Античная астрономия

Античная астрономия занимает в истории науки особое место. Именно в Древней Греции были заложены основы современного научного мышления. За семь с половиной столетий от Фалеев и Анаксимандра, сделавших первые шаги в осмыслении Вселенной, до Клавдия Птолемея, создавшего математическую теорию движения светил, античные учёные прошли огромный путь, на котором у них не было предшественников. Астрономы античности использовали данные, полученные задолго до них в Вавилоне. Однако для их обработки они создали совершенно новые математические методы, которые были взяты на вооружение средневековыми арабскими, а позднее и европейскими астрономами.

ВСЕЛЕННАЯ В ТРАДИЦИОННОЙ ГРЕЧЕСКОЙ МИФОЛОГИИ

Как представляли себе мир греки в VIII в. до н. э., можно судить по поэме фиванского поэта Гесиода «Теогония» (О происхождении богов). Рассказ о возникновении мира он начинает так:
Прежде всего во вселенной
Хаос зародился, а следом
Широкогрудая Гея, всеобщий приют безопасный…
Гея — Земля — родила себе равное ширью
Звёздное небо. Урана, чтоб точно покрыл её всюду.

Небо утверждено на плоской Земле. На чём же тогда держится сама Земля? А ни на чём. Оказывается, под ней простирается огромное пустое пространство — Тартар, ставший тюрьмой для титанов, побеждённых богами.

Подземь их сбросили столь глубоко, сколь далёко до неба,
Ибо настолько от нас отстоит многосумрачный Тартар.
Если бы, медную взяв наковальню, метнуть её с неба,
В девять дней и ночей до земли бы она долетела,
Если бы, медную взяв наковальню, с земли её сбросить,
В девять дней и ночей долетела б до Тартара тяжесть.

В представлениях древних греков Вселенная разделялась Землёй на светлую и тёмную части: верхняя была небом, а в нижней царил Эреб — подземный мрак. Считалось, что туда не заглядывает Солнце. Днём оно объезжает небо на колеснице, а ночью плывёт в золотой чаше по окружающему Землю океану к месту восхода. Конечно, такая картина мира не слишком подходила для объяснения движений небесных светил; впрочем, она для этого и не предназначалась.

КАЛЕНДАРЬ И ЗВЁЗДЫ

В Древней Греции, как и в странах Востока, в качестве религиозного и гражданского использовался лунно-солнечный календарь. В нём начало каждого календарного месяца должно было располагаться как можно ближе к новолунию, а средняя продолжительность календарного года — по возможности соответствовать промежутку времени между весенними равноденствиями («тропический год», как его называют сегодня). При этом месяцы по 30 и 29 дней чередовались. Но 12 лунных месяцев примерно на треть месяца короче года. Поэтому, чтобы выполнить второе требование, время от времени приходилось прибегать к интеркаляциям — добавлять в отдельные годы дополнительный, тринадцатый, месяц.
Вставки делались нерегулярно правительством каждого полиса — города-государства. Для этого назначались специальные лица, которые следили за величиной отставания календарного года от солнечного. В разделённой на мелкие государства Греции календари имели местное значение — одних названий месяцев в греческом мире существовало около 400. Математик и музыковед Аристоксен (354-300 до н. э.) писал о календарном беспорядке: «Десятый день месяца у коринфян — это пятый у афинян и восьмой у кого-нибудь ещё».
Простой и точный, 19-летний цикл, использовавшийся ещё в Вавилоне, предложил в 433 г. до н. э. афинский астроном Метон. Этот цикл предусматривал вставку семи дополнительных месяцев за 19 лет; его ошибка не превышала двух часов за один цикл.
Земледельцы, связанные с сезонными работами, издревле пользовались ещё и звёздным календарём, который не зависел от сложных движений Солнца и Луны. Гесиод в поэме «Труды и дни», указывая своему брату Персу время проведения сельскохозяйственных работ, отмечает их не по лунно-солнечному календарю, а по звёздам:

Лишь на востоке начнут восходить Атлантиды Плеяды,
Жать поспешай, а начнут заходить — за сев принимайся…
Вот высоко средь неба уж Сириус встал с Орионом,
Уж начинает Заря розоперстая видеть Арктура,
Режь, о Перс, и домой уноси виноградные гроздья.

Таким образом, хорошее знание звёздного неба, которым в современном мире мало кто может похвастаться, древним грекам было необходимо и, очевидно, широко распространено. По-видимому, этой науке детей учили в семьях с раннего возраста.
Лунно-солнечный календарь использовался и в Риме. Но здесь царил ещё больший «календарный произвол». Длина и начало года зависели От понтификов (or лат. pontifices), римских жрецов, которые нередко пользовались своим правом в корыстных целях. Такое положение не могло удовлетворить огромную империю, в которую стремительно превращалось Римское государство. В 46 г. до н. э. Юлий Цезарь (100-44 до н. э.), исполнявший обязанности не только главы государства, но и верховного жреца, провёл календарную реформу. Новый календарь по его поручению разработал александрийский математик и астроном Созиген, по происхождению грек. За основу он взял египетский, чисто солнечный, календарь. Отказ от учёта лунных фаз позволил сделать календарь достаточно простым и точным. Этот календарь, названный юлианским, использовался в христианском мире до введения в католических странах в XVI в. уточнённого григорианского календаря.
Летосчисление по юлианскому календарю началось в 45 г. до н. э. На 1 января перенесли начало года (раньше первым месяцем был март). В благодарность за введение календаря сенат постановил переименовать месяц квинтилис (пятый), в котором родился Цезарь, в юлиус — наш июль. В 8 г. н. э. в честь следующего императора, Октавиана Августа, месяц секстилис (шестой), был переименован в августус. Когда Тиберию, третьему принцепсу (императору), сенаторы предложили назвать его име-нем месяц септембр (седьмой), он будто бы отказался, ответив: «А что будет делать тринадцатый принцепс?».
Новый календарь оказался чисто гражданским, религиозные праздники в силу традиции по-прежнему справлялись в соответствии с фазами Луны. И в настоящее время праздник Пасхи согласовывается с лунным календарём, причём для расчёта его даты используется цикл, предложенный ещё Метоном.

