Alai

Astronomia jest dziedziną, w której Grecy wykazali się niezwykłym talentem. Astronomia obserwacyjna, która była główną formą astronomii gdzie indziej, w Grecji poszła o krok dalej: próbowali oni zbudować model wszechświata, który mógłby odpowiadać obserwacjom. Badali wszystkie możliwe alternatywy, rozważali wiele różnych rozwiązań dla różnych problemów astronomicznych, na które natrafiali. Nie tylko przewidzieli wiele idei współczesnej astronomii, ale także niektóre z ich pomysłów przetrwały przez około dwa tysiąclecia. Nawet w czasach Isaaca Newtona niektóre aspekty arystotelesowskiej kosmologii były nadal wykładane na Uniwersytecie w Cambridge.

Nasza wiedza o greckiej astronomii przed IV wiekiem p.n.e. jest bardzo niekompletna. Mamy tylko kilka zachowanych pism, a większość z tego, co wiemy, to odniesienia i komentarze Arystotelesa, głównie opinie, które ma zamiar skrytykować. Jasne jest, że wierzono, iż ziemia jest kulą i że podejmowano coraz większe wysiłki, by zrozumieć naturę w kategoriach czysto przyrodniczych, bez odwoływania się do nadprzyrodzonych wyjaśnień.

Sąsiedzi Greków, Egipcjanie i Babilończycy, mieli wysoko rozwinięte astronomie, ale siły je napędzające były inne. Egipska administracja opierała się na dobrze opracowanych kalendarzach, aby przewidzieć wylewy Nilu; rytuały były wymagane, aby móc określić czas w nocy, a orientacja pomników w kierunkach kardynalnych była również ważna. Babilończycy wierzyli w odczytywanie omenów z nieba jako środka zabezpieczającego państwo. To wszystko były ważne bodźce do rozwoju astronomii grzywny.
Pythagoras jest przypisywany jako pierwszy Grek, aby myśleć, że ziemia jest kulista, ale ta idea została prawdopodobnie założona na mistycznych powodów, a nie naukowych. Pitagorejczycy znaleźli rozstrzygające dowody na korzyść kulistej ziemi po tym, jak odkryto, że księżyc świeci odbijając światło, i znaleziono właściwe wyjaśnienie zaćmień. Cień ziemi na powierzchni księżyca sugerował, że kształt naszej planety jest kulisty.

Arystotelesa książki „O niebiosach” podsumowuje niektóre pojęcia astronomiczne przed jego czasów. Mówi, na przykład, że Ksenofanes z Kolofonu twierdził, że ziemia pod nami jest nieskończona, że ma „pchnął swoje korzenie do nieskończoności”; inni wierzyli, że ziemia spoczywa na wodzie, twierdzenie, którego oryginalnym autorem wydaje się być Thales (według Arystotelesa); Anaksymenes, Anaksagoras i Demokryt wierzyli, że ziemia jest płaska, która „obejmuje jak pokrywę, ziemię pod nią”.

Astronomia grecka po Arystotelesie

Oprócz kilku wyjątków, wśród greckich astronomów panował powszechny konsensus, że wszechświat jest skoncentrowany na Ziemi. W IV w. p.n.e. Platon i Arystoteles zgodzili się na model geocentryczny, ale obaj myśliciele zrobili to w oparciu o argumenty mistyczne: Gwiazdy i planety były przenoszone wokół Ziemi na sferach, ułożonych w sposób koncentryczny. Platon opisał nawet wszechświat jako Wrzeciono Konieczności, w którym uczestniczą Syreny i którym obracają trzy Losy. Platon odrzucił ideę wszechświata rządzonego przez prawa naturalne, ponieważ odrzucił jakąkolwiek formę determinizmu. W rzeczywistości, nieprzewidywalne ruchy niektórych planet (zwłaszcza Marsa), były postrzegane przez Platona jako dowód, że prawa naturalne nie mogą tłumaczyć wszystkich zmian w przyrodzie. Eudoksos, uczeń Platona, zakwestionował poglądy swojego nauczyciela, pracując nad bardziej wolnym od mitów modelem matematycznym, ale idea koncentrycznych sfer i okrężnego ruchu planet nadal się utrzymywała.

