Не хотите поговорить о Вселенной нашей?

Как вы могли понять, речь в этом посте пойдёт о нашей с вами Вселенной: о том, что мы наблюдаем в вышине, о метагалактике, и о том, что не поддаётся нашему взору, о теоретическом заграничном пространстве, о том как раньше представлялся мир, о небесной тверди... Тема это безграничная и говорить можно долго, много и сложно. Но сегодня нас будет интересовать только то, как именно наша Вселенная развивалась в понимании человека, как именно учёные разных эпох развивали наши знания о мироустройстве, как они ошибались, как делали верные утверждения, как они писали свои Вселенные: геоцентрические, конечные, без галактик и с эфиром.

Сегодня мы коснёмся только первых шагов человечества по тернистой дороге астрономии. Но не бойтесь, всё это будет приправлено красивыми иллюстрациями и доходчивыми объяснениями.

С самых первых шагов по эволюционной лестнице люди обращались не только к своим природным инстинктам, но и к окружающему миру. Они стали рефлексировать полученный опыт и изливать его в художественных произведениях, письменных трудах, старались связать и объяснять происходящее. Так стихийным событиям приписывали богов, духов и другие энергетические субстанции. Свою позицию в этих попытках объяснить мир заняла астрономия. Подкопив очков науки и овладев первыми орудиями труда, человек перешёл от собирательства к земледелию. Вместе с этим он заметил, что посаженное растёт не везде и не всегда. Тратить время и силы на то, что не сможет дать пищу — сомнительная затея. Поэтому люди стали следить, а при каких условиях посаженное даст плоды. Давайте я покажу вам небольшой трюк чтения символов истории, но для этого нужен подходящий саундтрек...

Кому-то может показаться это слегка натянутым: ну к чему тратить столько сил на какие-то там календари посевов? Но тогда я напомню, что именно засушливое время, по общепринятой теории, стало смертельным для всего народа Майя. Поэтому для наших предков было важно наблюдать и сопоставлять. Те, кто считал это пустой тратой времени, быстрее присоединялись к началу пищевой цепочки.

Подобным образом, независимо друг от друга, по всему земному шару человек-разумный стал обращаться к ночному небу за ответами. Иногда он связывал воедино два разных следствия, как в примере выше связались циклы разлива реки и восхода звезды. Для кого-то было достаточно факта работоспособности подобных методов, а кто-то пытался объяснить увиденное и наделял вещи божественной силой. В то время господствовала мифологическая картина мира. Сейчас нам кажется простым сопоставить один гигантский огненный шар, Солнце, с сотней других, но далёких. Учитывая, что древние люди проводили всю свою жизнь в одном районе, то представить им космические масштабы было невообразимо сложно. Да что им, нам сейчас это с трудом удаётся. Поэтому нет ничего удивительного, что звёзды и планеты носили имена мифических существ. И в центре всей этой картины находились Луна и Солнце.

Плоды первых астрономических наблюдений оставили в земле десятки ценных артефактов. Самой древней находкой считается фигурка «Адорант» (Adorant или «поклоняющийся»), которая датируется 35.000–32.000 годом до нашей эры. Экспонат является поделкой из слоновой кости и казалось бы не представляет для нашей темы интереса, взгляните сами.

Но исследователям не давали покоя насечки на обратной стороне фигурки. На фотографии видно плохо, но всего их можно насчитать 88, интересное число, тем более для людей ледникового периода. Дальше к делу подключились астрономы. Думаю кто-то из читателей уже задумался о сходстве «человечка» с созвездием Ориона и не зря.

Но одного сходства слишком мало, чтобы что-то заключать. Тогда, вооружившись пером и бумагой, учёные повернули часы вспять, примерно к тридцать второму тысячелетию до нашей эры, и посмотрели на ночное небо, косо поглядывая на Ориона. И сошлось!

