<< 1.1. Osnovnye zadachi, reshaemye | Oglavlenie | 2. Osnovy sfericheskoi geometrii >>

1.2. Kratkii istoricheskii obzor

Astrometriya -- odna iz samyh drevnih nauk -- poyavilas' na zare chelovechestva iz-za neobhodimosti nauchit'sya opredelyat' mestopolozhenie, izmeryat' promezhutki vremeni, predskazyvat' nastuplenie astronomicheskih sobytii i t.d. Kak i lyubaya nauka, astrometriya nachalas' s nakopleniya dannyh, kotorymi byli rezul'taty nablyudenii za zvezdami, Solncem, Lunoi, planetami. Izmerenie polozhenii etih ob'ektov yavilos' osnovoi dlya postroeniya pervyh modelei Vselennoi.

Strogo govorya, do izobreteniya teleskopa v nachale XVII veka astronomiya yavlyalas' astrometriei. Osnovnymi zadachami drevnei astronomii byli opredeleniya momentov opredelennyh sobytii, svyazannyh s religiei, mifologiei i t.d. Hozyaistvennye nuzhdy trebovali ustanovleniya tochnogo kalendarya, osnovannogo na nablyudeniyah Solnca, Luny i zvezd. Iz bol'shogo kolichestva klinopisnyh glinyanyh tablichkah, naidennyh na territorii Mesopotamii, uchenym dostoverno izvestno, chto drevnevavilonskie astronomy veli regulyarnye nablyudeniya za nebom. Za let sistematicheskih nablyudenii oni ustanovili periodichnost' zatmenii, chto pozvolyalo predskazyvat' ih. V Vavilonii byla izobretena shestidesyatirichnaya sistema schisleniya, ot kotoroi idet sovremennyi schet vremeni: v odnom chase soderzhitsya 60 minut, v odnoi minute -- 60 sekund. Lunno-solnechnyi kalendar' byl sozdan zdes' v nachale vtorogo tysyacheletiya do n.e. Tablichki donesli do nas ukaz carya Hammurapi o vvedenii dopolnitel'nogo mesyaca s cel'yu podtyagivaniya prodolzhitel'nosti lunnogo goda (354,36 sutok) k solnechnomu (ili tropicheskomu godu -- 365,24 sutok).

Znachitel'nye dostizheniya v astronomii svyazany s nablyudeniyami drevneegipetskih zhrecov. Sushestvovanie Egipta zaviselo ot razlivov Nila, prinosivshih na polya plodorodnyi il. Esli oni zapazdyvali, strane grozili neurozhai i golod. Neudivitel'no poetomu, chto egiptyane vnimatel'no sledili za vazhneishim sobytiem -- poyavleniem na nebe Siriusa pered voshodom Solnca, sovpadavshim s ezhegodnym razlivom Nila. Mozhno skazat', chto egipetskuyu astronomiyu sozdala neobhodimost' vychisleniya periodov pod'ema i spady vody v Nile. Egiptyane dali opredelenie ekliptiki -- vidimogo puti Solnca na fone sozvezdii i razdelili ee na dvenadcat' chastei, obrazovavshih Zodiak, t.e. "krug zverei". V techenie polutora tysyach let egipetskie zhrecy zaregistrirovali 373 solnechnyh i 832 lunnyh zatmeniya. Eto pozvolilo zametit' periodichnost' zatmenii i nauchit'sya ih predskazyvat'. Nablyudeniya pozvolili sozdat' tochnyi solnechnyi kalendar', byla opredelena prodolzhitel'nost' goda v dnei. Dlya izmereniya vremeni ispol'zovalis' vodyanye i solnechnye chasy. Blagodarya etim dostizheniyam astronomov istoriya Drevnego Egipta izvestna ochen' horosho: my znaem imena i gody pravleniya vseh faraonov.

Nablyudeniya zhrecov Vavilona i Egipta yavlyayutsya cennymi s nauchnoi tochki zreniya i v nashi dni. Na osnovanii zapisei momentov zatmenii zhrecami i vychislenii etih momentov s pomosh'yu sovremennyh teorii dvizheniya Zemli i Luny okazalos' vozmozhnym vychislit' zamedlenie skorosti vrasheniya Zemli za poslednie let.

Dal'neishii progress astronomii-astrometrii svyazan, v pervuyu ochered', s dostizheniyami v oblasti matematiki vo vremya rascveta drevnegrecheskoi nauki. Astronomiya v Drevnei Grecii stala tochnoi matematicheskoi naukoi.

Soglasno antichnym istochnikam pervym drevnegrecheskim astronomom i matematikom byl Fales Miletskii, zhivshii v konce VII -- pervoi polovine VI v. do n.e. On -- odin iz "semi mudrecov" -- proslavilsya predskazaniem solnechnogo zatmeniya, sluchivshegosya v 585 g. do n.e. Emu pripisyvaetsya takzhe ustanovlenie vremeni ravnodenstvii i solncestoyanii, opredelenie prodolzhitel'nosti goda v 365 sutok, ponimanie togo, chto Luna svetit ne svoim svetom i t.d. Kak i vavilonyane i egiptyane, on ne ponimal togo, chto proishodit na nebe vo vremya zatmenii, a prosto ispol'zoval periodichnosti, naidennye zhrecami Vavilona i Egipta. Opirayas' na rezul'taty vavilonskoi nauki, Fales pytalsya razobrat'sya v stroenii Vselennoi, opredelit' poryadok raspolozheniya zvezd, Solnca, Luny po otnosheniyu k Zemle, kotoruyu on predstavlyal ploskim diskom. On schital, chto blizhe vsego k Zemle nahodyatsya zvezdy, a dal'she vsego -- Solnce. Eti oshibki byli ispravleny ego prodolzhatelyami.

