Содержание.
I. Введение. 2
II. Картина мира. 2
III. Движение планет. 2
IV. Первые модели мира. 3
V. Первая гелиоцентрическая система. 6
VI. Система Птолемея. 6
VII. Мир Коперника. 9
VIII. Солнце и Звезды. 10
IX. Галактика. 11
X. Звездные миры. 13
XI. Вселенная. 14
XII. Заключение. 15
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ. 16
I. Введение.
Звездное небо во все времена занимало воображение людей. Почему
зажигаются звезды? Сколько их сияет в ночи? Далеко ли они от нас? Есть ли
границы у звездной Вселенной? С глубокой древности человек задумывался над
этими и многими другими вопросами, стремился понять, и осмыслить устройство
того большого мира, в котором мы живем.
Самые ранние представления людей о нем сохранились в сказках и
легендах. Прошли века и тысячелетия, прежде чем возникла и получила
глубокое обоснование и развитие наука о Вселенной, раскрывшая нам
замечательную простату, удивительный порядок мироздания. Недаром еще в
древней Греции ее называли Космосом а это слово первоначально означало
«порядок» и «красоту».
Системы мира - это представления о расположении в пространстве и
движении Земли, Солнца, Луны, планет, звезд и других небесных тел.
II. Картина мира.
В древнеиндийской книге, которая называется «Ригведа», что значит
«Книга гимнов»,можно найти описание - одно из самых первых в истории
человечества - всей Вселенной как единого целого. Согласно «Ригведе», она
устроена не слишком сложно. В ней имеется, прежде всего, Земля. Она
представляется безграничной плоской поверхностью - «обширным
пространством». Эта поверхность покрыта сверху небом. А небо - это голубой,
усеянный звездами «свод». Между небом и Землей - «светящийся воздух».
От науки это было очень далеко. Но важно здесь другое. Замечательна и
грандиозна сама дерзкая цель - объять мыслью всю Вселенную. Отсюда берет
истоки уверенность в том, что человеческий разум способен осмыслить,
понять, разгадать ее устройство, создать в своем воображении полную картину
мира.
III. Движение планет.
Наблюдая за годичным перемещением Солнца среди звезд, древние люди
научились заблаговременно определять наступление того или иного времени
года. Они разделили полосу неба вдоль эклиптики на 12 созвездий, в каждом
из которых Солнце находится примерно месяц. Как уже отмечалось, эти
созвездия были названы зодиакальными. Все они за исключением одного носят
названия животных.
С предутренним восходом того или иного созвездия древние люди
связывали свои сельскохозяйственные работы, и это отражено в самих
названиях созвездий. Так, появления на небе созвездия Водолея указывало на
ожидаемое половодье, появление Рыб - на предстоящий ход рыбы для метания
икры. С утренним появлением созвездия Девы начиналась уборка хлеба, которая
проводилась преимущественно женщинами. Спустя месяц на небе появилась
соседнее созвездие Весы, в это время как раз происходило взвешивание и
подсчет урожая.
Еще за 2000 лет до н. э. Древние наблюдатели заметили среди
зодиакальных созвездий пять особых светил, которые, постоянно меняя свое
положение на небе, переходят из одного зодиакального созвездия в другое. В
последствии греческие астрономы назвали эти светила планетами, т. е.
«блуждающими». Это Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн, сохранившие в
своих названиях до наших дней имена древнеримских богов. К блуждающим
светилам были причислены также Луна и Солнце.
Вероятно, прошло много столетий прежде чем древним астрономам удалось
установить определенные закономерности в движении планет и, прежде всего,
установить промежутки времени, по истечении которых положение планеты на
небе по отношению к Солнцу повторяется. Этот промежуток времени позже был
назван синодическим периодом обращения планеты. После этого можно было
делать следующий шаг - строить общую модель мира, в которой для каждой из
планет было бы отведено определенное место и пользуясь которой можно было
бы заранее предсказать положение планеты на несколько месяцев или лет
вперед.
По характеру своего движения на небесной сфере по отношению к Солнцу
планеты (в нашем понимании) подразделяются на две группы. Меркурий и Венера
названы внутренними или нижними, остальные - внешними или верхними.