Время между последним восходом (точнее сказать акроническим восходом) и очередным появлением (гелиакическим восходом) созвездия на небе составляет как раз составляет 88 дней, с точностью до измерительного прибора древнего человека. Но соответственно возникает вопрос: «Для чего?» На это у учёных тоже есть элегантный ответ: «Чтобы знать когда начинать период зачатия». Потому что гелиакический восход происходил примерно за 19 дней до летнего солнцестояния и период видимости Ориона равен девяти месяцам. То есть через девять месяцев, пережив голодную зиму, на свет появлялся младенец, примерно за 14 дней до весеннего равноденствия.

Зачем отматывать время назад: небольшое отступление про которое нужно упомянуть. Выше я сказал, что учёные «отмотали» время, к сожалению пока не с помощью машины времени, а с помощью расчётов. Если вы сейчас откроете любую онлайн карту, выберете широту, где был найден артефакт, то обнаружите, что сейчас даты восходов и закатов звезды сдвинуты. Почему? Ответ кроется в собственном движении всех звёздных систем во вселенной. На хабре как всегда есть кое-что интересное на эту тему. Если кратко: то, надеюсь не секрет, всё в нашей Вымышленной Вселенной находится в движении, будь то из-за расширение пространства, прецессии или перемещения объектов под действием гравитации. Пока мы совершаем своё турне, другие звёзды движутся в своём темпе. Как итог: картинка ночного неба меняется, но разница заметна лишь на больших временных промежутках. Именно по этой причине звёздные карты меняют где-то раз в сотню лет.

Первым астрономическим инструментом человека можно считать глаз. Никаких сложных математических расчётов, никаких сложных приборов. Не считая того, что сам человеческий глаз настоящее произведение искусства от природы. Людям было достаточно смотреть в своё ясное небо с высоких холмов и наблюдать как меняются картинки в разное время года. С помощью глаза были выделены некоторые созвездия, кометы, планеты, Луна и Солнце, их особенно сложно было пропустить.

Практическое применение звёздных циклов мы уже обсудили, надеюсь с ним всё понятно. Да и нужно же просто как-то жить, а то без времени и календаря совсем не то. Кстати о календарях. Их создание было особенно интересным. Так как созвездия не подписаны на ночном небе, то была полная свобода фантазии. Так Египетские астрономы где-то в XIV веке до нашей эры сделали себе календарь из 36 декад, звёзд, которые восходят на небе вместе с лучами Солнца. Группируя их по 10 дней получаем почти целый год.

Где-то в XII веке до рождения человека, безвозвратно затормозившего науку, вавилоняне делили ночное небо на 18 созвездий. Что 36, что 18 удобно делит небесную сферу в 360 градусов на равные кусочки. Продолжая свои наблюдения и сопоставления, в V веке до нашей эры число созвездий сократилось до 12 и теперь мы все знаем их как «Зодиакальные созвездия».

Самая известная в культуре постройка подобного типа — это Стоунхендж. Датировка его постройки сильно разнится, так что припишем его где-то к третьем тысячелетию до нашей эры. Как раз в 2022 году была выдвинута ещё одна теория о предназначении и использовании этой обсерватории.

Так что если раньше вы считали, что это просто предки были недалёкими и ничего не понимали, поэтому создавали себе каких-то там «богов», то это отчасти неверно, ведь эти «боги» действительно давали им дожди, тепло, приходили и уходили.

Давайте вернёмся к нашим милым костям. А точнее, сделаем шаг вперёд, к Бронзовому веку (1900–1700 до нашей эры). Примерно в это время по всей Земле стали производиться изделия из металлов. Некоторые из них заинтересовали астрономов, например: диск Небры, медальон Буш Барроу и другие. Учёные десятилетиями стараются вскрыть загадку этих вещей, которой возможно и не существует.

Подводя итог первобытной астрономии, а дошли мы где-то до конца Железного века, отметим первые робкие шаги:

• Люди смогли выделить движение небесных светил. Основываясь на этом были созданы первые календари.