Anaksagoru iz Klazomen (gody zhizni predpolozhitel'no 500 -- 428 g. do n.e.) prinadlezhit zasluga pravil'nogo ob'yasneniya ne tol'ko solnechnyh, no i lunnyh zatmenii. Proishodya iz bogatoi i znatnoi sem'i, on otkazalsya zanimat'sya hozyaistvom i govoril, chto rodilsya dlya togo, "chtoby sozercat' Solnce, Lunu i nebo". On utverzhdal, chto Solnce -- eto ognennaya glyba, kotoraya po razmeram bol'she Peloponnesa; Luna podobna Zemle, na nei est' holmy i ushel'ya, ona poluchaet svet ot Solnca i obitaema. Zemlya, po Anaksagoru, ploskaya.

Empedokl iz Agrigenta (okolo 490 -- 430 g. do n.e.) -- astronom i filosof, poet i politicheskii deyatel', otkazavshiisya ot carskoi vlasti -- takzhe ob'yasnyaet zatmeniya prohozhdeniem mezhdu Zemlei i Solncem temnoi Luny. Neyasno, kakoi predstavlyal sebe Empedokl formu Zemli, no Luna imeet ploskuyu formu, poluchaya svoi svet ot Solnca. Porazitel'na dogadka Empedokla o tom, chto svet rasprostranyaetsya s bol'shoi, no konechnoi skorost'yu. K sozhaleniyu, eta (i mnogie drugie genial'nye dogadki drevnih grekov) byli otvergnuty blagodarya avtoritetu Aristotelya, kotoryi pisal: "Empedokl i vsyakii drugoi, priderzhivayushiisya togo mneniya, nepravil'no utverzhdali, budto svet peredvigaetsya i rasprostranyaetsya v izvestnyi promezhutok vremeni mezhdu zemlei i nebesnoi tverd'yu, nami zhe [eto dvizhenie] ne vosprinimaetsya" iz-za togo, chto skorost' sveta ochen' velika.

Vpervye gipoteza o sharoobraznosti Zemli byla sformulirovana pifagoreicami. V pifagoreiskoi shkole oformilas' klassicheskaya model' kosmosa, v kotoroi nebesnye svetila raspolagalis' na semi sferah v sleduyushem poryadke, po mere udaleniya ot Zemli: Luna, Solnce, Merkurii, Venera, Mars, Yupiter i Saturn. Pri svoem vrashenii sfery izdayut otdel'nye tona. Naprimer, zvuk Luny vysokii i pronzitel'nyi, zvuk Saturna samyi nizkii. V sovokupnosti zvuki obrazuyut garmonichnuyu melodiyu -- "muzyku sfer", slyshat' kotoruyu, kak utverzhdayut antichnye istochniki, mog Pifagor, obladavshii ochen' tonkim sluhom.

Pifagoreec Filolai iz Tarenta, zhivshii v konce V v. do n.e., izmenil etu model'. On pomestil v centr mira Ogon', vokrug kotorogo vrashaetsya desyat' sfer: sfera nepodvizhnyh zvezd, sfery pyati planet, sfery Luny, Solnca, Zemli i nevidimoi "Protivozemli". Filolai bukval'no poklonyalsya dekade. Poetomu Protivozemlya vvedena dlya kruglogo scheta, kak desyatoe nebesnoe telo; s ee pomosh'yu "ob'yasnyalis'" lunnye zatmeniya. Central'nyi ogon' s Zemli ne viden, tak kak ego zagorazhivaet Protivozemlya.

Ot teorii pifagoreicev v sovremennoi astronomii sohranilos' ponyatie "nebesnaya sfera". Otkaz ot geocentrizma, priznanie sharoobraznoi formy Zemli, ee obrasheniya vokrug Central'nogo ognya, ob'yasnenie vremen goda naklonom zemnoi orbity po otnosheniyu k solnechnoi orbite (Solnce tozhe obrashaetsya vokrug Central'nogo ognya), ob'yasnenie solnechnyh zatmenii prohozhdeniem Luny mezhdu Solncem i Zemlei predstavlyali priblizhenie k istine, bez chego ne voznikla by geliocentricheskaya sistema Aristarha Samosskogo.

Vo vtoroi polovine V v. do n.e. blagodarya nablyudeniyam afinskih astronomov Metona i Evktemona byla ustanovlena prodolzhitel'nost' tropicheskogo goda i neravenstvo vremen goda. Meton vvel 19-letnii cikl, kotoryi soderzhit 6940 sutok i pochti v tochnosti raven dlitel'nosti 235 lunnyh (sinodicheskih) mesyacev. Srednyaya dlitel'nost' goda v metonovom cikle sostavlyala sutok, chto vsego na 19 minut dlinnee vvedennogo chetyr'mya stoletiyami pozdnee yulianskogo goda ( sut) i na 30 minut -- dlitel'nosti tropicheskogo goda vo vremya Metona ( sut). Dlitel'nost' lunnogo mesyaca v metonovom cikle byla vsego na 2 minuty bol'she tochnogo znacheniya.

Evktemon iz nablyudenii ravnodenstvii i solncestoyanii nashel, chto dlitel'nost' vesny ravnyalas' 93 sutkam, leta -- 90, oseni -- 90, zimy -- 92, t.e. obnaruzhil neravnomernost' dvizheniya Solnca po ekliptike. Stoletie spustya astronom Kallipp, uchenik i pomoshnik Aristotelya, uluchshil i metonov cikl, i utochnil neravenstvo vremen goda.