Pomimo, że uzasadnienia Arystotelesa dla wszechświata skoncentrowanego na Ziemi nie mają wsparcia naukowego, oferuje on pewne przekonujące dowody obserwacyjne uzasadniające istnienie kulistej Ziemi, z których najważniejszym jest różnica w położeniu gwiazdy polarnej przy zmianie szerokości geograficznej, obserwacja, która umożliwiła zmierzenie obwodu Ziemi.

Indeed there are some stars seen in Egypt and in the neighbourhood of Cyprus which are not seen in the norththerly regions; and stars, which in the north are never beyond the range of observation, in those regions rise and set. Wszystko to świadczy nie tylko o tym, że Ziemia ma kształt koła, ale także o tym, że jest to kula o niezbyt dużych rozmiarach: w przeciwnym razie skutki tak niewielkiej zmiany miejsca nie byłyby szybko widoczne.

(Arystoteles: Księga 2, Rozdział 14, str. 75)

Arystoteles, opierając się na położeniu gwiazdy polarnej między Grecją a Egiptem, oszacował wielkość planety na 400 000 stadiów. Nie znamy dokładnie sposobu przeliczania stadiów na współczesne miary, ale panuje powszechna zgoda, że 400 000 stadiów to około 64 000 kilometrów. Liczba ta jest znacznie wyższa niż współczesne obliczenia, ale interesujące jest to, że z teoretycznego punktu widzenia obliczenia te są ważną metodą obliczania wielkości naszej planety; to niedokładność liczb, którymi zajmował się Arystoteles, uniemożliwia mu dojście do akceptowalnego wniosku.

Bardziej dokładna liczba dla wielkości naszej planety pojawi się później u Eratostenesa (276-195 p.n.e.), który porównał cienie rzucane przez słońce na dwóch różnych szerokościach geograficznych (Aleksandria i Syene) w tym samym czasie. Na podstawie prostej geometrii obliczył, że obwód Ziemi wynosi 250 000 stadiów, czyli około 40 000 kilometrów. Obliczenia Eratostenesa są o około 15% za wysokie, ale dokładność jego obliczeń nie dorównałaby im aż do czasów nowożytnych.

Dość dobre obserwacje arystotelesowskiej kosmologii współistniały z licznymi przesądami mistycznymi i estetycznymi. Uważano na przykład, że ciała niebieskie są „niestworzone i niezniszczalne”, a także „niezmienne”. Wszystkie ciała, które istniały ponad naszą planetą były uważane za nieskazitelne i wieczne, idea, która przetrwała długo po Arystotelesie: nawet w czasie renesansu, kiedy Galileusz twierdził, że powierzchnia Księżyca była tak samo niedoskonała jak nasza planeta i wypełniona górami i kraterami, wywołało to nic innego jak skandal wśród arystotelesowskich uczonych, którzy wciąż dominowali w myśli europejskiej.

Pomimo ogólnej zgody na model skupiony na Ziemi, istniało wiele powodów, które sugerowały, że model ten nie był w pełni dokładny i wymagał poprawek. Na przykład, nie było możliwe dla modelu geocentrycznego, aby wyjaśnić albo zmiany w jasności planet lub ich ruchów wstecznych. Arystarch z Samos (310 p.n.e.- 290 p.n.e.) był starożytnym greckim matematykiem i astronomem, który wysunął alternatywną hipotezę astronomiczną, mogącą rozwiać niektóre z tych wątpliwości. Wyprzedzając Kopernika i Galileusza o prawie 20 wieków, twierdził, że to słońce, a nie ziemia, jest stałym centrum wszechświata, a ziemia wraz z pozostałymi planetami krąży wokół słońca. Powiedział również, że gwiazdy były odległymi słońcami, które pozostały nieporuszone, oraz że rozmiar wszechświata był znacznie większy niż wierzyli jego współcześni. Używać ostrożny geometryczny analiza opierać się na the rozmiar the ziemia cień na the księżyc podczas księżycowy zaćmienie, Aristarchus znać że the słońce być dużo wielki the ziemia. It jest możliwe, że pomysł, że małe obiekty powinny orbitować duże, a nie na odwrót motywowane jego revolutionary ideas.