• Были выделены точки равноденствий и солнцестояния, по которым можно было удобно ориентироваться в сезонах.

• Установлено периодическое изменение наклона Солнца по отношению к Земле.

• Устройство Солнечной Системы геоцентрическое. Всё весело вращается вокруг нашего островка.

• Но при всём этом Вселенная основана на мифологической картине. Предки не выделяют небесные тела как самостоятельные объекты, а наделяют их сущностями. Для тех времён корректно оперировать понятием «светил», а не планет, звёзд, спутников, туманностей и т.д. Так как фактического понимания их устройства тогда не было.

Признаюсь, я мог немного утомить вас всей этой неандертальской историей, но надеюсь я смог слегка поднять авторитет предков в ваших глазах. Мне кажется, что это незаменимая магия, когда картина складывается на глазах и то, что раньше казалось непонятным, становится простым. Примерно так первобытные люди постигали тайны мира шаг за шагом.

Кажется пора переходить к изобретению подзорных труб и навигации, но постойте! Стоит повременить и обратить внимание на Древнюю Грецию и её учёных. Именно там были высказаны полезные идеи и созданы важнейшие изобретения. Но самое главное: знания древних греков неплохо сохранились для наших предков и нас самих, поэтому можно смело утверждать, что переведённые труды греческих учёных легли в основу многих наук. Ещё одной удобной вещью для нас будет систематизация.

Начнём с древних времён. У истоков мироосознания стояло две так называемой школы: Милетская школа, чуваки из которой считали, что материя рулит, и Пифагорейская школа, которая верила во всемогущих богов, что оперируют божественными числами. Признаться, вторые были слегка зажатыми людьми в своих учениях, придумали себе ограничивающие предписания, да и с дробными числами они не очень дружили. Но стоит отметить, что такие разделения только помогали друг другу, мотивируя развивать идеи и выдвигать новые. В то время как астрономия умирала в других районах под весом божественных начал, школы в Древней Греции вели жаркие споры о материи и сознании. В ходе чего было выдвинуто большое количество интересных идей.

Но к нашему счастью, существовали и другие идеи. Пифогорейцы предлагали идеи о «большом огне», вокруг которого обращаются и Земля, и Солнце. Основатель этой гипотезы, Филолай, высказывает предположение о том, что Земля движется вокруг некого «вечного огня», из-за чего происходит смена дня и ночи. Так как пифогорейцы были ребята любящие гармонию, то для баланса вселенной существовала и другая планета — противоземля, а не видели её только потому, что она вращалась синхронно и была скрыта за тем самым «огнём».

Чуть-чуть позже, во второй половине IV века до н.э., Гераклид предположит, что Земля вращается вокруг своей оси, чтобы закрыть некоторые проблемы модели Филолая. В классическую эпоху вообще предпринималось много интересных догадок, например: что такое Солнце и почему светит Луна. Солнце считали и раскалённой планетой, которая трётся о воздух, и стеклом, которое пропускает через себя «большой огонь». Но среди кучи различных идей больше всего нас интересуют те, что старались основываться на материи и математике.

Идея шарообразности тел исходит из далекого прошлого. Даже самые ранние из сохранившихся текстов ссылаются на предыдущие суждения, которые скорее всего передавались устно. Задумайтесь, то есть у людей даже в древнейшие времена особых споров о форме Земли не возникало.

Первое время утверждения о шарообразности доказывались простыми наблюдениями. Если Луна сменяет свои фазы из-за того, что часть её перекрывается Землёй, то следственно тень от Земли имеет форму шара. Кто-то может колко заявить: «Почему бы тогда не рассматривать Луну и Землю как два параллельных диска?»

