Alai

Tähtitiede on ala, jolla kreikkalaiset osoittivat huomattavaa lahjakkuutta. Havaintotähtitiede, joka oli tähtitieteen päämuoto muualla, vietiin Kreikassa askeleen pidemmälle: he yrittivät rakentaa maailmankaikkeudesta mallin, joka voisi selittää havainnot. He tutkivat kaikkia kuviteltavissa olevia vaihtoehtoja, he harkitsivat monia erilaisia ratkaisuja erilaisiin tähtitieteellisiin ongelmiin, joihin he törmäsivät. He eivät ainoastaan ennakoineet monia nykyaikaisen tähtitieteen ajatuksia, vaan jotkin heidän ajatuksistaan säilyivät noin kahden vuosituhannen ajan. Jopa Isaac Newtonin aikaan Cambridgen yliopistossa opetettiin vielä joitakin aristoteelisen kosmologian näkökohtia.

Tietomme kreikkalaisesta tähtitieteestä ennen 4. vuosisataa eaa. ovat hyvin puutteelliset. Meillä on vain muutama säilynyt kirjoitus, ja suurin osa siitä, mitä tiedämme, on Aristoteleen esittämiä viittauksia ja kommentteja, enimmäkseen mielipiteitä, joita hän aikoo kritisoida. Selvää on, että maapallon uskottiin olevan pallo ja että luontoa pyrittiin yhä enemmän ymmärtämään puhtaasti luonnollisin termein turvautumatta yliluonnollisiin selityksiin.

Kreikkalaisten naapureilla, egyptiläisillä ja babylonialaisilla, oli pitkälle kehittynyttä tähtitiedettä, mutta niitä liikkeelle panevat voimat olivat erilaisia. Egyptiläinen hallinto tukeutui vakiintuneisiin kalentereihin, joiden avulla voitiin ennakoida Niilin tulviminen; rituaaleja tarvittiin, jotta pystyttiin kertomaan kellonaika yöllä, ja tärkeää oli myös monumenttien suuntaaminen ilmansuuntiin. Babylonialaiset uskoivat taivaan ennusmerkkien lukemiseen keinona turvata valtion toiminta. Nämä kaikki olivat tärkeitä virikkeitä hienon tähtitieteen kehittämiselle.
Pythagorasta pidetään ensimmäisenä kreikkalaisena, joka piti maapalloa pallomaisena, mutta tämä ajatus perustui todennäköisesti pikemminkin mystisiin kuin tieteellisiin syihin. Pythagoralaiset löysivät vakuuttavia todisteita pallomaisen maan puolesta sen jälkeen, kun oli havaittu, että kuu loistaa heijastamalla valoa, ja pimennyksille oli löydetty oikea selitys. Maan varjo kuun pinnalla viittasi siihen, että planeettamme muoto oli pallomainen.

Aristotelesin kirjassa ”Taivaasta” tiivistetään joitakin hänen aikaansa edeltäneitä tähtitieteellisiä käsityksiä. Hän sanoo esimerkiksi, että Ksenofanes Kolofonilainen väitti, että maa meidän alapuolellamme on ääretön, että se on ”työntänyt juurensa äärettömyyteen”; toiset uskoivat maan lepäävän veden päällä, väite, jonka alkuperäinen kirjoittaja näyttää olevan Thales (Aristoteleen mukaan); Anaksimenes, Anaksagoras ja Demokritos uskoivat, että maa on litteä, joka ”peittää kannen lailla allaan olevan maan”.