Vydayushiesya dostizheniya grecheskoi astronomii IV v. do n.e. svyazany s imenami Evdoksa Knidskogo (ok. 400 -- 355 g. do n.e.) i Aristotelya (384 -- 322 g. do n.e.). Evdoks byl velikim matematikom. On pervym privnes v astronomiyu strogie matematicheskie metody, i poetomu ego schitayut sozdatelem antichnoi teoreticheskoi astronomii.

Po uzhe slozhivshemusya mneniyu grecheskih myslitelei naibolee sovershennym geometricheskim telom yavlyalsya shar, a naibolee sovershennoi ploskoi figuroi -- krug. Poetomu zadachei Evdoksa, kotoruyu on blestyashe reshil, bylo soglasovanie predpolozheniya o dvizhenii nebesnyh tel po krugovym orbitam s nablyudeniyami. Iz nablyudenii zhe sledovalo, chto orbity Solnca i Luny ne yavlyayutsya krugovymi; vidimye traektorii dvizheniya planet takzhe daleki ot krugovyh. Evdoks predstavil neravnomernye dvizheniya nebesnyh tel v vide kombinacii ravnomernyh krugovyh dvizhenii. S kazhdym telom (za isklyucheniem nepodvizhnyh zvezd) svyazano opredelennoe chislo ravnomerno vrashayushihsya sfer. Svyaz' sfer vyrazhalas' v tom, chto polyusy kazhdoi vnutrennei sfery fiksirovany otnositel'no vneshnei. Poetomu kazhdaya sfera, pomimo sobstvennogo vrasheniya, uchastvuet vo vrashenii vseh naruzhnyh sfer. Samo nebesnoe telo fiksirovano v opredelennoi tochke ekvatora samoi vnutrennei sfery.

Vsego v modeli Evdoksa 27 ravnomerno vrashayushihsya vokrug Zemli sfer, centry kotoryh sovpadayut, a osi vrasheniya mogut imet' razlichnoe napravlenie.

Model' kosmosa Evdoksa daleka ot real'noi kartiny, no eto byla pervaya matematicheskaya model'. V etoi svyazi zametim, chto razrabotka teorii dvizheniya nebesnyh tel v vide kombinacii vrashayushihsya sfer, neizbezhno dolzhna byla privesti k razrabotke sfericheskoi geometrii i kinematiki tochki. My znaem ob etom iz dvuh nebol'shih sochinenii, napisannyh nekim Avtolikom v konce IV v do n.e.

Teoriya Evdoksa byla uluchshena vposledstvii Kallippom i Aristotelem. Kallipp dobavil ryad dopolnitel'nyh sfer, chtoby luchshe soglasovat' rezul'taty dlya vnutrennih planet, ob'yasnit' razlichnuyu dlitel'nost' vremen goda. Vsego v modeli stalo 34 sfery.

Aristotel' eshe bolee uslozhnil teoriyu Evdoksa, kotoraya blagodarya ego avtoritetu prevratilas' v real'nyi mehanizm dvizheniya nebesnyh tel. Zemlya nahodilas' v centre mira i byla nepodvizhna. Soglasno Aristotelyu vrashayushayasya sfera nepodvizhnyh zvezd uvlekaet za soboi sleduyushuyu sferu: vneshnyuyu sferu Saturna. Ta v svoyu ochered' uvlekaet vtoruyu sferu Saturna i t.d. Dlya isklyucheniya vliyaniya Saturna na Yupiter (chtoby poslednii ne povtoryal dvizheniya Saturna) Aristotel' pomeshaet mezhdu nimi tri neitralizuyushih sfery. Analogichno on postupaet dlya drugih planet. Vsego v ego modeli uzhe 56 sfer, prichem nado ponimat' bukval'no, chto nebesnye tela prikrepleny k efirnym sferam, i dvizhutsya ne sami tela, a sfery. Kosmos Aristotelya konechen, on imeet formu sfery, za predelami kotoroi net ni prostranstva, ni vremeni. Vne ego nahoditsya lish' pervodvigatel'-bog, kotoryi privodit v ravnomernoe krugovoe dvizhenie sferu nepodvizhnyh zvezd.

Sleduyushii vazhnyi shag v postroenii teorii stroeniya kosmosa byl sdelan uchenikom Platona Geraklidom Pontiiskim (IV v. do n.e.). On predpolozhil, chto vrashenie nebesnoi sfery mozhet byt' ob'yasneno vrasheniem samoi Zemli. Dlya ob'yasneniya izmeneniya yarkosti Merkuriya i Venery -- vazhneishego nedostatka modelei Evdoksa i Kallippa -- Geraklid predpolozhil, chto oni obrashayutsya vokrug Solnca, a ne vokrug Zemli. Zvezdy, kotorye Platon schital " bozhestvennymi", on rassmatrivaet kak prostye nebesnye tela.

