Alai

Astronomia este un domeniu în care grecii au dat dovadă de un talent remarcabil. Astronomia observațională, care era principala formă de astronomie în alte părți, a fost dusă cu un pas mai departe în Grecia: ei au încercat să construiască un model al universului care să explice observațiile. Ei au explorat toate alternativele imaginabile, au luat în considerare multe soluții diferite pentru diferitele probleme astronomice pe care le-au întâlnit. Ei nu numai că au anticipat multe dintre ideile astronomiei moderne, dar unele dintre ideile lor au dăinuit timp de aproximativ două milenii. Chiar și în timpul lui Isaac Newton, unele aspecte ale cosmologiei aristotelice erau încă predate la Universitatea din Cambridge.

Cunoștințele noastre despre astronomia greacă înainte de secolul al IV-lea î.Hr. sunt foarte incomplete. Avem doar câteva scrieri care au supraviețuit, iar cea mai mare parte din ceea ce știm sunt referințe și comentarii din partea lui Aristotel, mai ales opinii pe care urmează să le critice. Ceea ce este clar este că se credea că Pământul este o sferă și că exista un efort din ce în ce mai mare de a înțelege natura în termeni pur naturali, fără a recurge la explicații supranaturale.

Vecinii grecilor, egiptenii și babilonienii, aveau astronomii foarte dezvoltate, dar forțele care le conduceau erau diferite. Administrația egipteană se baza pe calendare bine stabilite pentru a anticipa inundațiile Nilului; ritualurile erau necesare pentru a putea spune ora în timpul nopții, iar orientarea monumentelor în direcțiile cardinale era, de asemenea, importantă. Babilonienii credeau în citirea prezicerilor de pe cer ca mijloc de securizare a statului. Toate acestea au fost stimuli importanți pentru a dezvolta o astronomie fină.
Pitagora este creditat ca fiind primul grec care a crezut că Pământul este sferic, dar această idee a fost probabil întemeiată mai degrabă pe motive mistice decât științifice. Pitagorienii au găsit dovezi concludente în favoarea unui Pământ sferic după ce s-a descoperit că luna strălucește prin reflectarea luminii și s-a găsit explicația corectă pentru eclipse. Umbra Pământului pe suprafața Lunii a sugerat că forma planetei noastre era sferică.

Cartea lui Aristotel „Despre ceruri” rezumă unele noțiuni astronomice dinaintea timpului său. El spune, de exemplu, că Xenofan din Colophon susținea că Pământul de sub noi este infinit, că „și-a împins rădăcinile la infinit”; alții credeau că Pământul se sprijină pe apă, afirmație al cărei autor inițial pare a fi Thales (conform lui Aristotel); Anaximenes, Anaxagoras și Democritus credeau că Pământul este plat, care „acoperă, ca un capac, pământul de sub el”.

Astronomia greacă după Aristotel

În afară de câteva excepții, consensul general în rândul astronomilor greci a fost că universul era centrat pe Pământ. În secolul al IV-lea î.Hr., Platon și Aristotel au căzut de acord asupra unui model geocentric, dar ambii gânditori au făcut acest lucru pe baza unor argumente mistice: Stelele și planetele erau purtate în jurul Pământului pe sfere, dispuse în mod concentric. Platon a descris chiar universul ca fiind fusul necesității, asistat de sirene și învârtit de cele trei sorți. Platon a renunțat la ideea unui univers guvernat de legi naturale, întrucât respingea orice formă de determinism. De fapt, mișcările imprevizibile ale unor planete (în special Marte), erau considerate de Platon drept o dovadă că legile naturale nu puteau explica toate schimbările din natură. Eudoxus, un student al lui Platon, a contestat opiniile profesorului său, lucrând la un model matematic mai lipsit de mituri, dar ideea sferelor concentrice și a mișcării planetare circulare a persistat în continuare.

În timp ce justificările lui Aristotel pentru un univers centrat pe Pământ nu au suport științific, el oferă câteva dovezi observaționale convingătoare pentru a justifica un Pământ sferic, cea mai importantă fiind diferența de poziție a stelei polare pe măsură ce se schimbă latitudinea, observație care a oferit o modalitate de a măsura circumferința Pământului.

