V. Движение по эксцентрическим кругам

Прежде чем перейти к изложению системы Птолемея, необходимо отметить, что со смертью Аристотеля закончился классический период греческой философии и наступила новая эпоха научной деятельности, называемая Александрийской школой. По планам Александра Македонского древний Вавилон в Азии и вновь основанная Александрия в Египте должны были стать, на ряду с Афинами в Европе, культурными центрами и, способствуя созданию более тесной связи с вавилонской и египетской науками, повести греческую философию к новому расцвету. Но вскоре Вавилон совершенно утратил свое значение, Афины начали все более и более клониться к упадку и их место заняла Александрия, ставшая одним из крупнейших торговых пунктов античного мира. К тому же египетские фараоны династии Птолемеев основали в Александрии богатейшую библиотеку, которая привлекла ученых изо всех стран и превратила этот город в духовный центр и средоточие научных устремлений всего тогдашнего мира.

Фиг. 11. Древний астроном Александрийской обсерватории, наблюдает расположение небесных светил. Астрономы, начав точно и систематически определять положение небесных тел с помощью измерения углов, сделали целый ряд открытий, которые дали науке о небе возможность перейти в новую фазу.

Наиболее плодотворным в научном отношении был первый период деятельности Александрийской школы, когда быстрое развитие астрономии в течение первого периода Александрийской школы объясняется широким развитием торговых отношений, центром которых была Александрия. Купцы, перевозившие товары морем, не могли уже довольствоваться примитивными географическими картами и нуждались в точном способе определения местонахождения судна в любое время. Этот способ давала астрономия.

Важнейшими астрономическими достижениями этого периода были: во – первых, сделанная Аристархом первая попытка, на основе геометрических соображений и при помощи специально с этой целью поставленных наблюдений, определить расстояние от Солнца до Луны, а также и истинные размеры этих тел; во – вторых, сделанная Эратосфеном первая и весьма удачная попытка определения окружности земного шара при помощи наблюдений, произведенных по разработанному заранее плану; в – третьих, произведенное Аристилом и Тимохарисом первое определение, при помощи угломерных инструментов, полсркения неподвижных звезд на небесном своде и связанное непосредственно с этим составление звездного каталога.

Эти значительные научные и культурно – исторические достижения были началом нового расцвета астрономии в древней Греции, который связан с именем Гиппарха. Его деятельность относится приблизительно к 160–125 гг. до хр. эры. Этот ученый, о жизни которого нам известно очень мало, образует вместе с Аристархом и Птолемеем блестящее «тройное созвездие» древней астрономии. Гиппарх был величайшим из астрономов древности, так как он первый поставил астрономические исследования на строго научную почву и тем заслужил почетное имя «отца научной астрономии». Гиппарх стремился установить законы небесных явлений на основании тщательно проверенных наблюдений и, исходя из этих законов, создать астрономические таблицы, позволяющие строго математически вычислить положение Солнца, Луны и планет для любого момента.

Ему, однако, не удалось освободиться от взглядов, унаследованных от Платона и Аристотеля. Он продолжал рассматривать Землю как покоящееся центральное тело вселенной и придерживаться представления о «совершенстве» небесных тел и их движений, и поэтому пути Солнца, Луны и планет, по его мнению, могли быть лишь круговыми. Но Гиппарх не ограничивался допущением, что небесные тела движутся по кругам и равномерно, а старался определить величину радиусов этих кругов, соотношение между орбитами небесных светил и место, которое должно занимать цен тральное тело внутри орбиты, для того чтобы вычисленные положения светила оказались в согласии с данными наблюдений.

Новым по сравнению с Аристотелем было объяснение аномалий («неравенств») в видимых путях Солнца, Луны и планет среди звезд с помощью так называемых эксцентрических кругов или эксцентриков.

Определяя, путем очень тщательных наблюдений, промежутки времени между моментами равноденствий и солнцестояний, Гиппарх нашел, что Солнце перемещается между звездами не вполне равномерно – то несколько быстрее, то несколько медленнее. Он подсчитал, что продолжительность весны равна приблизительно 94*/г дня, лета–92V2 дня, осени–88 дней и зимы–90 дней, и сделал отсюда вывод, что Солнце перемещается среди звезд быстрее всего зимой и медленнее летом. Именно, летнюю половину полной окружности, т. е. промежуток времени от точки весеннего до точки осеннего равноденствия, Солнце проходит приблизительно в 187 дней, в то время как зимнюю половину эклиптики, т. е. путь от точки осеннего до точки весеннего равноденствия, оно успевает пройти приблизительно в 178 дней, т. е. почти на 9 дней быстрее.

Эту довольно значительную разницу («аномалию») можно было объяснить тем, что Солнце движется не по кругу, или же тем, что движение Солнца совершается равномерно по кругу, но Земля не находится в центре этого круга. Гиппарх принял вторую гипотезу, допустив эксцентрическое положение Земли относительно солнечной орбиты, т. е. он высказал предположение, что Солнце движется вокруг Земли по эксцентрической орбите. Иначе говоря, этот астроном заключил, что Земля находитЬя не в центре круга, описываемого Солнцем, а что она несколько смещена в сторону от центра.