Aristarchus prace, gdzie heliocentric model jest przedstawiony są utracone, a my wiemy o nich przez piecing razem późniejszych prac i odniesień. Jednym z najważniejszych i najbardziej przejrzystych jest ten wspomniany przez Archimedesa w jego książce „The Sand Reckoner”:

Ale Arystarch z Samos przyniósł książkę składającą się z pewnych hipotez, w których przesłanki prowadzą do wyniku, że wszechświat jest wiele razy większy niż ten teraz tak zwany. Jego hipotezy są takie, że gwiazdy stałe i Słońce pozostają nieruchome, że Ziemia obraca się wokół Słońca po obwodzie koła, a Słońce leży w środku orbity, oraz że sfera gwiazd stałych, położona mniej więcej w tym samym środku co Słońce, jest tak wielka, że koło, po którym według niego obraca się Ziemia, pozostaje w takiej proporcji do odległości gwiazd stałych, w jakiej środek sfery pozostaje do jej powierzchni.

(Archimedes, 1-2)

Model Arystarcha był dobrym pomysłem w złym czasie, ponieważ wszyscy greccy astronomowie w starożytności przyjęli za pewnik, że orbita wszystkich ciał niebieskich musi być okrągła. Problem polegał na tym, że teorii Arystarcha nie dało się pogodzić z rzekomo kolistymi ruchami ciał niebieskich. W rzeczywistości orbity planet są eliptyczne, a nie koliste: orbity eliptyczne lub jakiekolwiek inne orbity niekoliste nie mogły być akceptowane; z punktu widzenia greckich astronomów było to niemal bluźnierstwo.

Hipparchus of Nicea (190 BCE – 120 BCE), najbardziej szanowany i utalentowany grecki astronom w starożytności, obliczył długość miesiąca księżycowego z błędem mniejszym niż jedna sekunda i oszacował rok słoneczny z błędem sześciu minut. Sporządził katalog nieba, w którym podał pozycje 1080 gwiazd, określając ich dokładną szerokość i długość geograficzną. Timocharis, 166 lat przed Hipparchusem, również sporządził taki wykres. Porównując oba wykresy, Hipparchus obliczył, że gwiazdy przesunęły swoje pozorne położenie o około dwa stopnie, a tym samym odkrył i zmierzył precesję równikową. Obliczył, że precesja wynosi 36 sekund na rok, co według współczesnych obliczeń jest wartością nieco zbyt krótką i wynosi 50. Dostarczył również większość obliczeń, które są podstawą pracy Ptolemeusza Almagest, masywnego eseju astronomicznego ukończonego w II w. n.e., który pozostał standardowym odniesieniem dla uczonych i niekwestionowanym aż do renesansu.

Hipparchus położył kres teorii Arystarcha, mówiąc, że model geocentryczny lepiej wyjaśnia obserwacje niż model Arystarcha. W związku z tym często obwinia się go o cofnięcie postępu astronomicznego przez faworyzowanie błędnego poglądu ziemsko-centrycznego. Jest to jednak ryzyko, które otacza każdego geniusza, dwie strony tej samej monety: kiedy mają rację, mogą wywołać rewolucję wiedzy, a kiedy się mylą, mogą zamrozić wiedzę na wieki.

Model Arystotelesa został „uratowany” przez wprowadzenie dwóch narzędzi geometrycznych stworzonych przez Apolloniusza z Pergi około 200 roku p.n.e. i udoskonalonych przez Hipparcha. Konwencjonalne okręgi zostały zastąpione przez okręgi mimośrodowe. W okręgu mimośrodowym planety poruszały się jak zwykle ruchem jednostajnym po okręgu wokół Ziemi, ale nasza planeta nie była środkiem okręgu, a raczej przesunięta względem niego. This way, the planeta’s speed changes could be accounted for and also the changes in brightness: planets would appear to move faster, and also brighter, when they were nearer the earth, and slower, and also dimmer, when they were away on the far side of their orbit. Apolloniusz wymyślił dodatkowe narzędzie – epicykl, czyli orbitę w orbicie (księżyc krąży wokół ziemi, a ziemia wokół słońca, czyli księżyc porusza się wokół słońca po epicyklu). Dzięki temu urządzeniu można było wyjaśnić zmiany jasności i prędkości, a także ruchy wsteczne planet, które zastanawiały większość greckich astronomów.

