолжительности лунного месяца и солнечного года в лунно-солнечном календаре; Цикл, предложенный в 432 году до н. э. афинским астрономом Метоном, лёг в основу древнегреческого календаря), положение Луны (сидерический месяц), фазы Луны (синодический месяц), олимпиады, египетский календарь, с'арос (6585.3213 дня ~18 лет), Калиппов цикл, экселигмос (три сароса); солнечный диск и планетные диски (т.е. все 7 известных светил) In short, the Antikythera Mechanism was a machine designed to predict celestial phenomena according to the sophisticated astronomical theories current in its day, the sole witness to a lost history of brilliant engineering, a conception of pure genius, one of the great wonders of the ancient world--but it didn't really work very well! Впервые предсказывать лунные затмения с помощью сароса научились в древнем Вавилоне Калиппов цикл (330bc) - совершенствование Метонова (в метоновом цикле год ~365.26316, в Калипповом год ~365.25 суток). Калипп умножил Метонов цикл на 4 и вычел один день. Экселигмос (греч. -- поворот колеса) -- период, равный примерно 19756 суткам или трем саросам, по прошествии которого затмения Луны и Солнца повторяются примерно при одних и тех же условиях. В отличие от сароса, экселигмос содержит в себе не только приблизительно целое число синодических месяцев (669), драконических месяцев (726), аномалистических месяцев (717), но и приблизительно целое количество суток (19756). Поэтому через экселигмос можно наблюдать затмения в одной и той же местности, в одних и тех же условиях. 17. Гиппах, 190-120 до н.э. Главной заслугой Гиппарха считается то, что он привнёс в греческие геометрические модели движения небесных тел предсказательную точность астрономии Древнего Вавилона. Гиппарх открыл отличие тропического и сидерического годов, уточнил длину года (365.25 - 1/300 дней). Использовал экваториальное кольцо для точного определения равноденствий. Открыл предварение равноденствий вследствие прецессии. Определил скорость прецессии (1 градус в год, в реале - 1 градус за 72 года) на основании разности тропического и сидерического лет. Ввел понятие звездной величины. На основании своего определения длины тропического года, Гиппарх внёс очередное усовершенствование в лунно-солнечный календарный цикл: 1 цикл Гиппарха составляет 4 цикла Каллиппа (304 года) без одного дня, то есть 111 035 дней, или 3760 синодических месяцев. Гиппарх пытался измерить расстояния до Солнца и Луны. В результате получается, что минимальное расстояние до Луны составляет 67 1/3, максимальное 72 2/3 радиусов Земли; расстояние до Солнца, соответствующее суточному параллаксу 7?, составляет 490 радиусов Земли. В первой книге пытался определить расстояния по анализу солнечных затмений, во второй - лунных. Он впервые стал использовать градусную сетку, первый предложил определять широту не только по Солнцу, как это делали уже задолго до него, но и по звёздам, а для определения долготы предложил использовать наблюдения за лунными затмениями Гиппарх составил первый в Европе звёздный каталог, включивший точные значения координат около тысячи звёзд (работу по определению звёздных координат начали ещё в первой половине III века до н. э. Тимохарис и Аристилл в Александрии). Плиний Старший писал, что непосредственным поводом к составлению каталога явилась новая звезда в Скорпионe, вспыхнувшая в 134 г. до н. э. Другим новшеством Гиппарха при составлении каталога явилась система звёздных величин: звёзды первой величины самые яркие и шестой - самый слабые, видимые невооружённым взглядом. Эта система в усовершенствованном виде используется в настоящее время. 