Угловая скорость Солнца больше скорости прямого движения верхней
планеты. Поэтому Солнце постепенно обгоняет планету. Как и для внутренних
планет, в момент, когда направление на планету и на Солнце совпадает,
наступает соединение планеты с Солнцем. После того как Солнце обгонит
планету, она становится видимой перед его восходом, во второй половине
ночи. Момент, когда угол между направлением на Солнце и направлением на
планету составляет 180 градусов, называется противостоянием планеты. В это
время она находится в середине дуги своего попятного движения. Удаление
планеты от Солнца на 90 градусов к востоку называется восточной
квадратурой, а на 90 градусов к западу - западной квадратурой. Все
упомянутые здесь положения планет относительно Солнца (с точки зрения
земного наблюдателя) называются конфигурациями.
При раскопках древних городов и храмов Вавилонии обнаружены десятки
тысяч глиняных табличек с астрономическими текстами. Их расшифровка
показала, что древне вавилонские астрономы внимательно следили за
положением планет на небе; они сумели определить их синодические периоды
обращения и использовать эти данные при своих расчетах.
IV. Первые модели мира.
Несмотря на высокий уровень астрономических сведений народов древнего
Востока, их взгляды на строение мира ограничивались непосредственными
зрительными ощущениями. Поэтому в Вавилоне сложились взгляды, согласно
которым Земля имеет вид выпуклого острова, окруженного океаном. Внутри
Земли будто бы находится «царство мертвых». Небо - это твердый купол,
опирающийся на земную поверхность и отделяющий «нижние воды» (океан,
обтекающий земной остров) от «верхних» (дождевых) вод. На этом куполе
прикреплены небесные светила, над небом будто бы живут боги. Солнце
восходит утром, выходя из восточных ворот, и заходит через западные ворота,
а ночью оно движется под Землей.
Согласно представлениям древних египтян, Вселенная имеет вид большой
долины, вытянутой с севера на юг, в центре ее находится Египет. Небо
уподоблялось большой железной крыше, которая поддерживается на столбах, на
ней в виде светильников подвешены звезды.
В Древнем Китае существовало представление, согласно которому Земля
имеет форму плоского прямоугольника, над которым на столбах поддерживается
круглое выпуклое небо. Разъяренный дракон будто бы согнул центральный
столб, вследствие чего Земля наклонилась к востоку. Поэтому все реки в
Китае текут на восток. Небо же наклонилось на запад, поэтому все небесные
светила движутся с востока на запад.
И лишь в греческих колониях на западных берегах Малой Азии (Иония), на
юге Италии и в Сицилии в четвертом веке до нашей эры началось бурное
развитие науки, в частности, философии, как учения о природе. Именно здесь
на смену простому созерцанию явлений природы и их наивному толкованию
приходят попытки научно объяснить эти явления, разгадать их истинные
причины.
Одним из выдающихся древнегреческих мыслителей был Гераклит Эфесский
(ок. 530 - 470 гг. до н. э.). Это ему принадлежат слова: «Мир, единый из
всего, не создан никем из богов и никем из людей, а был, есть и будет вечно
живым огнем, закономерно воспламеняющимся и закономерно угасающим...»
Тогда же Пифагор Самосский (ок. 580 - 500 гг. до н. э.) высказал мысль о
том, что Земля, как и другие небесные тела, имеет форму шара. Вселенная
представлялась Пифагору в виде концентрических, вложенных друг в друга
прозрачных хрустальных сфер, к которым будто бы прикреплены планеты. В
центре мира в этой модели помещалась Земля, вокруг нее вращались сферы
Луны, Меркурия, Венеры, Солнца, Марса, Юпитера и Сатурна. Дальше всех
находилась сфера неподвижных звезд.
Первую теорию строения мира, объясняющую прямое и попятное движение
планет, создал греческий философ Евдокс Книдский (ок. 408 - 355 гг. до н.
э.). Он предложил, что у каждой планеты имеется не одна, а несколько сфер,
скрепленных друг с другом. Одна из них совершает один оборот в сутки вокруг
оси небесной сферы по направлению с востока на запад. Время обращения
другой (в обратную сторону) предполагалось равным периоду обращения
планеты. Тем самым объяснялось движение планеты вдоль эклиптики. При этом
предполагалось, что ось второй сферы наклонена к оси первой под
определенным углом. Комбинация с этими сферами еще двух позволяла объяснить
попятное движение по отношению к эклиптике. Все особенности движения Солнца
и Луны объяснялось с помощью трех сфер. Звезды Евдокс разместил на одной
сфере, вмещающей в себя все остальные. Таким образом, все видимое движение
небесных светил Евдокс свел к вращению 27 сфер.