Kreikkalaisten tähtitiede Aristoteleen jäljiltä

Vähäistä poikkeuksista huolimatta, kreikkalaisten tähtitieteilijöiden yleinen konsensus oli, että maailmankaikkeus oli maan keskipisteinen. Platon ja Aristoteles olivat 4. vuosisadalla eaa. yksimielisiä geosentrisestä mallista, mutta molemmat ajattelijat tekivät sen mystisten perustelujen pohjalta: Tähdet ja planeetat kulkivat maapallon ympärillä pyöreillä palloilla, jotka oli järjestetty samankeskisesti. Platon kuvasi maailmankaikkeutta jopa välttämättömyyden kierteeksi, jota seireenit seurasivat ja jota kolme kohtaloa käänsi. Platon hylkäsi ajatuksen luonnonlakien hallitsemasta maailmankaikkeudesta, sillä hän hylkäsi kaikenlaisen determinismin. Itse asiassa Platon piti joidenkin planeettojen (erityisesti Marsin) arvaamattomia liikkeitä todisteena siitä, että luonnonlait eivät pystyneet selittämään kaikkia luonnossa tapahtuvia muutoksia. Platonin oppilas Eudoksos haastoi opettajansa näkemykset työstämällä myyttittömämmän matemaattisen mallin, mutta ajatus samankeskisistä palloista ja planeettojen ympyränmuotoisesta liikkeestä säilyi edelleen.

Vaikka Aristoteleen perustelut maapallon keskipisteiselle maailmankaikkeudelle ovat vailla tieteellistä tukea, hän tarjoaa joitakin vakuuttavia havainnollisia todisteita pallomaisen maapallon perustelemiseksi, joista tärkein on napatähden sijainnin ero leveyspiirin muuttuessa, havainto, joka tarjosi keinon mitata maapallon ympärysmittaa.

Egyptissä ja Kyproksen lähistöllä nähdään tosiaan joitakin tähtiä, joita ei nähdä pohjoisemmilla seuduilla; ja tähdet, jotka pohjoisessa eivät koskaan ole havaintokyvyn ulottumattomissa, nousevat ja laskevat näillä seuduilla. Kaikki tämä osoittaa paitsi sen, että maapallo on muodoltaan ympyränmuotoinen, myös sen, että se on pallo, jonka koko ei ole kovin suuri, sillä muuten niin pienen paikanmuutoksen vaikutus ei näkyisi nopeasti.

(Aristoteles: 2. kirja, 14. luku, s. 75)

Aristoteles arvioi planeetan kooksi Kreikan ja Egyptin välissä sijaitsevan napatähden sijainnin perusteella 400 000 stadiaa. Emme tiedä tarkkaan stadioiden muuntamisesta nykyaikaisiksi mitoiksi, mutta yleinen käsitys on, että 400 000 stadiaa vastaisi noin 64 000 kilometriä. Tämä luku on paljon suurempi kuin nykyaikaiset laskelmat, mutta mielenkiintoista on se, että teoreettisesta näkökulmasta laskelma on pätevä menetelmä planeettamme koon laskemiseksi; Aristoteleen käsittelemien lukujen epätarkkuus estää häntä pääsemästä hyväksyttävään tulokseen.

Planeettamme kokoa koskeva tarkempi luku ilmaantui myöhemmin Eratostheneksen (276-195 eaa.) toimesta, kun hän vertasi auringon heittämiä varjoja kahdella eri leveysasteella (Aleksandriassa ja Syyenessä) täsmälleen samaan aikaan. Sitten hän laski yksinkertaisen geometrian avulla, että maapallon ympärysmitta on 250 000 stadiaa eli noin 40 000 kilometriä. Eratosthenesin laskelma on noin 15 prosenttia liian korkea, mutta hänen lukunsa tarkkuus saavutettaisiin vasta nykyaikana.

Aristoteelisen kosmologian melko hyvät havainnot elivät rinnakkain useiden mystisten ja esteettisten ennakkoluulojen kanssa. Uskottiin esimerkiksi, että taivaankappaleet olivat ”uusiutumattomia ja tuhoutumattomia” ja myös ”muuttumattomia”. Kaikkia planeettamme yläpuolella olevia kappaleita pidettiin virheettöminä ja ikuisina, ja tämä ajatus säilyi pitkään Aristoteleen jälkeen: jopa renessanssin aikana, kun Galilei väitti, että kuun pinta oli yhtä epätäydellinen kuin planeettamme ja täynnä vuoria ja kraattereita, se aiheutti pelkkää skandaalia aristoteelisten oppineitten keskuudessa, jotka yhä hallitsivat eurooppalaista ajattelua.