18. Астролябия прибор для определения широты, один из старейших астрономических инструментов. Основан на принципе стереографической проекции [центральная проекция, отображающая двумерную сферу (с одной выколотой точкой) на плоскость.] Принцип стереографической проекции, переводящей окружности на сфере в окружности на плоскости открыл Аполоний Перский. Окончательный вид астролябии был разработан в IV в. н. э. Теоном Александрийским, который называл это устройство <<малый астролабон>>. Пика своей популярности в Европе астролябия достигла в эпоху Возрождения, в XV--XVI столетиях, она наряду с армиллярной сферой была одним из основных инструментальных средств астрономического образования. Современным потомком астролябии является планисфера -- подвижная карта звёздного неба, используемая в учебных целях. 19. Трикветрум (от лат. triquetrus -- треугольный) (трикветр, линейка параллактическая) -- древний астрономический угломерный инструмент, применявшийся для измерения зенитных расстояний небесных светил и параллакса Луны. Применение трикветра было описано Птолемеем в Альмагесте (V.12) и Коперником в книге О вращениях небесных сфер (IV.15). Мерой угла служила длина стержня с нанесёнными на него делениями, находившегося в основании треугольника. Трикветрум использовался при астрономических наблюдениях вплоть до XVI века. 20, 21. Секстант/квадрант секстант позволяет точно измерять угол между двумя направлениями В секстанте используется принцип совмещения изображений двух объектов при помощи двойного отражения одного из них. Секстант вытеснил астролябию как главный навигационный инструмент. Квадрант -- ранний прототип секстанта В странах исламского мира самыми крупными были стенные квадранты ал-Бируни (R = 7,5 м), Насир ад-Дина ат-Туси в Марагинской обсерватории (R = 6,5 м), а также гигантский инструмент обсерватории Улугбека в Самарканде (R = 40 м) Главная особенность секстанта, которая позволила ему вытеснить астролябию, состоит в том, что при его использовании высота светила измеряется относительно горизонта, а не относительно самого инструмента. Это даёт б\'oльшую точность. 22. Торкв'етум -- астрономический инструмент, позволяющий производить измерения в различных системах небесных координат -- горизонтальной, экваториальной и эклиптической. С его помощью можно также осуществлять переходы между этими координатными системами, так что торкветум можно считать аналоговым вычислительным устройством. Был изобретён западноарабским астрономом Джабиром ибн Афлахом в первой половине XII столетия. 23. Картина Ганса Гольбейна Младшего "послы" (The Ambassadors, 1533) отображает множество астрономических инструментов: местные солнечные часы (цилиндр), универсальные морские часы (правее, за квадрантом), квадрант, многогранные солнечные часы, торкветум; в нижней части - череп в анаморфной проекции (смотреть вблизи с правого верхнего угла) 24. Теллурий (середина 18 века) -- прибор для наглядной демонстрации годового движения Земли вокруг Солнца и суточного вращения Земли вокруг своей оси. подвид Orrery (модель солнечной системы). ========== немного по истории ============= ДРЕВНЯЯ ГРЕЦИЯ Венера считались разными светилами (Фосфор и Геспер); уже шумеры знали, что это одно и то же светило. Исправление ошибки <<раздвоения Венеры>> приписывают Пифагору и Пармениду Полюс мира в это время уже ушёл от Альфы Дракона, но ещё не придвинулся к Полярной; может быть, поэтому в Одиссее ни разу не упоминается направление на север. Пифагорейцы предложили пироцентрическую модель Вселенной, в которой звёзды, Солнце, Луна и шесть планет обращаются вокруг Центрального Огня (Гестии) Впрочем, отдельные пифагорейцы (Аристарх Самосский и др.) придерживались гелиоцентрической системы Платон, ученик Сократа, уже не сомневался в шарообразности Земли (даже Демокрит считал её диском) Аристарх впервые пытался также измерить расстояние до Солнца и Луны и их диаметры; для Солнца он ошибся на порядок (получилось, что диаметр Солнца в 250 раз больше земного), но до Аристарха все полагали, что Солнце меньше Земли. Именно поэтому он и решил, что в центре мира находится Солнце. Будучи принципиально