Aristarh Samosskii (310 -- 230 g. do n.e.) poshel dal'she svoego predshestvennika. Na osnove strogogo matematicheskogo metoda on dokazyvaet, chto Solnce dolzhno byt' gorazdo bol'she Zemli po razmeram. Iz nablyudenii Luny v pervoi chetverti on nahodit ugol, pod kotorym vidno rasstoyanie Zemlya-Luna iz centra Solnca. Aristarh zaklyuchaet, chto rasstoyanie ot Zemli do Solnca dolzhno ravnyat'sya primerno 18-20 rasstoyaniyam ot Zemli do Luny i chto diametry Solnca i Luny nahodyatsya v toi zhe proporcii, chto i ih rasstoyaniya do Zemli. Otsyuda on nahodit, chto ob'em Solnca dolzhen byt' primerno v 250 raz bol'she ob'ema Zemli. Hotya eta cifra zanizhena, mozhno polagat', chto etogo bylo dostatochno dlya vozniknoveniya somnenii v pravil'nosti geocentricheskoi sistemy mira: esli Solnce stol' veliko, to pochemu emu ne byt' v centre kosmosa. V podobnoi sisteme mira srazu reshaetsya problema s izmeneniyami yarkosti planet. V otvet na vozrazhenie, chto dvizhenie Zemli dolzhno privesti k smesheniyu polozheniya zvezd (to, chto segodnya my nazyvaem parallakticheskim smesheniem), Aristarh govorit o bol'shoi velichine radiusa nebesnoi sfery.

Metod rassuzhdenii Aristarha Samosskogo -- bezuprechen. Oshibochnymi byli nablyudeniya. V deistvitel'nosti otnoshenie rasstoyanii Zemlya -- Solnce i Zemlya -- Luna ravno ne 18-20, a .

V kachestve osnovnyh vozrazhenii protivnikov geliocentricheskoi sistemy Aristarha Samosskogo obychno privodyat sleduyushie. Pri predpolozhenii, chto vse planety dvizhutsya po krugovym orbitam vokrug Solnca, nevozmozhno ob'yasnit' neravenstvo vremen goda. Podobnye vozrazhenie vyskazyvalis' i Koperniku, i byli razresheny lish' v rezul'tate rabot Keplera. V kachestve vtorogo vozrazheniya obychno privodyat slova Klavdiya Ptolemeya o nevozmozhnosti vrasheniya Zemli. Po ego slovam vse predmety, ne svyazannye zhestko s Zemlei, dolzhny dvigat'sya v napravlenii, obratnom vrasheniyu Zemli. Poetomu "ni oblaka, ni drugie letayushie ili paryashie ob'ekty nikogda ne budut vidimy dvizhushimisya na vostok". Protiv etogo zaklyucheniya dovol'no trudno vozrazit', esli ne izvesten zakon inercii.

Krome vydayushihsya teoreticheskih rabot v III v do n.e., v Drevnei Grecii, po-vidimomu, provodyatsya pervye pozicionnye nablyudeniya zvezd. Astronomy-nablyudateli Aristill i Timorahis (III v. do n.e.), ispol'zuya special'nye uglomernye instrumenty (opisanie kotoryh, k sozhaleniyu, ne sohranilos'), opredelyali pryamye voshozhdeniya i skloneniya zvezd, t.e. koordinaty v ekvatorial'noi sisteme i poluchili pervyi zvezdnyi katalog. Vposledstvii Gipparh i Ptolemei ispol'zovali eti nablyudeniya dlya issledovaniya precessii.

Eratosfen iz Kireny (276 -- 194 g. do n.e.), izmeriv dugu meridiana mezhdu Aleksandriei i Sienoi, vychislil razmer zemnogo shara. Iz ego vychislenii sleduet, chto dlina okruzhnosti meridiana sostavlyaet 39690 km, chto vsego na 310 km otlichaetsya ot istinnogo znacheniya. Krome etoi raboty, Eratosfen opredelil naklon ekliptiki k ekvatoru s oshibkoi vsego v , kotoroe zatem bylo ispol'zovano Gipparhom i Ptolemeem.

Gipparh (ok. 180 -- 125 g. do n.e.) -- velichaishii astronom antichnogo vremeni. Zaslugi Gipparha gromadny -- kak v oblasti nablyudatel'noi, tak i teoreticheskoi astronomii^1.5. Sravnivaya svoi nablyudeniya s nablyudeniyami Aristilla i Timorahisa, on obnaruzhil, chto izmenilis' lish' dolgoty zvezd, a shiroty ostalis' neizmennymi. Gipparh ob'yasnil eto tem, chto tochka osennego ravnodenstviya za primerno sto pyat'desyat let peremestilas' vdol' ekliptiki s vostoka na zapad na , t.e. postoyannaya precessii ravna , chto vsego na men'she istinnogo znacheniya. Na osnove etogo otkrytiya on smog ochen' tochno opredelit' prodolzhitel'nost' tropicheskogo goda (s oshibkoi vsego 6 min).

Gipparh ne vychislyal srednego znacheniya postoyannoi precessii po nablyudeniyam raznyh zvezd, a lish' ukazal, chto "Godichnoe smeshenie tochek solncestoyanii i ravnodenstvii sostavlyaet po men'shei mere gradusa v god". Ptolemei v "Al'mageste", ssylayas' na raboty Gipparha i na rezul'taty sobstvennyh nablyudenii, prinimaet za velichinu precessii imenno eto znachenie , utverdiv oshibku svoim avtoritetom na sotni let.

Dinamicheskoe ob'yasnenie precessii vpervye bylo dano N'yutonom. Vo vremena Gipparha, kogda eshe ne bylo ni dinamiki, ni dannyh o szhatii Zemli, ne moglo sushestvovat' pravil'nogo ob'yasneniya precessii.

Ogromnoi zaslugoi Gipparha yavilos' sostavlenie pervogo zvezdnogo kataloga, doshedshego do nas. Vposledstvii etot katalog byl dopolnen Ptolemeem i priveden v "Al'mageste". Schitaetsya, chto bol'shaya chast' zvezd etogo kataloga (okolo 850) nablyudalas' imenno Gipparhom.