Уместно напомнить, что представление о равномерном, круговом,
совершенно правильном движении небесных тел высказал философ Платон. Он же
высказал предположение, что Земля находится в центре мира, что вокруг нее
обращается Луна, Солнце, далее утренняя звезда Венера, звезда Гермеса,
звезды Ареса, Зевса и Кроноса. У Платона впервые встречаются названия
планет по имени богов, полностью совпадающие с вавилонскими. Платон впервые
сформулировал математикам задачу: найти, с помощью каких равномерных и
правильных круговых движений можно «спасти явления, представляемые
планетами». Другими словами, Платон ставил задачу построить геометрическую
модель мира, в центре которой, безусловно, должна была находиться Земля.
Усовершенствованием системы мира Евдокса занялся ученик Платона
Аристотель (384 - 322 гг. до н. э.). Так как взгляды этого выдающегося
философа - энциклопедиста безраздельно господствовали в физике и астрономии
в течение почти двух тысяч лет, то остановлюсь на них поподробнее.
Аристотель, вслед за философом Эмпедоклом (ок. 490 - 430 гг. до н.
э.), предположил существование четырех «стихий»: земли, воды, воздуха и
огня, из смешения которых будто бы произошли все тела, встречающиеся на
Земле. По Аристотелю, стихии вода и земля естественным образом стремятся
двигаться к центру мира («вниз»), тогда как огонь и воздух движутся «вверх»
к периферии и то тем быстрее, чем ближе они к своему «естественному» месту.
Поэтому в центре мира находится Земля, над ней расположены вода, воздух и
огонь. По Аристотелю, Вселенная ограничена в пространстве, хотя ее движение
вечно, не имеет ни конца ни начала. Это возможно как раз потоиу, что, кроме
упомянутых четырех элементов, существует еще и пятая, неуничтожимая
материя, которую Аристотель назвал эфиром. Из эфира будто бы и состоят все
небесные тела, для которых вечное круговое движение - это естественное
состояние. «Зона эфира» начинается около Луны и простирается вверх, тогда
как ниже Луны находится мир четырех элементов.
Вот как описывает свое понимание мироздания сам Аристотель:
«Солнце и планеты обращаются около Земли, находящейся неподвижно в
центре мира. Наш огонь, относительно цвета своего, не имеет никакого
сходства со светом солнечным, ослепительной белизны. Солнце не состоит из
огня; оно есть огромное скопление эфира; теплота Солнца причиняется
действием его на эфир во время обращения вокруг Земли. Кометы суть
скоропреходящие явления, которые быстро рождаются в атмосфере и столь же
быстро исчезают. Млечный Путь есть не что иное, как испарения,
воспламененные быстрым вращением звезд около Земли... Движения небесных
тел, вообще говоря, происходят гораздо правильнее, чем движения замечаемые
на Земле; ибо, так как тела небесные совершеннее любых других тел, то им
приличествует самое правильное движение, и вместе с тем самое простое, а
такое движение может быть только круговым, потому что в этом случае
движение бывает вместе с тем и равномерным. Небесные светила движутся
свободно подобно богам, к которым они ближе, чем к жителям Земли; поэтому
светила при движении своем не нуждаются в отдыхе и причину своего движения
заключают в самих себе. Высшие области неба, более совершенные, содержащие
в себе неподвижные звезды, имеют поэтому наиболее совершенное движение -
всегда вправо. Что же касается части неба, ближайшей к Земле, а поэтому и
менее совершенной, то эта часть служит местопребыванием гораздо менее
совершенных светил, каковы планеты. Эти последние движутся не только
вправо, но и влево, и притом по орбитам, наклоненным к орбитам неподвижных
звезд. Все тяжелые тела стремятся к центру Земли, а так как всякое тело
стремится к центру Вселенной, то поэтому и Земля должна находиться
неподвижно в этом центре».
Сфера звезд
Сатурн
Меркурий
Венера
Солнце
Луна
Земля
Юпитер
Марс
При построении своей системы мира Аристотель использовал представления
Евдокса о концентрических сферах, на которых расположены планеты и которые
вращаются вокруг Земли. По Аристотелю, первопричиной этого движения
является «первый двигатель» - особая вращающаяся сфера, расположенная за
сферой «неподвижных звезд», которая и приводит в движение все остальное. По
этой модели лишь одна сфера в каждой из планет вращается с востока на
запад, остальные три - в противоположном направлении. Аристотель считал,
что действие этих трех сфер должно компенсироваться дополнительными тремя
внутренними сферами, принадлежащими той же планете. Именно в этом случае на
каждую последующую (по направлению к Земле) планету действует лишь суточное
вращение. Таким образом, в системе мира Аристотеля движение небесных тел
описывалось с помощью 55 твердых хрустальных сферических оболочек.