Как только горизонт географических исследований отодвинулся дальше, астрономы заметили, что эфемериды тел (координаты положения) в разных городах имеют расхождения. Эратосфен примерно в том же III веке до н.э. приводит факт того, что в городе Александрия и Сиена в час летнего солнцестояния тени гномона от Солнца не совпадают. Если бы наша Земля была диском, то лучи бы к ней шли строго перпендикулярно в любом месте, но здесь мы видим отклонение. Самым подходящим решением стала идея о том, что наша Земля имеет форму шара. И более того, оперируя простой тригонометрией, он смог подсчитать радиус нашей Земли. А давайте сейчас это и проделаем! Не паникуйте, для этого нам понадобится всего лишь пара формул школьной математики.

Эратосфен принимает, что лучи от Солнца параллельны друг другу, а значит угол тени в момент солнцестояния должен ровняться нулю в любой точке. Такое наблюдается в Сиене, но не в Александрии. Если предположить, что оба города лежат на одной широте, то разница в долготе выдаст нам угол, который эти города образуют. Зная, что внутренние накрест лежащие углы при параллельных прямых равны, получаем, что тень гномона в Александрии покажет ту самую разницу. Давайте я вам накидаю эскиз:

Получилось где-то 7 градусов. Поинтересовавшись у купцов о маршруте между Сиеной и Александрией, Эратосфен узнал, что оно составляет 500 стадий. Осталось составить пропорцию x = 500 * 360/7. Значение получилось не самым точным, по разным оценкам от 6 916 до 8 397 километров, всё зависит от принятой меры за 1 стадий. Хорошее время было, метры тогда ещё не изобрели и Ньютон не придумал гравитацию. Но вы только представьте: грекам удалось построить понимание формы Земли ещё задолго до того, как было совершено первое кругосветное путешествие.

Следующим героем стал молодой человек, Аристарх Самосский, проживающий где-то в III веке до нашей эры. Труды его не сохранились, ибо не всем письменам суждено уцелеть до наших дней, но вот Архимед оказал Аристарху услугу и в своей книге изложил:

То есть Аристарх предлагает гелиоцентрическую систему мира и развивает идеи Филолая. В его идеях заметен изъян, ведь он утверждает, что и звёзды неподвижны, как и Солнце, а все видимые явления объясняются движением Земли по орбите. Да и движемся мы не по окружности. Но для III века до нашей эры это очень даже хорошо. Особенно учитывая то, что движение звёзд зафиксировать тяжело, а эллипс, который и является орбитой, может быть даже ещё не изобрели.

Следующим дерзким шагом Аристарха в вечность является книга «О величинах и расстояниях Солнца и Луны». Расстояние между Луной и Солнцем он не высчитывает, но делает выкладки, которые простыми тригонометрическими вычислениями позволяют их найти, скажем так «предоставил читателю». Разбирать все методы расчётов особо смысла не вижу, потому что значения получились неверные и проблема не в погрешностях, а в исходных данных. Но кое-какую красоту я вам всё же продемонстрирую.

Как определить расстояние до Луны? Измерить локтями? Боюсь локтей может не хватить. Как минимум понадобится какая-то огромная лестница или башня! Нет, отмена, все мы знаем, что было в Вавилоне. Прикинуть? Вот Анаксагор как-то уже прикинул, что размеры Солнца больше Пелопоннеса. В принципе не ошибся. Аристарх стал развивать идеи гелиоцентризма и по своей модели провёл подсчёты. Если Луна движется вокруг сферы радиуса R, то за один период T (~ 27 дней) она проходит сколько? Правильно, 2𝛑R. Зная скорость, можно было бы уже получить ответ, ведь скорость — это расстояние на время. Но скорости у нас нет, значит нужно выразить её ещё одним способом. Посмотрим как быстро Луна проходит по тени, которую отбрасывает Земля. Лунное затмение Аристарх принимает за t = 3 часа, что в его времена могло быть правдой, уж песочные часы попереворачивать раз в минуту по 180 раз они смогли бы. А дальше он делает большую ошибку: считает тень цилиндрической, то есть говорит, что радиус тени равен диаметру Земли (2r). Значит за время t Луна проходит проходит 2r. Остаётся прировнять и получить, что:

68 Земных радиуса от нас до Луны, а я напомню, что радиус Земли уже подсчитали. Реальное число составляет приблизительно 60 земных радиусов, то есть мы были очень близки. Тут в дело входят уже точность расчётов и тот факт, что вообще-то расстояние тени составляет 1/4 от 2r из-за того, что радиус Солнца намного больше радиуса Земли и на Луне образуется полутень. Лунное затмение само по себе явление удивительной красоты, предлагаю слегка отвлечься от этих цифр и просто полюбоваться.

Повторюсь, не так важно смог ли кто-то из учёных получить точное значение или нет, по крайней мере ехать они туда не собирались. Намного важнее то, что они стали мыслить в больших масштабах.

Такие смелые изложения не могли пройти незамеченными для масс. Сработала культура отмены по канонам религии.

К счастью Аристарха не спалили и яд пить не заставили, но работу в Александрийской библиотеке он оставил. Настоящих причин мы не знаем, но вполне возможно, что его просто довели огне-центристы.

Мы отмечали, что проведённые расчёты и модели не были идеальны и всегда оставляли за собой вопросы. Но те вопросы, которые не закрывали гипотезы Аристарха и других философов, постоянно передавались и не угасали веками. Так и происходила смерть или доработка старых идей, возникновение новых. Маленькими шагами люди пришли от идей геоцентризма к гелиоцентризму, а дальше им предстояло понять, что же такое звёзды, открыть другие галактики и иные интереснейшие объекты нашего вымышленного космоса.

Но пока мы находимся в старом-добром II веке до нашей эры и у нас всё ещё есть горстка нерешённых загадок. Одина из них так останется без ответа для древних греков — попятное движение планет. Если все небесные тела якобы неживые и движутся только по одной окружности, то как объяснить, что некоторые из них могут двигаться назад?

По окончанию II века нашей эры, Греция прошла свою точку невозврата. Птолемеевский мир победил, модель оказалась сильней. И на долгие века в центре Вселенной расположится Земля. Астрономия чуть ли не встанет на месте и будет ждать своих героев, которые сквозь терни пронесут новые знания и открытия. Ну а пока развитие своё получила астрология, она не сильно перечила религиозной картине мира и люди ей верили охотно. И пускай Птолемей оказался не прав, он изрёк много полезных заключений, которые продолжали развитие астрономии. И уж точно не Птолемея следует винить за то, что разносторонние научные исследования в будущем будут пресекаться.

Расцвет Греческой астрономии оставил своё достояние в виде:

• Полезных инструментов, таких как: астролябия, армиллярная сфера и Антикитерский механизм, квадрант (предшественник секстанта), диоптра, трикветрум и некоторые другие. Многим из них ещё предстоит найти своё место в навигации.

• Письменных трудов, на которые будут ссылаться учёные сквозь века.

• Философских концепций мира. Несмотря на то, что религиозная картина крепко вцепится в мир, древние философские идеи не пропадут и будут обсуждаться и развиваться, а значит будут жить. Благодаря чему не умирало критическое отношение к сложившимся догмам.

Первая часть нашего маленького путешествия подходит к концу. Надеюсь вас не укачало в дороге и для вас это было так же увлекательно, как и для меня. Вместе мы взглянули как астрономия зародилась, использовалась древними людьми, нашла своё отражение в искусстве и мифологии. В конце мы заглянули к грекам, у которых царила чисто научная атмосфера: школы, споры, многостраничные труды, гонения и казни. Думаю ещё за didn't read lol там можно было мощно отхватить.

Я бы хотел поблагодарить всех, кто дочитал, а это очень важно, надеюсь вы узнали что-нибудь новое и интересное. Я действительно старался отыскать что-то простое, но в то же время неочевидное. Всё во имя науки и просвещения.