Poskol'ku Gipparh zanimalsya razrabotkoi kalendarya, to, vpolne estestvenno, chto on zanimalsya razrabotkoi teorii dvizheniya Solnca i Luny. Dlya ob'yasneniya neravnomernosti dvizheniya Solnca po ekliptike on razrabotal teoriyu epiciklov i ekscentrov i vyvel "pervoe neravenstvo": raznost' v polozhenii centra istinnogo i srednego Solnca. V sovremennoi literature eto neravenstvo izvestno kak "uravnenie vremeni".

Sleduyushie dva stoletiya posle smerti Gipparha byli neplodotvornym periodom. Za eto vremya ne poyavilos' skol'ko nibud' znachitel'nyh rabot po astronomii, hotya astronomiya byla populyarnoi naukoi. Upomyanem lish' o knige Gemina (pervaya polovina I v. do n.e.) "Elementy astronomii", v kotoroi izlagayutsya osnovy sfericheskoi astronomii v populyarnom izlozhenii.

Novyi pod'em v astronomii proishodit lish' v konce I v. n.e., uzhe v epohu Rimskoi imperii. Neposredstvennym predshestvennikom Ptolemeya byl vydayushiisya astronom Menelai Aleksandriiskii. Pomimo nablyudenii, kotorye vposledstvii ispol'zoval Ptolemei, on aktivno rabotal v oblasti trigonometrii. V arabskom perevode do nas doshla ego "Sferika", sostoyashaya iz treh knig, v kotoryh on dokazyvaet ryad teorem o sfericheskih treugol'nikah. V "Al'mageste" Ptolemei takzhe privodit dokazatel'stva etih teorem, no ne delaet ssylok na Menelaya (kak vprochem i na Evklida i Arhimeda). Tem ne menee "Al'magest" Klavdiya Ptolemeya (ok. 100 -- ok.165 g.) -- vydayusheesya dostizhenie antichnoi astronomii^1.6. V trinadcati knigah "Al'magesta" Ptolemei izlozhil i sistematiziroval dostizheniya drevnegrecheskih astronomov, i prezhde vsego Gipparha. V pervyh dvuh knigah avtor izlagaet osnovy sfericheskoi trigonometrii, daet opisanie nekotoryh uglomernyh instrumentov i privodit reshenie ryada zadach sfericheskoi astronomii. Zatem rassmatrivaetsya dvizhenie Solnca i Luny. Shestaya kniga posvyashena teorii solnechnyh i lunnyh zatmenii. Sed'maya i vos'maya knigi soderzhat znamenityi zvezdnyi katalog 1027 zvezd, sostavlennyi Ptolemeem na osnovanii svoih nablyudenii^1.7 i nablyudenii Gipparha. Knigi s devyatoi po trinadcatuyu posvyasheny teorii dvizheniya planet.

Pomimo togo, chto "Al'magest" -- nauchnoe proizvedenie, v kotorom postroena astronomicheskaya kartina mira, togo, chto seichas nazyvayut "sistemoi mira Ptolemeya", on v techenie pochti polutora tysyach let ispol'zovalsya kak uchebnik astronomii.

Posle vyhoda v svet "Al'magest" stanovitsya osnovnym astronomicheskim sochineniem. V pervuyu ochered' idei Ptolemeya rasprostranyayutsya na vostok: izvestno, chto kopii popali v Persiyu i Indiyu. Posle arabskih zavoevanii serediny VII veka astronomiya nachinaet aktivno razvivat'sya v Srednei Azii: Bagdade, Horezme, Damaske i dr. V eto vremya poyavlyaetsya arabskii perevod "Al'magesta". Mnogie uchenye (al'-Horezmi (nachalo IX v.), al'-Fergani (seredina IX v.), al'-Battani (konec IX v.) i dr.) podrobno izlagayut osnovnye idei Ptolemeya, starayas' sdelat' izlozhenie bolee populyarnym i prostym. Pri etom razrabatyvayutsya novye matematicheskie metody, v chastnosti dlya vychisleniya sfericheskih treugol'nikov. Pomimo teoreticheskih rabot arabskie astronomy nachinayut provodit' sobstvennye nablyudeniya s cel'yu utochneniya koordinat zvezd, voshedshih v katalog Ptolemeya.

Nachinaya s IX v. katalog Ptolemeya neodnokratno perenablyudalsya (al'-Battani (880 g.), as-Sufi (964 g.), "Al'fonsovy tablicy" (1252 g.), Ulugbek (1437 g.)). Blagodarya povysheniyu tochnosti nablyudenii i bol'shoi raznosti epoh al'-Battani, as-Sufi poluchayut znachenie postoyannoi precessii s oshibkoi , opredelyayut naklon ekliptiki k ekvatoru s oshibkoi .

Posle zavoevaniya arabami Ispanii "Al'magest" v arabskom perevode i knigi arabskih uchenyh poyavilis' v Evrope, gde byli perevedeny na latinskii yazyk. Po odnomu iz perevodov "Al'magesta" (s primechaniyami i dopolneniyami Regiomontana) uchilsya molodoi Kopernik.

Gody 1543 i 1609 yavlyayutsya osobymi datami v astronomii. V 1543 g. vyshla znamenitaya kniga Kopernika "Ob obrasheniyah nebesnyh sfer", polozhivshaya nachalo revolyucii v astronomii. V 1609 g. vyshla kniga Ioganna Keplera "Novaya astronomiya", v kotoroi byl dan vyvod dvuh zakonov dvizheniya planet vokrug Solnca. V etom zhe godu vpervye Galilei s pomosh'yu postroennogo im teleskopa sdelal ryad vydayushihsya otkrytii.