Позже в этой системе мира было выделено восемь концентрических слоев
(небес), которые передавали свое движение друг другу (рис. 1). В каждом
таком слое насчитывалось семь сфер, движущих данную планету.
Во времена Аристотеля высказывались и другие взгляды на строение мира,
в частности, что не Солнце обращается вокруг Земли, а Земля вместе с
другими планетами обращается вокруг Солнца. Против этого Аристотель
выдвинул серьезный аргумент: если бы Земля двигалась в пространстве, то это
движение приводило бы к регулярному видимому перемещению звезд на небе. Как
мы знаем, этот эффект (годичное параллактическое смещение звезд) был открыт
лишь в середине 19 века, через 2150 лет после Аристотеля...
На склоне своих лет Аристотель был обвинен в безбожии и бежал из Афин.
На самом деле в своем понимании мира он колебался между материализмом и
идеализм. Его идеалистические взгляды и, в частности, представление о Земле
как центре мироздания было приспособлено для защиты религии. Вот почему в
середине второго тысячелетия нашей эры борьба против взглядов Аристотеля
стала необходимым условием развития науки...
V. Первая гелиоцентрическая система.
Современникам Аристотеля уже было известно, что планета Марс в
противостоянии, а также Венера во время попятного движения значительно
ярче, чем в другие моменты. По теории сфер они должны были бы оставаться
всегда на одинаковом расстоянии от Земли. Именно поэтому тогда возникали и
другие представления о строении мира.
Так, Гераклит Понтийский (388 - 315 гг. до н. э.) предполагал, что
Земля движется «...вращательно, около своей оси, наподобие колеса, с запада
на восток вокруг собственного центра». Он высказал также мысль, что орбиты
Венеры и Меркурия являются окружностями, в центре которых находится Солнце.
Вместе с Солнцем эти планеты будто бы и обращаются вокруг Земли.
Еще более смелых взглядов придерживался Аристарх Самосский (ок. 310 -
230 гг. до н. э.). Выдающийся древнегреческий ученый Архимед (ок. 287 - 212
гг. до н.э. ) в своем сочинении «Псаммит» («Исчисление песчинок»),
обращаясь к Гелону Сиракузскому, писал о взглядах Аристарха так:
«Ты знаешь, что по представлению некоторых астрономов мир имеет форму
шара, центр которого совпадает с центром Земли, а радиус равен длине
прямой, соединяющей центры Земли и Солнца. Но Аристарх Самосский в своих
«Предложениях», написанных им против астрономов, отвергая это
представление, приходит к заключению, что мир гораздо больших размеров, чем
только что указано. Он полагает, что неподвижные звезды и Солнце не меняют
своего места в пространстве, что Земля движется по окружности вокруг
Солнца, находящегося в его центре, и что центр сферы неподвижных звезд
совпадает с центром Солнца, а размер этой сферы таков, что окружность,
описываемая по его предположению, Землей, находится к расстоянию
неподвижных звезд в таком же отношении, в каком центр шара находится к его
поверхности».
VI. Система Птолемея.
Становление астрономии как точной науки началось благодаря работам
выдающегося греческого ученого Гиппарха. Он первый начал систематические
астрономические наблюдения и их всесторонний математический анализ, заложил
основы сферической астрономии и тригонометрии, разработал теорию движения
Солнца и Луны и на ее основе - методы предвычисления затмений.
Гиппарх обнаружил, что видимое движение Солнца и Луны на небе является
неравномерным. Поэтому он стал на точку зрения, что эти светила движутся
равномерно по круговым орбитам, однако центр круга смещен по отношению к
центру Земли. Такие орбиты были названы эксцентрами. Гиппарх составил
таблицы, по которым можно было определить положение Солнца и луны на небе
на любой день года. Что же касается планет, то, по замечанию Птолемея, он
«не сделал других попыток объяснения движения планет, а довольствовался
приведением в порядок сделанных до него наблюдений, присоединив к ним еще
гораздо большее количество своих собственных. Он ограничился указанием
своим современникам на неудовлетворительность всех гипотез, при помощи
которых некоторые астрономы думали объяснить движение небесных светил».
Благодаря работам Гиппарха астрономы отказались от мнимых хрустальных
сфер, предположенных Евдоксом, и перешли к более сложным построениям с
помощью эпициклов и деферентов, предложенных еще до Гиппарха Аполлоном
Пергским. Классическую форму теории эпициклических движений придал Клавдий
Птолемей.