Huolimatta yleisestä yksimielisyydestä maapallokeskeisen mallin suhteen oli useita syitä, jotka viittasivat siihen, että tämä malli ei ollut täysin täsmällinen ja että se tarvitsi korjauksia. Geosentrinen malli ei esimerkiksi pystynyt selittämään planeettojen kirkkauden muutoksia eikä niiden taantumuksellisia liikkeitä. Aristarkhos Samoslainen (310 eaa. – 290 eaa.) oli antiikin kreikkalainen matemaatikko ja tähtitieteilijä, joka esitti vaihtoehtoisen tähtitieteellisen hypoteesin, jolla voitiin ratkaista joitakin näistä huolenaiheista. Kopernikusta ja Galileota lähes 20 vuosisataa ennen hän väitti, että aurinko, ei maa, oli maailmankaikkeuden kiinteä keskus ja että maa ja muut planeetat pyörivät auringon ympäri. Hän sanoi myös, että tähdet olivat kaukaisia aurinkoja, jotka pysyivät liikkumattomina, ja että maailmankaikkeus oli paljon suurempi kuin hänen aikalaisensa uskoivat. Huolellisen geometrisen analyysin avulla, joka perustui maan kuun varjon kokoon kuunpimennyksen aikana, Aristarkhos tiesi, että aurinko oli paljon suurempi kuin maa. On mahdollista, että ajatus siitä, että pienten kohteiden pitäisi kiertää suuria eikä päinvastoin, motivoi hänen vallankumouksellisia ajatuksiaan.

Aristarkhoksen teokset, joissa esitellään heliosentrinen malli, ovat kadonneet, ja tiedämme niistä myöhempiä teoksia ja viitteitä yhdistelemällä. Yksi tärkeimmistä ja selkeimmistä on Arkhimedeen mainitsema teoksessaan ”Hiekanlaskija”:

Mutta Aristarkhos Samoslainen toi julki kirjan, joka koostui tietyistä hypoteeseista, joiden lähtökohdat johtavat siihen tulokseen, että maailmankaikkeus on monin verroin suurempi kuin se, jota nyt kutsutaan niin. Hänen hypoteesinsa ovat, että kiintotähdet ja Aurinko pysyvät liikkumattomina, että Maa pyörii Auringon ympäri ympyrän kehällä, Auringon sijaitessa radan keskellä, ja että kiintotähtien pallo, joka sijaitsee saman keskipisteen ympärillä kuin Aurinko, on niin suuri, että ympyrä, jolla hän olettaa Maan pyörivän, on sellaisessa suhteessa kiintotähtien etäisyyteen kuin pallon keskipiste on sen pintaan nähden.

(Arkhimedes, 1-2)

Aristarkoksen malli oli hyvä ajatus huonoon aikaan, sillä kaikki antiikin kreikkalaiset tähtitieteilijät pitivät itsestäänselvyytenä, että kaikkien taivaankappaleiden kiertoradan oli oltava ympyrän muotoinen. Ongelmana oli se, että Aristarkhoksen teoriaa ei voitu sovittaa yhteen taivaankappaleiden oletettujen ympyränmuotoisten liikkeiden kanssa. Todellisuudessa planeettojen kiertoradat ovat elliptisiä, eivät ympyränmuotoisia: elliptisiä kiertoratoja tai muita kuin ympyränmuotoisia kiertoratoja ei voitu hyväksyä; se oli kreikkalaisten tähtitieteilijöiden näkökulmasta melkeinpä jumalanpilkkaa.