Na promezhutok mezhdu etimi dvumya datami prihoditsya deyatel'nost' datskogo astronoma Tiho Brage (1546 -- 1601), kotoryi vypolnil ogromnuyu po ob'emu rabotu po nakopleniyu i sistematizacii tochnyh astronomicheskih nablyudenii. Tiho Brage byl zamechatel'nym nablyudatelem. On sostavil katalog, soderzhavshii polozheniya 777 zvezd s ochen' vysokoi dlya doteleskopicheskoi epohi tochnost'yu . Vposledstvii katalog byl rasshiren do 1005 zvezd i opublikovan Keplerom v ego "Rudol'fovyh tablicah" v 1627 g. V techenie 20 let Tiho Brage nablyudal Mars, i tochnye koordinaty Marsa byli ochen' cennym materialom dlya raschetov Keplera.

Pered smert'yu Tiho Brage zaveshal Kepleru rezul'taty svoih nablyudenii dlya togo, chtoby poslednii ispol'zoval ih dlya podtverzhdeniya sistemy Tiho. Soglasno gipoteze Tiho Brage, planety dvizhutsya vokrug Solnca, kotoroe obrashaetsya s godichnym periodom vokrug nepodvizhnoi Zemli. Kepler ne vypolnil zaveshaniya, no vsegda podcherkival osoboe znachenie nablyudenii Tiho Brage dlya postroeniya teorii dvizheniya planet.

Dzhon Neper (1550 -- 1617) izvesten kak izobretatel' logarifmov. Neper ispol'zoval novyi metod dlya resheniya ryada zadach sfericheskoi trigonometrii. S ego imenem svyazany formuly opredeleniya dvuh uglov sfericheskogo treugol'nika po protivolezhashim storonam i uglu mezhdu nimi, tak nazyvaemye analogii Nepera.

V svyazi s potrebnostyami moreplavaniya (neobhodimost'yu opredeleniya koordinat korablei) v XVII veke osoznaetsya vazhnost' tochnogo izmereniya vremeni. V 1656 g. Hristianom Gyuigensom byli izobreteny mayatnikovye chasy, a v 1675 g. on predlozhil zamenit' mayatnik spiral'noi pruzhinoi. Posle etogo on obratilsya k probleme opredeleniya dolgoty, tak kak byl uveren, chto imenno s pomosh'yu chasov -- hranitelei vremeni, mozhno budet reshit' slozhneishuyu problemu navigacii -- izmerenie dolgoty v otkrytom more.

Naskol'ko ostra byla eta problema govorit reshenie angliiskogo pravitel'stva ot 1713 goda ob ob'yavlenii premii v 20 tys. funtov sterlingov ( mln. dollarov po segodnyashnemu kursu) za sposob, pozvolyayushii opredelit' dolgotu s tochnost'yu do poloviny gradusa. V poiskah takih sposobov prinyali uchastie krupneishie astronomy XVIII veka. Glavnye usiliya byli napravleny na uluchshenie teorii dvizheniya Luny i postroenie tochnogo kataloga zvezd. Tak Eiler sostavil tablicy, po kotorym dolgota nahodilas' s tochnost'yu okolo gradusa, i poluchil chast' premial'noi summy.

Vtoroi sposob, predlozhennyi Gyuigensom, byl realizovan v 1735 g. Dzhonom Garrisonom, kotoryi izobrel hronometr. Odnako tol'ko v 1761 g. ego syn Vil'yam posle ryada usovershenstvovanii hronometra vo vremya puteshestviya na Yamaiku smog opredelit' dolgotu korablya s oshibkoi 1/3 gradusa i okonchatel'no reshil etu problemu.

Za vek do etogo sobytiya dlya resheniya problemy dolgoty byla osnovana Grinvichskaya observatoriya (1675 g.). Blagodarya usovershenstvovaniyu metodov nablyudenii, kotoroe proizvel pervyi korolevskii astronom Dzhon Flemstid, tochnost' opredeleniya koordinat zvezd dostigla . Dlya hraneniya vremeni byli postroeny samye tochnye dlya togo vremeni mayatnikovye chasy, kotorye pokazyvali srednee solnechnoe vremya.

K koncu XVIII veka mehanicheskie chasy poluchayut povsemestnoe rasprostranenie, ih konstrukciya postoyanno sovershenstvuetsya, sledovatel'no, rastet tochnost'. Ezhegodno proizvoditsya uzhe primerno 50000 chasov.

K seredine XIX veka v svyazi s burnym razvitiem tehniki, rasshireniem seti zheleznyh dorog, lyudi nachinayut puteshestvovat', i, esli oni peredvigayutsya na znachitel'nye rasstoyanie po dolgote, vynuzhdeny do dvadcati raz perevodit' chasy iz-za razlichiya mestnogo i srednego vremeni. Poetomu nezavisimo v raznyh stranah (Anglii, Shvecii, Kanade, SShA i t.d.) vvodyatsya chasovye zony. V 1870 g. shkol'nyi uchitel' Charl'z Doud iz SShA predlozhil razdelit' territoriyu SShA na 15-ti gradusnye zony, v kazhdoi iz kotoryh vremya odinakovo, i menyaetsya na odin chas na granice dvuh zon. Eto predlozhenie bylo v 1884 g. prinyato na mezhdunarodnoi konferencii v Vashingtone kak opredelenie poyasnogo vremeni na zemnom share, kotoroe osnovano na vsemirnom nulevom meridiana -- meridiane Grinvicha. Na konferencii byla takzhe opredelena liniya peremeny dat.