Într-adevăr, există unele stele văzute în Egipt și în vecinătatea Ciprului care nu sunt văzute în regiunile nordice; iar stelele, care în nord nu sunt niciodată dincolo de raza de observație, în aceste regiuni răsar și apun. Toate acestea demonstrează nu numai că Pământul are o formă circulară, dar și că este o sferă de dimensiuni nu foarte mari, căci altfel efectul unei schimbări atât de ușoare de loc nu ar fi rapid evident.

(Aristotel: Cartea 2, Capitolul 14, p. 75)

Aristotel, bazându-se pe poziția stelei polare între Grecia și Egipt, a estimat dimensiunea planetei la 400.000 de stadii. Nu cunoaștem cu exactitate conversia stadiei în măsuri moderne, dar consensul general este că 400.000 de stadii ar însemna aproximativ 64.000 de kilometri. Această cifră este mult mai mare decât calculele moderne, dar ceea ce este interesant este că, din punct de vedere teoretic, calculul este o metodă validă pentru a calcula dimensiunea planetei noastre; inexactitatea cifrelor cu care s-a confruntat Aristotel este cea care îl împiedică să ajungă la o concluzie acceptabilă.

O cifră mai precisă pentru mărimea planetei noastre va apărea mai târziu, odată cu Eratostene (276-195 î.Hr.), care a comparat umbrele proiectate de soare la două latitudini diferite (Alexandria și Syene) exact în același timp. Prin geometrie simplă, el a calculat apoi că circumferința Pământului este de 250.000 de stadii, ceea ce înseamnă aproximativ 40.000 de kilometri. Calculul lui Eratostene este cu aproximativ 15% prea mare, dar acuratețea cifrei sale nu avea să fie egalată până în epoca modernă.

Observațiile destul de bune ale cosmologiei aristotelice coexistau cu o serie de prejudecăți mistice și estetice. Se credea, de exemplu, că corpurile cerești erau „neregenerabile și indestructibile” și, de asemenea, „inalterabile”. Toate corpurile care existau deasupra planetei noastre erau considerate fără cusur și veșnice, o idee care a dăinuit mult timp după Aristotel: chiar și în timpul Renașterii, când Galileo a afirmat că suprafața Lunii era la fel de imperfectă ca și planeta noastră și plină de munți și cratere, nu a provocat decât scandal în rândul savanților aristotelieni care încă dominau gândirea europeană.

În ciuda consensului general asupra modelului centrat pe Pământ, au existat o serie de motive care sugerau că modelul nu era pe deplin precis și că avea nevoie de corecții. De exemplu, nu a fost posibil ca modelul geocentric să explice nici schimbările de luminozitate ale planetelor, nici mișcările lor retrograde. Aristarchus din Samos (310 î.Hr. – 290 î.Hr.) a fost un matematician și astronom din Grecia antică care a venit cu o ipoteză astronomică alternativă care ar putea rezolva unele dintre aceste probleme. Anticipându-i pe Copernic și Galileo cu aproape 20 de secole, el a susținut că soarele, nu Pământul, era centrul fix al universului și că Pământul, împreună cu restul planetelor, se rotea în jurul Soarelui. De asemenea, a afirmat că stelele erau sori îndepărtați care nu se mișcau și că dimensiunea universului era mult mai mare decât credeau contemporanii săi. Folosind o analiză geometrică atentă, bazată pe dimensiunea umbrei pământului pe lună în timpul unei eclipse de lună, Aristarchus știa că soarele era mult mai mare decât pământul. Este posibil ca ideea că obiectele mici ar trebui să orbiteze în jurul celor mari și nu invers să fi motivat ideile sale revoluționare.