Hipparkhos Nizzalainen (190 eaa – 120 eaa), antiikin arvostetuin ja lahjakkain kreikkalainen tähtitieteilijä, laski kuun kuukauden pituuden alle sekunnin virheellä ja arvioi aurinkovuoden kuuden minuutin virheellä. Hän laati taivasluettelon, jossa hän esitti 1080 tähden sijainnit ilmoittamalla niiden tarkat taivaan leveys- ja pituusasteet. Timokaris, 166 vuotta ennen Hipparkhosta, oli myös laatinut kartan. Vertailemalla molempia karttoja Hipparkhos laski, että tähtien näennäinen sijainti oli siirtynyt noin kaksi astetta, ja näin hän löysi ja mittasi päiväntasaajan prekession. Hän laski prekession olevan 36 sekuntia vuodessa, mikä on nykyaikaisten laskelmien mukaan hieman liian lyhyt arvio, joka on 50 sekuntia vuodessa. Hän toimitti myös suurimman osan laskelmista, jotka muodostavat Ptolemaioksen teoksen Almagestin selkärangan, massiivisen tähtitieteellisen esseen, joka valmistui 2. vuosisadalla jKr. ja joka säilyi oppineiden vakiolähteenä ja oli kiistaton aina renessanssiin asti.

Hipparkhos lopetti Aristarkhoksen teorian sanomalla, että geosentrinen malli selitti havainnot aristarkhoksen mallia paremmin. Tämän seurauksena häntä syytetään usein siitä, että hän vei tähtitieteen kehitystä taaksepäin suosimalla virheellistä maakeskeistä näkemystä. Tämä on kuitenkin riski, joka ympäröi jokaista neroa, saman kolikon kaksi puolta: ollessaan oikeassa he voivat käynnistää tietämyksen vallankumouksen, ja ollessaan väärässä he voivat jäädyttää tietämyksen vuosisadoiksi.

Aristoteelinen malli ”pelastettiin” ottamalla käyttöön kaksi geometrista välinettä, jotka Apollonius Pergalainen loi noin vuonna 200 eaa. ja jotka Hipparkhos viimeisteli. Tavanomaiset ympyrät korvattiin eksentrisillä ympyröillä. Eksentrisessä ympyrässä planeetat liikkuivat tavalliseen tapaan tasaisessa ympyräliikkeessä maapallon ympäri, mutta planeettamme ei ollut ympyrän keskipiste, vaan pikemminkin keskipisteen siirtymä. Näin voitiin selittää planeettojen nopeuden muutokset ja myös kirkkauden muutokset: planeetat näyttivät liikkuvan nopeammin ja myös kirkkaammin, kun ne olivat lähempänä maapalloa, ja hitaammin ja myös himmeämmin, kun ne olivat kauempana kiertoradan toisella puolella. Apollonius keksi lisävälineen, epyklopedian, eli kiertoradan kiertoradan sisällä (kuu kiertää maata ja maa aurinkoa tai toisin sanoen kuu liikkuu auringon ympäri epyklopediassa). Tällä laitteella voitiin myös selittää kirkkauden ja nopeuden muutokset, ja sillä voitiin myös selittää planeettojen taantuvat liikkeet, jotka olivat askarruttaneet useimpia kreikkalaisia tähtitieteilijöitä.

Almagest

Hipparkhoksen ja Ptolemaioksen Almagestin välillä on kolmen vuosisadan kuilu. Jotkut tutkijat ovat esittäneet, että tämä ajanjakso oli jonkinlainen ”pimeä aikakausi” kreikkalaiselle tähtitieteelle, kun taas toiset tutkijat uskovat, että Almagestin voittokulku pyyhki pois kaikki aiemmat tähtitieteelliset teokset. Tämä on turhaa keskustelua, sillä tieteellisen teoksen merkitys mitataan usein sillä, kuinka monta aiempaa teosta se tekee tarpeettomiksi.