Progress v razvitii tehniki privel k fundamental'nym otkrytiyam v astronomii. Posle izobreteniya teleskopa v XVII veke, usovershenstvovaniya ego konstrukcii N'yutonom tochnost' nablyudenii stala bystro rasti. V 1725 g. angliiskii korolevskii astronom Dzheims Bradlei otkryl yavlenie aberracii sveta. Prichina aberracii zaklyuchaetsya v tom, chto skorost' sveta konechna, a nablyudeniya provodyatsya s Zemli, dvizhusheisya s nekotoroi skorost'yu po orbite vokrug Solnca. Fakticheski eto bylo pryamoe dokazatel'stvo togo, chto Zemlya peremeshaetsya v prostranstve. Nablyudeniya Bradleya byli dokazatel'stvom postulata Kopernika: pravil'nee schitat' Zemlyu dvizhusheisya vokrug Solnca, a ne Solnce -- vokrug Zemli, tak kak pri nablyudenii aberracii neposredstvenno obnaruzhivaetsya proishodyashee v techenie goda izmenenie napravleniya skorosti Zemli otnositel'no zvezd. S pozicii sovremennoi nauki my by skazali, chto rech' idet o dvizhenii Zemli otnositel'no kvaziinercial'noi sistemy otscheta, kotoraya svyazana so zvezdami.

Dlya togo, chtoby sdelat' eto otkrytie, trebovalas' vysokaya tochnost' nablyudenii, tak kak velichina postoyannoi aberracii (otnoshenie skorosti sveta k skorosti Zemli) ravna . Tochnost' katalogov zvezd Dzh. Bradleya dostigla po pryamomu voshozhdeniyu i po skloneniyu.

Spustya stoletie posle otkrytiya aberracii udalos' izmerit' parallaksy blizhaishih zvezd, hotya pravil'nuyu ocenku rasstoyanii do nih dal eshe N'yuton (sm. razdel 6.3). V 1837 g. Fridrih Bessel' iz izmerenii otnositel'nyh rasstoyanii zvezdy 61 Lebedya, kotoraya schitalas' blizkoi k Zemle iz-za bol'shoi velichiny sobstvennogo dvizheniya, do dvuh sosednih (kak schitalos', bolee dalekih ot Zemli) zvezd, opredelil ee parallaks ( ).

Razrabotka teorii, ob'yasnyayushei rezul'taty nablyudenii -- eto vazhneishii etap stanovleniya nauki. Glavnaya zadacha teorii sostoit v ob'yasnenii rezul'tatov nablyudenii, naprimer, predskazanii polozhenii nebesnyh tel, precessii i nutacii Zemli, aberracii i t.d. Etimi problemami byli zanyaty luchshie evropeiskie uchenye na protyazhenii XVIII i XIX vekov. Eiler, Lagranzh, Laplas, Gauss i drugie vydayushiesya uchenye posvyatili mnogie raboty dlya soglasovaniya teorii i nablyudenii nebesnyh ob'ektov. V processe resheniya etoi zadachi byl razvit ves'ma moshnyi matematicheskii apparat, primenyaemyi v astronomii i teoreticheskoi mehanike. V rezul'tate razvitiya teorii poyavilis' astronomicheskie efemeridy -- vychislennye znacheniya koordinat, skorostei, bleska i drugih parametrov nebesnyh tel.

Teoreticheskie raboty po izucheniyu vrasheniya Zemli byli nachaty N'yutonom. Primeniv zakony mehaniki k vrashayusheisya Zemle, on prishel k zaklyucheniyu, chto Zemlya dolzhna byt' splyushena u polyusov. Kak pokazal N'yuton, precessiya i nutaciya obuslovlena prityazheniem ekvatorial'nogo izbytka mass Zemli Lunoi i Solncem.

Idei N'yutona byli razvity v trudah Eilera, Klero, Dalambera, Lagranzha, Laplasa. V 1749 g. Dalamber razrabotal stroguyu teoriyu precessii, kotoruyu N'yuton rassmotrel v obshih chertah. Pri etom on ob'yasnil takzhe yavlenie nutacii -- periodicheskoe kolebanie zemnoi osi v prostranstve (nutaciya byla otkryta Bradleem uzhe posle smerti N'yutona -- v 1745 g.). Dalamber pokazal, chto sila, s kotoroi Luna deistvuet na ekvatorial'noe utolshenie Zemli, peremenna iz-za dvizheniya Luny po orbite i povorota samoi orbity. Eto sozdaet peremennyi moment sil, vyzyvayushii precessionno-nutacionnoe dvizhenie zemnoi osi v prostranstve.

Klero zanimalsya voprosom o figure Zemli i vyvel teoremu, kotoraya nosit ego imya, pozvolyayushuyu opredelit' szhatie Zemli po izmereniyam sily tyazhesti na ee poverhnosti.

Laplas bolee podrobno, chem Dalamber, rassmotrel teoriyu precessii i nutacii Zemli s uchetom vliyaniya atmosfery i okeanov, postroil teoriyu prilivov. Ispol'zovav rezul'taty Klero i izuchaya figury ravnovesiya vrashayusheisya zhidkosti, Laplas dokazal, chto plotnost' vnutri Zemli dolzhna uvelichivat'sya k e centru. V svyazi s razrabotkoi teorii figur ravnovesiya on vvel ponyatie potenciala ili silovoi funkcii, kotoroe srazu stalo shiroko ispol'zovat'sya v mehanike i astronomii. Vpervye Laplas vyskazal predpolozhenie o dvizhenii polyusa i peremennosti skorosti vrasheniya Zemli, t.e. o neravnomernosti shkal vremeni, kotorye osnovany na vrashenii Zemli. Iz-za nedostatochnoi tochnosti nablyudenii v XVIII veke eta gipoteza ne mogla byt' proverena. Mnogie iz rabot Laplasa byli prodolzheniem i razvitiem genial'nyh rabot Eilera, kotoryi fakticheski postroil dinamiku vrashayushihsya tel.

