17.2. Развитие астрономии: Гиппарх

521

ВIII в. до н.э. возникла такая специфичная отрасль механики, как пневматика (использование давления воздуха для создания разного рода механических устройств). Основателем этой отрас­ ли считают Ктесибия, жившего в Александрии. Его иногда назы­ вают «главой античных инженеров». Он изобрел двухцилиндро­ вый водяной пожарный насос, снабженный всасываемыми и на­ полнительными клапанами; водяной орган, управление которым осуществлялось с помощью сжатого воздуха; сложные водяные часы; военные метательные машины, использовавшие силу сжа­ того воздуха, в том числе пневматическое ружье, и т.п.

Важной частью прикладной механики всегда являлось соз­ дание приспособлений для наблюдений, измерений, взвеши­ ваний и счета, в том числе и приборов для научных измерений. Наиболее точными научными приборами в эпоху античности были приборы для наблюдения за небесными светилами. С их помощью измеряли величины, характеризующие движение и положение небесных тел в пространстве. В эпоху эллинизма греческие астрономы усовершенствовали старые и разрабаты­ вали новые астрономические инструменты, прежде всего угло­ мерные. Так, кроме солнечных и водяных часов греческими ас­ трономами использовались экваториальная и меридианная армиллы, квадрант, триветрум («параллактическая линейка»), диоптрийный инструмент для определения диаметров Солнца и Луны, астролябон (он состоял из семи концентрических бронзовых колец, устанавливаемых в определенных плоско­ стях), звездные глобусы и др. Герону Александрийскому (I—II вв. н.э.) принадлежит изобретение сложного нивелира, а также угломерного инструмента с диоптрами, по сути прообра­ за теодолита.

17.2. Развитие астрономии: Гиппарх

В эпоху эллинизма обмен научными идеями ме­ жду Вавилоном и Грецией, имевший к тому времени уже нема­ лую историю, получил дополнительные импульсы. Древнегре-

522	Глава 17. Естествознание эпохи эллинизма

ческие астрономы усвоили достижения вавилонской астроно­ мии (использовали данные вавилонских наблюдений лунных и планетных периодов, были знакомы с месопотамской теорией движения Луны и планет) и, опираясь на них, продвинули ас­ трономическое познание на более высокий уровень. Одно из главных отличий древнегреческой астрономии состояло в том, что она была ориентирована на геометрическое моделирование реального расположения и движения планет в пространстве (а не только на фиксацию видимых перемещений светил на небо­ своде, как это было свойственно вавилонской астрономии). В свою очередь геометрическое моделирование реального рас­ положения и движения планет, Луны и Солнца предполагало использование не линейных, а тригонометрических методов.

Первый тип моделей реального движения небесных светил был представлен концепцией гомоцентрических сфер (см. § 14.4). Однако она не получила развития в эллинистическую эпоху, поскольку обладала принципиальным недостатком. Античные астрономы зафиксировали факт изменения яркости планет при их движении по небесному своду и сделали правильный вывод: это свидетельствует об изменении расстояний планет от Земли. В концепции же гомоцентрических сфер расстояние от любой планеты до Земли остается постоянным.

Так возникла потребность в поиске новых теоретических моделей описания движений небесных тел. Одно из направле­ ний поиска было связано с идеями и теориями античного гелио­ центризма (Гераклид Понтийский, Аристарх Самосский1, Селевк из Селевкии), однако они вступили в противоречие с прин­ ципами античной механики (не знавшей закона инерции), с мировоззренческими представлениями о центральном положе­ нии Земли, человека во Вселенной (антропоцентризм) и т.д.

Качественно новый этап в развитии древнегреческой ас­ трономии связан с именем Гиппарха (из Никеи), заложившего мощную традицию древнегреческой наблюдательной астро-

1 Аристарх Самосский считал, что объем Солнца превосходит объем Земли в 300 раз (на самом деле более чем в миллион), диаметр Луны равен трети земного диаметра (здесь он ошибся ненамного), а расстояние от Земли до Солнца в два­ дцать раз больше расстояния от Земли до Луны (на самом деле в четыреста раз).

17.2. Развитие астрономии: Гиппарх

523

номии. Известно, что Гиппарх использовал клинописные ас­ трономические тексты из Вавилона, в которых содержался эмпирический материал вавилонской астрономии, а также усовершенствовал — очевидно, по вавилонским образцам — ас­ тролябии и квадранты. Появившаяся в 134 г. до н.э. новая звез­ да в созвездии Скорпиона навела Гиппарха на мысль, что изме­ нения происходят и в мире звезд. Чтобы в будущем легче было замечать подобные изменения, Гиппарх составил каталог по­ ложений на небесной сфере 850 звезд, разбив их на шесть клас­ сов и назвав самые яркие звездами первой величины.