Almagest on kolossaalinen tähtitieteen teos. Se sisältää geometrisia malleja, jotka on liitetty taulukoihin, joiden avulla taivaankappaleiden liikkeet voitiin laskea loputtomiin. Kaikki kreikkalais-babylonialaiset tähtitieteelliset saavutukset on tiivistetty tähän teokseen. Se sisältää luettelon, jossa on yli 1 000 kiintotähteä. Almagestin kosmologia hallitsi länsimaista tähtitiedettä seuraavat 14 vuosisataa. Vaikka se ei ollutkaan täydellinen, sen tarkkuus oli riittävä, jotta se pysyi hyväksyttynä renessanssiin asti.

Ironisesti Ptolemaios oli pikemminkin astrologi kuin tähtitieteilijä: hänen aikanaan ei tehty jyrkkää eroa astrologian hämärän elinkeinon ja tähtitieteen välillä. Tähtitieteelliset havainnot olivat vain sivuseikka Ptolemaioksen halusta astrologina pystyä kertomaan ja ennakoimaan planeettojen sijainnit kaikkina aikoina. Lisäksi Ptolemaios oli myös Tetrabiblos-nimisen teoksen, astrologian klassikkoteoksen, kirjoittaja.

Hipparkhoksen ja Apolloniuksen keksimät välineet mahdollistivat riittävän tarkkailutarkkuuden, mikä rohkaisi geosentrisen mallin etenemistä, mutta täydellistä menestystä ei koskaan voitu saavuttaa. Ptolemaios lisäsi vielä toisenkin välineen mallin ”ulkonäön pelastamiseksi”: ekvanttipisteen. Ekvantti oli piste, joka oli symmetrisesti vastapäätä eksentristä maapalloa, ja planeetan edellytettiin liikkuvan kiertoradallaan siten, että ekvantin perspektiivistä katsottuna se näyttäisi liikkuvan tasaisesti taivaan poikki. Koska ekvantti oli siirretty radan keskipisteestä, planeettojen oli vaihdeltava nopeuttaan täyttääkseen tämän vaatimuksen. Lyhyesti sanottuna, koska jotkin kosmologisen mallin perusolettamukset olivat virheellisiä (käsitys maapallon keskipisteestä, täydelliset ympyränmuotoiset kiertoradat jne.), oli tarpeen lisätä kyseenalaisia ja monimutkaisia välineitä (eksentriset ympyrät, episyklit, ekvantit jne.) epäjohdonmukaisuuksien estämiseksi tai ainakin niiden minimoimiseksi. Ptolemaioksen malli romahti lopulta paitsi epätarkkuuksiensa vuoksi myös pääasiassa siksi, että se ei ollut yksinkertainen. Kun Kopernikuksen aurinkokeskeinen hypoteesi julkaistiin 1500-luvulla jKr. se ei saavuttanut suosiota siksi, että se oli tarkempi, vaan siksi, että se oli paljon yksinkertaisempi eikä siinä tarvittu kaikkia niitä liian monimutkaisia laitteita, joita Ptolemaios joutui käyttämään.

Legendaarisuus

Kreikkalaisten saavutuksia taiteessa, politiikassa ja jopa filosofiassa voidaan arvioida henkilökohtaisen maun mukaan, mutta se, mitä he saavuttivat tähtitieteessä, on täysin kiistaton. He eivät ainoastaan kehittäneet hienoa tähtitieteellistä tietämystä, vaan he myös menestyksekkäästi hyödynsivät egyptiläisestä, babylonialaisesta ja kaldealaisesta tähtitieteestä saamaansa tähtitieteellistä tietoa ja onnistuivat yhdistämään sen omaan tietämykseensä. Jopa silloin, kun he tekivät väärän olettamuksen, he osoittivat ainutlaatuista luovuutta keksiessään laitteita virheidensä pelastamiseksi. Modernin tieteen nousun aikana maailma näki vasta renessanssin aikana ajattelijoita, joilla oli riittävästi tähtitieteellistä osaamista kyseenalaistaa antiikin kreikkalaisen tähtitieteen käsitykset.