Однако решившись на этот важный шаг, т. е. «сдвигая» Землю со своего «почетного места», Гиппарх своей гипотезой поддерживал мнение о «совершенстве» солнечного движения, его равномерно – круговом характере. Неравномерность движения Солнца признавалась лишь иллюзорным явлением, кажущимся таким потому, что мы видим Солнце не из центра солнечной орбиты.

Наблюдения показывают, что 1 января Солнце перемещается в сутки на 61,2', а 1 июля – на 57,2^;, причем в первом случае видимый диаметр Солнца больше, чем во втором. Значит расстояние Солнца от Земли меняется в течение года, причем Солнце кажется нам движущимся с изменяющейся скоростью вследствие эксцентрического положения Земли: мы видим его перемещающимся быстрее, когда оно ближе к Земле и медленнее– когда оно дальше от нее.

Таким образом, хотя Гиппарх принимал Землю непод вижной и допускал равномерно – круговое движение светил он в сущности открыл, что 3 е м – л я не всегда нахо дится на одинаковом расстоянии от Солнца причем она движется быстрее, находясь ближе к Солнцу (зимой), и замедляет движение, удаляясь от него (летом) Только это движение он, в соответствии с геоцентриче ским учением, отнес не к Земле, а к нашему центральному светилу – Солнцу.

Частное от деления расстояния Земли от истинного (геометрического) центра солнечной орбиты на радиус этой орбиты Гиппарх назвал «эк‑ сцентриситетом». Величину эксцентриситета он нашел равной 1/24 радиуса солнечной орбиты. Другими словами, Гиппарх пришел к заключению, что Земля помещена в стороне от центра солнечного кру га на расстоянии, равном одной двадцать четвертой доле его радиуса.[9] Это дало ему возможность определить место солнечного «перигея» и «апогея», т. е. те точки на орбите, которые наименее и наиболее удалены от Земли. В результате Гиппарху удалось составить солнечные таблицы, позволяющие заранее определить положение дневного светила в любой день года.

Фиг. 12. Объяснение неравномерного движения Солнца по Гиппарху. Центр солнечного движения находится в точке пересечения пунктирных линий, а сплошные линии сходятся в центре Земли. Движение Солнца должно казаться более быстрым, когда оно идет по части круга, к которой Земля стоит ближе, и медленнее в противоположной части.

Что же касается Луны, то уже давно были известны аномалии ее месячного движения, проявляющиеся, между прочим, в различии промежутков времени между ее последовательными главными фазами и в изменении ее видимого диаметра. Все это говорило о том, что Луна, подобно Солнцу, перемещается между звездами не с одинаковой скоростью и что расстояние ее от Земли меняется в некоторых пределах. Эту главнейшую неравномерность лунного движения Гиппарх также объяснил эксцентричностью пути Луны. Вычислив элементы этого пути (эксцентриситет, наклонение к плоскости эклиптики и пр.), ему удалось для Луны составить такие же таблицы, как и для Солнца; по ним не трудно было определить положение Луны на небосводе для любого момента.

Эксцентричностью положения Земли внутри орбиты небесных светил Гиппарх пытался объяснить особенности сложных путей планет на небосводе, выражающиеся в изменении скорости движения и образовании петель. Но уже сам Гиппарх вынужден был констатировать, что одного только перемещения Земли на некоторое расстояние от центра планетных путей недостаточно для решения этой весьма трудной задачи.

В связи с этой неудачей, чрезвычайно добросовестный Гиппарх, судя по замечанию Птолемея, «не сделал других попыток объяснения движения планет, а довольствовался приведением в порядок до него сделанных наблюдений, присоединив к ним еще гораздо большее количество своих собственных, и ограничился указанием своим современникам на неудовлетворительность всех гипотез, при помощи которых некоторые астрономы думали объяснить движение небесных светил». А благодаря этому астрономы в конце концов пришли к способу эпициклов, который нанес окончательный удар мнимым твердым сферам, к которым Евдокс, и другие прикрепляли небесные тела.

Заметим, между прочим, что если бы древние астрономы могли производить точные наблюдения, то они бы заметили, что представление о движении по эксцентрикам недостаточно для объяснения так называемого первого неравенства в движении планет. Дело в том, что видимый диаметр светила изменяется обратно пропорционально расстоянию его от Земли, т. е. чем дальше оно от нас, тем меньше его видимый диаметр. На основании теории эксцентрических кругов нетрудно вычислить, что разность между наибольшей и наименьшей величинами видимого диаметра Луны должна доходить до 9'. На самом же деле эта разность гораздо меньше, – она составляет только 4'. Но древние астрономы не занимались измерением диаметра Луны, а поэтому не заметили, что изменение этого диаметра не согласуется с их представлением о движении планет.

Наблюдательные средства древних были недостаточны, для того чтобы более или менее точно определить расстояния светил от Земли. Неудивительно поэтому, что Евдокс, Гиппарх, Птолемей и другие астрономы находились в полном неведении относительно этого важного вопроса. А поэтому истинное устройство вселенной осталось для них неразгаданным.