Сравнивая свои результаты с измерениями координат звезд, выполненными за полтора века до него в Александрии (Аристилом и Тимохарисом), он обнаружил, что все звезды, отмеченные в его каталоге, как бы сместились по долготе, т.е. вдоль эклипти­ ки, к востоку от начала отсчета долгот — точки весеннего равно­ денствия (пересечение эклиптики и экватора). Иначе говоря, долготы звезд возросли. Гиппарх нашел этому явлению гени­ ально простое и правильное объяснение. Учитывая принцип от­ носительности, он заключил, что сама точка весеннего равно­ денствия отступает в обратном направлении. Таким образом, экватор как бы перемещается вдоль эклиптики, не меняя своего наклона к ней. В результате Солнце в своем годовом движении с запада на восток каждый раз встречает точку весеннего равно­ денствия немного раньше, не доходя до того места, откуда оно год назад начинало свой путь по эклиптике (предварение равно­ денствия, или прецессия). Гиппарх весьма точно оценил ее ве­ личину (46,8й в год, по современным данным 50,3м).

Открытие прецессии показало сложность понятия «год» и по­ зволило Гиппарху установить, что солнечный и звездный годы различаются на 15 минут (по современным данным — около 20). По его расчетам, лунный месяц равен 29 дням, 12 часам, 44 ми­ нутам и 2,5 секундам, что всего на одну секунду расходится с современными данными. С достаточно высокой точностью он вычислил синодические периоды планет, апогей Солнца, гори­ зонтальный параллакс Луны, расстояние от Земли до Луны он определил равным 400 000 км с погрешностью всего 5 %. Гип­ парх открыл, что это расстояние не остается постоянным и что

524	Глава 17. Естествознание эпохи эллинизма

Луна движется неравномерно вокруг Земли: быстрее, когда на­ ходится недалеко от Земли, и медленнее, когда расположена да­ леко. Он сделал вывод, что Луна движется по кругу, однако Зем­ ля не совпадает с центром этого круга. Такую же эксцентрич­ ность он распространял и на солнечную орбиту.

Гиппарх впервые использовал в астрономии предложен­ ный Аполлонием Пергским геометрический метод описания неравномерных периодических движений как результат сло­ жения более простых — равномерных круговых. Неравномер­ ное периодическое движение можно описать с помощью кру­ гового, используя теорию эпициклов (движение небесных тел происходит равномерно по круговой орбите — эпициклу, центр которого в свою очередь совершает равномерное вращение во­ круг Земли по круговой орбите — деференту) или теорию экс­ центриков (небесные тела равномерно движутся по окружно­ сти, центр которой не совпадает с центром Земли).

В древнегреческой астрономии применялись обе теории. Гиппарх использовал для описания движения Солнца и Луны теорию эксцентриков. Он определил положение центров экс­ центриков для Солнца и Луны, впервые в истории астрономии разработал метод и составил таблицы для предвычисления мо­ ментов лунного затмения (с точностью до 1—2 часов).

17.3. Геоцентрическая система Птолемея

Благодаря Гиппарху астрономия становилась точной математической наукой. Это позволило приступить к созданию общей математической теории астрономических яв­ лений. Такую теорию создал знаменитый александрийский ас­ троном Клавдий Птолемей и изложил ее в фундаментальном труде «Большое математическое построение астрономии в XIII книгах» («Альмагест»). Птолемеевская астрономия фор­ мировалась на принципиально иных позициях, чем вавилон­ ская. Птолемей строит геометрическую геоцентрическую тео­ рию движения планет. Определение главных точек планетных

17.3. Геоцентрическая система Птолемея

525

орбит (первая видимость утром, утреннее стояние, вечернее стояние, последняя видимость вечером и т.д.) здесь выступает вторичной задачей, решение которой вытекает из общей гео­ метрической модели, в которой геоцентрическая долгота пла­ неты может быть вычислена для любого момента времени.

Опираясь на достижения Гиппарха, Птолемей изучал по­ движные небесные светила. Он существенно дополнил и уточ­ нил гиппарховскую теорию движения Луны, усовершенство­ вал теорию затмений. Но подлинно научным подвигом учено­ го стало создание математической теории видимого движения планет. Эта теория опиралась на следующие постулаты:

ошарообразность Земли;

околоссальная удаленность от сферы звезд;

оравномерность и круговой характер движений небесных тел;

онеподвижность Земли;

оцентральное положение Земли во Вселенной.

Теория Птолемея сочетала теории эпициклов и эксцентри­ ков. Он предполагал, что вокруг неподвижной Земли находит­ ся окружность (деферент) с центром, несколько смещенным относительно центра Земли (эксцентрик). По деференту дви­ жется центр меньшей окружности — эпицикл — с угловой ско­ ростью, постоянной по отношению не к собственному центру деферента и не к самой Земле, а к точке, расположенной сим­ метрично центру деферента относительно Земли (эквант). Са­ ма планета в системе Птолемея равномерно движется по эпи­ циклу. (Для описания вновь открываемых неравномерностей в движениях планет и Луны в дальнейшем развитии астрономии вводились новые дополнительные эпициклы — вторые, третьи и т.д. Планета помещалась на последнем.) Теория Птолемея позволяла предвычислять сложные петлеобразные движения планет (их ускорения и замедления, стояния и попятные дви­ жения). На основе созданных Птолемеем астрономических таблиц положение планет вычислялось с весьма высокой для того времени точностью (погрешность менее 10').

Из свойств планетных движений, определенных Птолеме­ ем, вытекал ряд важных закономерностей. Во-первых, усло­ вия движения верхних от Солнца и нижних планет существенно