Operele lui Aristarchus în care este prezentat modelul heliocentric sunt pierdute, iar noi le cunoaștem prin reconstituirea unor lucrări și referințe ulterioare. Una dintre cele mai importante și mai clare este cea menționată de Arhimede în cartea sa „The Sand Reckoner”:

Dar Aristarchus din Samos a scos o carte compusă din anumite ipoteze, în care premisele duc la rezultatul că universul este de multe ori mai mare decât cel numit acum așa. Ipotezele sale sunt că stelele fixe și Soarele rămân nemișcate, că Pământul se învârte în jurul Soarelui în circumferința unui cerc, Soarele aflându-se în mijlocul orbitei, și că sfera stelelor fixe, situată în jurul aceluiași centru ca și Soarele, este atât de mare încât cercul în care presupune el că se învârte Pământul este atât de proporțională cu distanța dintre stelele fixe pe cât este centrul sferei față de suprafața sa.

(Arhimede, 1-2)

Modelul lui Arhimede a fost o idee bună într-un moment nepotrivit, deoarece toți astronomii greci din antichitate luau de la sine înțeles că orbita tuturor corpurilor cerești trebuia să fie circulară. Problema era că teoria lui Aristarchus nu putea fi reconciliată cu mișcările presupus circulare ale corpurilor cerești. În realitate, orbitele planetelor sunt eliptice, nu circulare: orbitele eliptice sau orice altă orbită necirculară nu puteau fi acceptate; era aproape o blasfemie din punctul de vedere al astronomilor greci.

Hipparchus din Niceea (190 î.Hr. – 120 î.Hr.), cel mai respectat și talentat astronom grec din antichitate, a calculat durata lunii lunare cu o eroare de mai puțin de o secundă și a estimat anul solar cu o eroare de șase minute. El a realizat un catalog al cerului, furnizând pozițiile a 1080 de stele prin indicarea latitudinii și longitudinii cerești precise a acestora. Timocharis, cu 166 de ani înaintea lui Hipparchus, a realizat și el o hartă. Comparând ambele hărți, Hipparchus a calculat că stelele și-au deplasat poziția aparentă cu aproximativ două grade, descoperind și măsurând astfel precesia echinocțială. El a calculat că precesia este de 36 de secunde pe an, o estimare un pic prea scurtă conform calculelor moderne, care este de 50. El a furnizat, de asemenea, majoritatea calculelor care constituie coloana vertebrală a lucrării lui Ptolemeu, Almagestul, un masiv eseu astronomic finalizat în secolul al II-lea d.Hr. care a rămas referința standard pentru savanți și necontestat până la Renaștere.

Hipparchus a pus capăt teoriei lui Aristarchus, spunând că modelul geocentric explica mai bine observațiile decât modelul lui Aristarchus. Ca urmare a acestui fapt, el este adesea acuzat că a adus progresul astronomic înapoi, favorizând viziunea eronată centrată pe Pământ. Totuși, acesta este un risc care înconjoară orice geniu, două fețe ale aceleiași monede: când au dreptate pot declanșa o revoluție a cunoașterii, iar când greșesc pot îngheța cunoașterea timp de secole.

Modelul aristotelic a fost „salvat” prin introducerea a două instrumente geometrice create de Apollonius din Perga în jurul anului 200 î.Hr. și perfecționate de Hipparchus. Cercurile convenționale au fost înlocuite cu cercuri excentrice. Într-un cerc excentric, planetele se mișcau ca de obicei într-o mișcare circulară uniformă în jurul Pământului, dar planeta noastră nu era centrul cercului, ci mai degrabă decalată față de centru. În acest fel, puteau fi explicate schimbările de viteză ale planetelor și, de asemenea, schimbările de luminozitate: planetele păreau să se miște mai repede și, de asemenea, mai strălucitoare, atunci când se aflau mai aproape de Pământ, și mai încet și mai puțin strălucitoare, atunci când se aflau în partea îndepărtată a orbitei lor. Apollonius a venit cu un instrument suplimentar, epiciclul, o orbită în interiorul unei orbite (luna se învârte în jurul pământului și pământul orbitează soarele sau, cu alte cuvinte, luna se mișcă în jurul soarelui într-un epiciclu). Acest dispozitiv putea, de asemenea, să explice schimbările de luminozitate și de viteză, precum și mișcările retrograde ale planetelor, care îi lăsau perplecși pe majoritatea astronomilor greci.