неверной, система Птолемея, тем не менее, позволяла с достаточной для того времени точностью предвычислять положения планет на небе и потому удовлетворяла, до известной степени, практическим запросам в течение многих веков. Возрождение научной астрономии в Европе началось на Пиренейском полуострове, на стыке арабского и христианского мира. Вначале определяющую роль играли проникавшие с арабского Востока трактаты -- зиджи. В XV веке немецкий философ, кардинал Николай Кузанский, заметно опередив своё время, высказал мнение, что Вселенная бесконечна, и у неё вообще нет центра -- ни Земля, ни Солнце, ни что-либо иное не занимают особого положения. Все небесные тела состоят из той же материи, что и Земля, и, вполне возможно, обитаемы. За век до Галилея он утверждал: все светила, включая Землю, движутся в пространстве, и каждое находящийся на нём наблюдатель вправе считать неподвижным. В XV веке большую роль в развитии наблюдательной астрономии сыграли труды Георга Пурбаха, а также его ученика и друга Иоганна Мюллера (Региомонтана). Региомонтан (лат. Regiomontanus, подлинное имя -- Йоганн Мюллер, нем. Johannes Muller) (6 июня 1436, Кёнигсберг Баварский, Священная Римская империя -- 6 июля 1476, Рим, Священная Римская империя) -- выдающийся немецкий астролог, астроном и математик. Имя Региомонтан, которое представляет собой латинизированное название родного города Йоганна Мюллера (лат. Regiomontanus = нем. Konigsberg), После серии наблюдений они убедились, что все имевшиеся астрономические таблицы, включая Альфонсинские, устарели: положение Марса давалось с ошибкой на 2, а лунное затмение опоздало на целый час! Для повышения точности расчётов Региомонтан составил новую таблицу синусов (через 1') и таблицу тангенсов. Только что появившееся книгопечатание способствовало тому, что исправленный учебник Пурбаха и <<Эфемериды>> Региомонтана в течение десятилетий были основными астрономическими руководствами для европейцев. Таблицы Региомонтана были намного точнее прежних и исправно служили вплоть до Коперника. Их использовали Колумб и Америго Веспуччи. Позже таблицы некоторое время использовались даже для расчётов по гелиоцентрической модели. Региомонтан также предложил метод определения долготы по разнице табличного и местного времени, соответствующего заданному положению Луны. Он констатировал расхождение юлианского календаря с солнечным годом почти на 10 дней, что заставило церковь задуматься о календарной реформе. Такая реформа обсуждалась на Латеранском соборе (Рим, 1512--1517) и была реализована в 1582 году. Главный труд Коперника -- <<О вращении небесных сфер>> (лат. De Revolutionibus Orbium Coelestium) -- был в основном завершён в 1530 году, но только перед смертью Коперник решился опубликовать его. Впрочем, в 1503--1512 годах Коперник распространял среди друзей рукописный конспект своей теории (<<Малый комментарий о гипотезах, относящихся к небесным движениям>>), а его ученик Ретик опубликовал ясное изложение гелиоцентрической системы в 1539 году. По-видимому, слухи о новой теории широко разошлись уже в 1520-х годах. По структуре главный труд Коперника почти повторяет <<Альмагест>> в несколько сокращённом виде (6 книг вместо 13). В первой книге также приведены аксиомы, но вместо положения о неподвижности Земли помещена иная аксиома -- Земля и другие планеты вращаются вокруг оси и вокруг Солнца. Эта концепция подробно аргументируется, а <<мнение древних>> более или менее убедительно опровергается. Коперник упоминает как своих союзников только античных философов Филолая и Никетаса. книге III, посвящённой годовому движению Земли, Коперник делает эпохальное открытие: объясняет <<предварение равноденствий>> смещением направления земной оси. В книгах V и VI, посвящённых движению планет, благодаря гелиоцентрическому подходу стало возможно оценить средние расстояния планет от Солнца, и Коперник