Вообще нужно сказать, что развитие человеческой культуры и весь путь нашей цивилизации оказался бы совершенно иным, если бы земная атмосфера была непрозрачной и люди были бы лишены возможности видеть звездное небо. Но человечеству дано счастье общения со звездами, и это общение не только вдохновляло поэтов и философов, но и определило весь путь развития современной науки.
Кажется вполне естественным, что первой астрономической проблемой древней астрономии была проблема календаря. Она особенно остро проявилась с возникновением развитого земледелия. Чисто лунный счет, конечно же, не мог удовлетворить людей, поскольку, например, в более высоких широтах особенно важен годичный период Солнца, ярко проявляющийся в климатических изменениях. Приспособление лунного календаря к солнечному году произошло задолго до нашей эры.
В какой-то мере детальное исследование неба стимулировалось требованиями астрологии. Поэтому в древних текстах можно обнаружить астрономические наблюдения гораздо более подробные и детальные, чем это требовалось в целях составления точного календаря. Примерно две с половиной тысячи лет тому назад жрецы Ассирии умели предсказывать даты затмений, и это также отражено в текстах, хотя жрецы и не указывают, на чем основывались их предсказания.
В Древнем Вавилоне впервые вводится количественное, а не качественное описание положения звезд и планет на небе. Если раньше положение звезды характеризовалось ее местом в каком-либо созвездии, то еще за три столетия до нашей эры появились халдейские таблицы с понятиями долготы и широты. Более того, есть некоторые основания считать, что в Древнем Вавилоне впервые появился астрономический инструмент — астролябия, предназначенный как раз для определения широты и долготы. Во II веке до нашей эры астролябия применялась великим астрономом древности Гиппархом.
Также до нашей эры были созданы небесные глобусы с изображением на их поверхности неподвижных звезд. Известно, что Архимед соорудил уникальный глобус, на котором с помощью сложных механических приспособлений можно было воспроизводить движение звезд! Об этом глобусе упоминал Цицерон. Аналогичные астрономические инструменты были известны и в Китае, и у арабов, где астрономические исследования получили широкое развитие.
Бог Мардук и богиня тьмы Тиамат. Междуречье. VII век до нашей эры.
Бог Солнца древних майя. Копан, Гондурас. 750 год нашей эры.
Самый древний из известных нам небесный глобус, «глобус Фарнезе», сделанный из мрамора, хранится сейчас в Неаполе. Время его изготовления датируют III веком до нашей эры. В одной из частных коллекций в Англии сохранился глобус Улугбека — великого узбекского астронома. Сам глобус выполнен из бронзы, а в его поверхность вставлены серебряные звезды.
Автор геоцентрической системы мира Птолемей создал также новый астрономический инструмент — астролабон. С помощью этого инструмента можно было измерять долготу и широту звезд. Птолемей же вслед за Гиппархом создал каталог звезд, который насчитывал 1022 звезды (в каталоге Гиппарха их было 850).
К одним из самых ранних астрономических наблюдений можно отнести определение положения Солнца с помощью гномона, представляющего собой простой стержень, установленный вертикально на горизонтальной площадке. С помощью этого простого устройства можно было определять моменты равноденствий, солнцестояний, продолжительность года, широту места наблюдения.
Представления о мире: древних индийцев,
народов Междуречья,
древних египтян,
древних греков.
Используя тот факт, что высота Солнца над горизонтом изменяется и имеет максимум (летнее солнцестояние) и минимум (зимнее), можно определить продолжительность года как промежуток времени между двумя летними или зимними солнцестояниями. Судя по всему, именно таким способом в Древнем Египте впервые была определена продолжительность года (2700 год до нашей эры).
Одной из самых трудных астрономических задач древности было определение размеров небесных тел и расстояний до них. Античные мыслители внесли выдающийся вклад в эту проблему. Начиная от наивных представлений Анаксимандра, который предполагал, что Земля представляет собой цилиндр с отношением диаметра к высоте равным 3:1, и до времен Птолемея прошло почти пятьсот лет. Но за это время произошли существенные перемены в сознании ученых и философов о размерах окружающего мира. Так, если Платон оперирует расстояниями в сотни тысяч километров, то Архимед уже использует миллионы километров, а Птолемей «располагает» звезды в бесконечности.
Восход Солнца по представлениям древних египтян.
Определение, собственно, даже не определение, а вычисление расстояний до небесных тел было очень неточным. Так, Птолемей вычислил, что расстояние от Земли до Солнца составляет 1210 радиусов Земли.
Здесь пора сказать о том, как измеряются расстояния до небесных тел. Метод этот хорошо известен топографам и состоит в определении параллакса какого-либо небесного объекта. Что такое параллакс и как человеческий глаз — основной инструмент наблюдений в древности — определяет расстояния?
Водяные часы.
Встаньте перед стеной, поставьте свой палец перед лицом и сориентируйте его на какой-либо точке стены, закрыв один глаз. Вам будет казаться, что положение пальца относительно выбранной точки на стене будет изменяться. Какова величина этого изменения? Порядка 3°, если вы держите большой палец на расстоянии вытянутой руки, а сам большой палец будет виден в этом случае под углом в 1°.
Заметим, что угловая протяженность Солнца и Луны составляет примерно 1/2°. Видимое угловое смещение и называется параллаксом. Метод параллакса используется топографами, землемерами, астрономами. Так, чтобы измерить ширину реки, топографу совершенно не нужно ее переплывать. Он проведет это измерение следующим образом. На одном берегу точно определит расстояние между двумя точками. Затем, используя угломерный инструмент, померяет из этих двух точек углы между направлением на какой-либо предмет на противоположном берегу и линией, соединяющей точки. Зная сторону треугольника и два угла в основании, можно теперь без труда определить ширину реки.
Астролябия. Прибор для определения широты и долготы. 1468 год.
Примерно так же поступают и астрономы. Только здесь необходимо измерять углы и расстояния с очень большой точностью. В древние времена эти точности были невелики, не удавалось, например, определить достаточно аккуратно угловой размер Солнца.
Но вернемся к определению расстояний до планет. Измеряемая величина параллакса для планет бывает меньше одной секунды. Одна угловая секунда составляет 1/200000 радиана (в окружности — 2π радиан, соответственно 1 радиан = 57,3°). Таким образом, если два наблюдателя находятся на расстоянии 10 тысяч километров, они могут измерить расстояния, в 200 тысяч раз превышающие длину базы, что дает возможность определять расстояние до всех планет.