Amagest

Pomiędzy Almagestem Hipparcha a Almagestem Ptolemeusza mamy trzy wieki przerwy. Niektórzy uczeni sugerują, że okres ten był pewnego rodzaju „ciemną erą” dla greckiej astronomii, podczas gdy inni uważają, że triumf Almagestu zniweczył wszystkie poprzednie prace astronomiczne. Jest to zbędna debata, ponieważ znaczenie dzieła naukowego jest często mierzone liczbą poprzednich dzieł, które czyni zbędnymi.

Amagest jest kolosalnym dziełem na temat astronomii. Zawiera modele geometryczne połączone z tabelami, dzięki którym ruchy ciał niebieskich można było obliczać w nieskończoność. Wszystkie grecko-babilońskie osiągnięcia astronomiczne zostały podsumowane w tym dziele. Zawiera ono katalog zawierający ponad 1000 gwiazd stałych. Kosmologia Almagestu miała zdominować zachodnią astronomię przez następne 14 stuleci. Chociaż nie była doskonała, miała wystarczającą dokładność, aby pozostać zaakceptowaną aż do renesansu.

Ironicznie, Ptolemeusz był bardziej astrologiem niż astronomem: w jego czasach nie było ostrego rozróżnienia między niejasną działalnością astrologiczną a nauką astronomii. Obserwacje astronomiczne były jedynie efektem ubocznym pragnienia Ptolemeusza jako astrologa, by móc w każdej chwili określić i przewidzieć pozycje planet. Co więcej, Ptolemeusz był również autorem dzieła o nazwie Tetrabiblos, klasycznej pracy o astrologii.

Narzędzia opracowane przez Hipparcha i Apolloniusza pozwalały na wystarczającą dokładność obserwacyjną, zachęcając do postępu modelu geocentrycznego, ale całkowity sukces nigdy nie mógł zostać osiągnięty. Ptolemeusz dodał jeszcze jedno urządzenie, które miało „ocalić pozory” modelu: punkt równania. Równik był punktem symetrycznie przeciwnym do ekscentrycznej Ziemi, a od planety wymagano, by poruszała się po swojej orbicie w taki sposób, by z perspektywy równika wydawało się, że porusza się równomiernie po niebie. Ponieważ równik był odsunięty od środka orbity, planety musiały zmieniać swoją prędkość, aby spełnić ten wymóg. Krótko mówiąc, ponieważ niektóre podstawowe założenia modelu kosmologicznego były błędne (pojęcie ziemi w centrum, idealne kołowe orbity, itd.), zaistniała potrzeba dodania wątpliwych i skomplikowanych urządzeń (mimośrodowe okręgi, epicykle, równiki, itd.), aby zapobiec niespójnościom lub przynajmniej spróbować je zminimalizować. W końcu model ptolemejski upadł nie tylko z powodu swoich nieścisłości, ale przede wszystkim dlatego, że brakowało mu prostoty. Kiedy w XVI w. n.e. opublikowano hipotezę Kopernika, zyskała ona popularność nie dlatego, że była dokładniejsza, lecz dlatego, że była o wiele prostsza i nie wymagała zbyt skomplikowanych urządzeń, których musiał używać Ptolemeusz.

Legacy

Osiągnięcia Greków w sztuce, polityce, a nawet w filozofii mogą być oceniane według osobistych upodobań, ale to, co osiągnęli w astronomii, jest całkowicie niepodważalne. Nie tylko rozwinęli oni wspaniałą wiedzę astronomiczną, ale także z powodzeniem wykorzystywali dane astronomiczne, które uzyskali z astronomii egipskiej, babilońskiej i chaldejskiej, i zdołali połączyć je z własną wiedzą. Nawet gdy przyjmowali błędne założenia, wykazywali się wyjątkową kreatywnością, wymyślając urządzenia, które ratowały ich błędy. W okresie rozwoju nowożytnej nauki, dopiero w renesansie świat ujrzał myślicieli posiadających wystarczające kompetencje astronomiczne, by zakwestionować pojęcia starożytnej astronomii greckiej.