приводит эти данные, довольно близкие к современным. Система мира Коперника, с современной точки зрения, ещё недостаточно радикальна. Все орбиты круговые, движение по ним равномерное, так что эпициклы пришлось сохранить -- правда, вместо 80 их стало 34. Механизм вращения планет сохранён прежним -- вращение сфер, к которым прикреплены планеты. Но тогда ось Земли в ходе годичного вращения должна поворачиваться, описывая конус; чтобы объяснить смену времён года, Копернику пришлось ввести третье (обратное) вращение Земли вокруг оси, перпендикулярной эклиптике, которое использовал также для объяснения прецессии. На границу мира Коперник поместил сферу неподвижных звёзд. Католическая церковь вначале отнеслась к возрождению <<пифагорейства>> благодушно, отдельные её столпы даже покровительствовали Копернику. Папа Климент VII, озабоченный уточнением календаря, поручил кардиналу Вигманштадту прочитать высшему клиру лекцию о новой теории, которая и была со вниманием выслушана. Появились, однако, среди католиков и ярые противники гелиоцентризма. Однако уже с 1560-х годов в нескольких университетах Швейцарии и Италии начались лекции по системе Коперника. Математическая основа модели Коперника была несколько проще, чем у птолемеевой, и этим сразу воспользовались в практических целях: были выпущены уточнённые астрономические (<<Прусские>>) таблицы (1551, Э. Рейнгольд). Из других событий бурного XVI века отметим, что 5 октября 1582 года была проведена давно запланированная календарная реформа (5 октября стало 15-м). Новый календарь был назван григорианским в честь папы Григория XIII, но настоящим автором проекта был итальянский астроном и врач Луиджи Лиллио. Великий итальянский учёный Галилео Галилей систему Коперника принял с энтузиазмом, причём сразу отверг фиктивное <<третье движение>>, показав на опыте, что ось движущегося волчка сохраняет своё направление сама собой[44][45]. Для доказательства правоты Коперника он использовал телескоп. Шлифованные стеклянные линзы были известны ещё вавилонянам[46]; наиболее древняя из найденных при раскопках линз относится к VII веку до н. э.[47] В 1608 году в Голландии была изобретена зрительная труба; узнав об этом летом 1609 года, Галилей самостоятельно построил значительно усовершенствованный её вариант, создав первый в мире телескоп-рефрактор[48]. Увеличение телескопа сначала было трёхкратным, позднее Галилей довёл его до 32-кратного Галилей отметил, что диаметр звёзд, в отличие от планет, в телескопе не увеличивается, а некоторые туманности, даже в увеличенном виде, не распадаются на звёзды; это явный признак, что расстояния до звёзд колоссальны даже по сравнению с расстояниями в Солнечной системе. Галилей обнаружил у Сатурна выступы, которые принял за два спутника. Потом выступы исчезли (кольцо повернулось), Галилей посчитал своё наблюдение иллюзией и не возвращался более к этой теме; кольцо Сатурна открыл в 1656 году Христиан Гюйгенс. Изображение в телескопе Галилея было не очень чётким, в основном по причине хроматической аберрации. По этой и по другим причинам сообщение об открытиях Галилея вызвало у многих недоверие и даже насмешки. Галилея также, что было куда неприятнее, обвинили в ереси. Он неоднократно был вынужден ездить в Рим, лично и письменно объясняться с высшим духовенством и инквизицией. 5 марта 1616 года римская конгрегация официально запрещает гелиоцентризм, как опасную ересь Процесс Галилея продолжался до июня 1633 года. По приговору, Галилей был признан виновным в том, что он поддерживал и распространял ложное, еретическое и противное Св. Писанию учение. Учёного заставили публично покаяться и отречься от <<ереси>>[52]. Затем его направили в тюрьму, но несколько дней спустя папа Урбан разрешил отпустить Галилея под надзор инквизиции. В декабре он вернулся на родину, в деревню близ Флоренции, где и провёл остаток жизни в режиме домашнего ареста.