Главное сочинение Птолемея «Математический синтаксис в 13 книгах» или,
как его назвали позже арабы, «Альмагест»(«Величайшее») стал известным в
средневековой Европе лишь в XII в. В 1515 г. он был напечатан на латинском
языке в переводе с арабского, а в 1528 г. в переводе с греческого. Трижды
«Альмагест» издавался на греческом языке, в 1912 г. он издан на немецком
языке.
«Альмагест» - это настоящая энциклопедия античной астрономии. В этой
книге Птолемей сделал то, что не удавалось сделать ни одному из его
предшественников. Он разработал метод, пользуясь которым можно было
рассчитать положение той или другой планеты на любой наперед заданный
момент времени. Это ему далось нелегко, и в одном месте он заметил:
«Легче, кажется, двигать самые планеты, чем постичь их сложное
движение...»
«Установив» Землю в центре мира, Птолемей представил видимое сложное и
неравномерное движение каждой планеты как сумму нескольких простых
равномерных круговых движений.
Р
Е С
О
Т Т
Рис. 2.
Рис .1.
Согласно Птолемею каждая планета движется равномерно по малому кругу -
эпициклу. Центр эпицикла в свою очередь равномерно скользит по окружности
большого круга, названого деферентом (рис.1.). Для лучшего совпадения
теории с данными наблюдений пришлось предположить, что центр деферента
смещен по отношению к центру Земли. Но этого было недостаточно. Птолемей
был вынужден предположить, что движение центра эпицикла по деференту
является равномерным ( т. е. его угловая скорость движения постоянна), если
рассматривать это движение не из центра деферента О и не из центра Земли Т,
а с некоторой «выравнивающей точки» Е, названной позже эквантом (рис. 2.).
Комбинируя наблюдения с расчетами, Птолемей методом последовательных
приближений получил, что отношения - радиусов эпициклов к радиусам
деферентов для Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна равны
соответственно 0.376, 0.720, 0.658, 0.192 и 0.103. Любопытно, что для
предвычисления положения планеты на небе не было необходимости знать
расстояния до планеты, а лишь упомянутое отношение радиусов эпициклов и
деферентов.
При построении своей геометрической модели мира Птолемей учитывал тот
факт, что в процессе своего движения планеты несколько отклоняются от
эклиптики. Поэтому для Марса, Юпитера и Сатурна он «наклонил» плоскости
деферентов к эклиптике и плоскости эпициклов к плоскостям деферентов. Для
Меркурия и Венеры он ввел колебания вверх и вниз с помощью небольших
вертикальных кругов. В целом для объяснения всех замеченных в то время
особенностей в движении планет Птолемей ввел 40 эпициклов. Система мира
Птолемея, в центре которой находится Земля, называется геоцентрической.
Кроме отношения радиусов эпициклов и деферентов для сопоставления
теории с наблюдениями необходимо было задать периоды обращения по этим
кругам. По Птолемею, полный оборот по окружности эпициклов все верхние
планеты совершают за тот же промежуток времени, что и Солнце по эклиптике,
т. е. за год. Поэтому радиусы эпициклов этих планет, направленные к
планетам, всегда параллельны направлению с Земли на Солнце. У нижних планет
- Меркурия и Венеры - период обращения по эпициклу равен промежутку
времени, а течении которого планета возвращается к исходной точке на небе.
Для периодов обращений центра эпицикла по окружности деферента картина
обратная. У Меркурия и Венеры они равны году. Поэтому центры их эпициклов
всегда лежат на прямой, соединяющей солнце и Землю. Для внешних планет они
определяются временем, в течении которого планета, описав полную окружность
на небе, возвращается к тем же звездам.
Вслед за Аристотелем Птолемей попытался опровергнуть представление о
возможном движении Земли. Он писал:
«Существуют люди, которые утверждают, будто бы ничто не мешает
допустить, что небо неподвижно, а земля вращается около своей оси от запада
к востоку, и что она делает такой оборот каждые сутки. Правда, говоря о
светилах, ничто не мешает для большей простоты допустить это, если
принимать в расчет только видимые движения. Но эти люди не сознают, до
какой степени смешно такое мнение, если присмотреться ко всему, что
совершается вокруг нас и в воздухе. Если мы согласимся с ними, - чего в
действительности нет, - что самые легкие тела вовсе не движутся или
движутся так же , как и тела тяжелые, между тем как, очевидно, воздушные
тела движутся с большей скоростью, чем тела земные; если бы мы согласились
с ними, что предметы самые
|