Dlya proverki rezul'tatov teoreticheskih rabot trebovalos' usovershenstvovanie metodov nablyudenii, a takzhe inogda dlitel'noe nakoplenie dannyh. Mnogie uchenye, nachinaya s Tiho Brage, zavoevali reputaciyu velikih ne za noviznu otkrytii, a za tochnost', polnotu poluchennyh ryadov i nadezhnost' razrabotannyh metodov nablyudenii.

Blagodarya povysheniyu tochnosti nablyudenii v konce XIX veka bylo obnaruzhenie dvizhenie polyusov Zemli, predskazannoe Eilerom. Otkrytie Setom Chandlerom v 1891 g. kolebaniya polyusa s periodom goda, kotoroe vposledstvii bylo nazvano ego imenem, posluzhilo tolchkom k ispol'zovaniyu astrometricheskih nablyudenii dlya izucheniya stroeniya Zemli. Saimonu N'yukombu prinadlezhit ideya (1892 g.) ob'yasneniya chandlerovskogo kolebaniya vliyaniem uprugosti Zemli na period svobodnyh eilerovskih kolebanii polyusa tverdoi Zemli. On zhe dokazal, chto dvizhenie polyusa ne mozhet byt' opredeleno iz teoreticheskih soobrazhenii, chto posluzhilo povodom dlya organizacii regulyarnyh nablyudenii izmenyaemosti shirot. Dlya etogo v 1898 g. byla sozdana Mezhdunarodnaya sluzhba shiroty (MSSh). V nastoyashee vremya funkcii MSSh vypolnyaet Mezhdunarodnaya sluzhba vrasheniya Zemli.

V konce XIX veka byla postroena teoriya vrasheniya absolyutno tverdoi Zemli; Oppol'cerom polucheny formuly, opisyvayushie izmenenie koordinat zvezd iz-za precessii i nutacii. Blagodarya rabotam N'yukomba byla prinyata sistema parametrov dlya opisaniya precessii, ispol'zuemaya v nastoyashee vremya. Nablyudeniya Luny i Solnca, ih sravneniya s teoriyami dvizheniya, kotorye byli razrabotany N'yukombom, Braunom, de Sitterom, priveli k obnaruzheniyu vekovogo zamedleniya vrasheniya Zemli. Vposledstvii teoriya dvizheniya Solnca, sozdannaya N'yukombom, byla ispol'zovana dlya sozdaniya pervoi dinamicheskoi shkaly vremeni, izvestnoi kak shkala efemeridnogo vremeni, i opredeleniya efemeridnoi sekundy. O fundamental'nosti raboty N'yukomba govorit tot fakt, chto dlya postroeniya teorii dvizheniya Solnca on obrabotal bolee 40000 nablyudenii Solnca.

V seredine XX veka byli razrabotany pervye atomnye standarty chastoty, na osnove pokazanii kotoryh byla postroena atomnaya shkala vremeni, zamenivshaya shkalu efemeridnogo vremeni. Opredelenie atomnoi shkaly vremeni pozvolilo neposredstvenno izmerit' neravnomernost' vrasheniya Zemli.

Razvitie elektroniki, radiotehniki, komp'yuternoi tehniki v konce XX veka priveli k poyavleniyu novyh metodov nablyudenii, takih kak radiointerferometriya so sverhdlinnymi bazami, lazernaya dal'nometriya. Krome etih metodov dlya opredeleniya sistemy koordinat na Zemle, postroeniya ravnomernoi shkaly vremeni i opredeleniya koordinat nablyudatelya v zemnoi sisteme shiroko ispol'zuyutsya global'nye sputnikovye navigacionnye sistemy GPS i GLONASS. Dlya uvelicheniya tochnosti postroeniya sistemy koordinat na nebesnoi sfere, uvelicheniya chisla repernyh ob'ektov i oblegcheniya dostupa potrebitelei k etoi sisteme v nachale XXI veka nachaty raboty nad neskol'kimi kosmicheskimi astrometricheskimi proektami. Uspeshnoe ih zavershenie, bezuslovno, budet novym etapom v razvitii astrometrii.

---

<< 1.1. Osnovnye zadachi, reshaemye | Oglavlenie | 2. Osnovy sfericheskoi geometrii >>

Publikacii s klyuchevymi slovami: astrometriya - sfericheskaya astronomiya - sistemy koordinat - shkaly vremeni Publikacii so slovami: astrometriya - sfericheskaya astronomiya - sistemy koordinat - shkaly vremeni
Sm. takzhe: Dostizheniya kosmicheskoi astrometrii Skonchalsya Konstantin Vladislavovich Kuimov Konstantinu Vladislavovichu Kuimovu – 75 let Saimon N'yukom (1835 -1909) k 175-letiyu so dnya rozhdeniya. Vrashenie Zemli i prodolzhitel'nost' sutok 80 let so dnya rozhdeniya Al'berta Petrovicha Gulyaeva Rukovodstvo po prakticheskoi rabote s katalogom Hipparcos Vse publikacii na tu zhe temu >>