Almagestul

Între Hipparchus și Almagestul lui Ptolemeu avem un decalaj de trei secole. Unii cercetători au sugerat că această perioadă a fost un fel de „epocă întunecată” pentru astronomia greacă, în timp ce alți cercetători cred că triumful Almagestului a șters toate lucrările astronomice anterioare. Aceasta este o dezbatere superfluă, deoarece importanța unei lucrări științifice este adesea măsurată prin numărul de lucrări anterioare pe care le face redundante.

Almagestul este o lucrare colosală de astronomie. Ea conține modele geometrice legate de tabele cu ajutorul cărora mișcările corpurilor cerești puteau fi calculate la nesfârșit. Toate realizările astronomice greco-babiloniene sunt rezumate în această lucrare. Ea include un catalog care conține peste 1.000 de stele fixe. Cosmologia din Almagestul va domina astronomia occidentală pentru cele 14 secole care vor urma. Deși nu era perfectă, avea suficientă acuratețe pentru a rămâne acceptată până la Renaștere.

Ironic, Ptolemeu a fost mai mult un astrolog decât un astronom: în timpul său, nu exista o distincție clară între afacerea obscură a astrologiei și știința astronomiei. Observațiile astronomice erau doar un efect secundar al dorinței lui Ptolemeu, în calitate de astrolog, de a fi capabil să spună și să anticipeze pozițiile planetelor în orice moment. Mai mult, Ptolemeu a fost și autorul unei lucrări numite Tetrabiblos, o lucrare clasică de astrologie.

Instrumentele concepute de Hipparchus și Apollonius au permis o precizie observațională suficientă, încurajând progresul modelului geocentric, dar succesul total nu a putut fi niciodată atins. Ptolemeu a adăugat încă un dispozitiv pentru a „salva aparențele” modelului: punctul de ecuație. Punctul ecuant era punctul simetric opus Pământului excentric, iar planeta trebuia să se deplaseze pe orbita sa în așa fel încât, din perspectiva punctului ecuant, să pară că se deplasează uniform pe cer. Deoarece ecuantul era decalat față de centrul orbitei, planetele trebuiau să își varieze viteza pentru a îndeplini această cerință. Pe scurt, deoarece unele presupuneri de bază ale modelului cosmologic erau greșite (noțiunea de centrare pe Pământ, orbitele circulare perfecte etc.), a fost nevoie să se adauge dispozitive discutabile și complicate (cercuri excentrice, epicicluri, ecuanți etc.) pentru a preveni neconcordanțele sau, cel puțin, pentru a încerca să le minimizeze. În cele din urmă, modelul ptolemeic s-a prăbușit nu numai din cauza inexactităților sale, ci mai ales din cauza lipsei de simplitate. Când ipoteza centrată pe Soare a lui Copernic a fost publicată în secolul al XVI-lea d.Hr., aceasta a câștigat popularitate nu pentru că era mai precisă, ci pentru că era mult mai simplă și nu avea nevoie de toate dispozitivele prea complexe pe care Ptolemeu trebuia să le folosească.

Legitimitate

Realizările grecilor în artă, politică și chiar în filozofie pot fi judecate în funcție de gustul personal, dar ceea ce au realizat în astronomie este total de necontestat. Ei nu numai că au dezvoltat o cunoaștere astronomică fină, dar au exploatat cu succes și datele astronomice pe care le-au obținut din astronomia egipteană, babiloniană și caldeeană și au reușit să le îmbine cu propriile lor cunoștințe. Chiar și atunci când au făcut o presupunere greșită, au dat dovadă de o creativitate unică pentru a găsi dispozitive care să le salveze greșelile. În timpul ascensiunii științei moderne, abia în Renaștere lumea va vedea gânditori cu suficientă competență astronomică pentru a contesta noțiunile astronomiei antice grecești.