ФАЛЕС И ПРЕДСКАЗАНИЕ ЗАТМЕНИЯ

Фалёс (конец VII — середина VI в. до н. э.) жил в греческом торговом городе Милете, располо-женном в Малой Азии. С античных времён историки называют Фалеев «отцом философии». К сожалению, его сочинения до нас не дошли. Известно лишь, что он стремился найти естественные причины явлений, считал началом всего воду и сравнивал Землю с куском дерева, плавающим в воде.
Геродот, рассказывая о войне восточных государств Лидии и Мидии, сообщал: «Так с переменным успехом продолжалась эта война, и на шестой год во время одной битвы день превратился в ночь. Это солнечное затмение предсказал ионянам Фалес Милетский и даже точно определил заранее год, в который оно наступит. Когда лидийцы и мидяне увидели, что день обратился в ночь, то… поспешно заключили мир». Это затмение, согласно современным расчётам, произошло 28 мая 585 г. до н. э. Чтобы установить периодичность затмений, вавилонским астрологам потребовалось не одно столетие. Вряд ли Фалес мог обладать достаточными данными, чтобы сделать предсказание самостоятельно.
Ещё большую пользу астрономии Фалес принёс как математик. По-видимому, он первым пришёл к мысли о необходимости поиска математических доказательств. Он, например, доказывал теорему о равенстве углов при основании равнобедренного треугольника, т. е. вещи, на первый взгляд очевидные. Ему важен был не сам результат, а принцип логического построения. Для астрономии весьма существенно и то, что Фалес стал основоположником геометрического изучения углов.
Фалес мог бы первым сказать: «Не знающий математики да не входит в храм астрономии».

АНАКСИМАНДР

Анаксимандр Милетский (около 610 — после 547 до н. э.) был учеником и родственником Фалеса. Как и его учитель, он занимался не только науками, но также делами общественными и торговыми. Его книги «О природе» и «Сферы» не сохранились, и об их содержании мы знаем по пересказам читавших. Мир Анаксимандра необычен. Небесные светила учёный считал не отдельными телами, а окошками в непрозрачных оболочках, скрывающих огонь. Земля, по его мысли, имела вид части колонны, на поверхности которой, плоской или круглой, живут люди. Она парит в центре мира, ни на что не опираясь. Окружают Землю исполинские трубчатые кольца-торы, наполненные огнём. В самом близком кольце, где огня немного, имеются небольшие отверстия — планеты. Во втором кольце с более сильным огнём находится одно большое отверстие — Луна. Оно может частично или полностью перекрываться (так философ объяснял смену лунных фаз и затмения светила). Гигантское отверстие размером с Землю есть и в третьем, дальнем, кольце. Сквозь него сияет самый сильный огонь — Солнце. Возможно, Вселенную Анаксимандра замыкала полная сфера с россыпью отверстий, через которые проглядывал огонь, окружавший её. Эти-то отверстия люди и называли «неподвижными звёздами». Неподвижны они, естественно, только относительно друг друга. Эта первая в истории астрономии геоцентрическая модель Вселенной с жёсткими орбитами светил, охватывающими Землю, позволяла понять геометрию движений Солнца, Луны и звёзд.
Анаксимандр стремился не только геометрически точно описать мир, но и понять его происхождение. Философ считал началом всего существующего апейрон — «беспредельное»: «некая природа бесконечного, из которой рождаются небосводы и находящиеся в них космосы». Вселенная, по Анаксимандру, развивается сама по себе, без вмешательства олимпийских богов.
Возникновение Вселенной философ представлял себе примерно так: апейрон порождает враждующие стихии — «горячее» и «холодное». Их материальное воплощение — огонь и вода. Противоборство стихий в возникшем космическом вихре привело к появлению и разделению веществ. В центре вихря оказалось «холодное» — Земля, окружённая водой и воздухом, а снаружи — огонь. Под действием огня верхние слои воздушной оболочки превратились в твёрдую кору. Эту сферу затвердевшего аэра (воздуха) стали распирать пары кипящего земного океана. Оболочка не выдержала и раздулась, «оторвалась», как сказано в одном из источников. При этом она должна была оттеснить основную массу огня за пределы нашего мира. Так возникла сфера неподвижных звёзд, а самими звёздами стали поры во внешней оболочке.
Заключительный штрих этой грандиозной картины — появление живых существ. Когда океан выкипел, обнажив сушу, они возникли «из нагретой воды с землёй» и «были рождены во влаге, заключённые внутрь илистой скорлупы», т. е. естественное развитие, по Анаксимандру, включало не только возникновение мира, но и самозарождение жизни.
Философ считал Вселенную подобной живому существу. В отличие от нестареющего времени она рождалась, достигала зрелости, старела и должна была погибнуть, чтобы возродиться вновь: «…совершается гибель миров, а намного раньше их рождение, причём испокон бесконечного веку повторяется по кругу всё одно и то же». Итак, Анаксимандр оставил нам первую систему мира — (модель Вселенной), первую космологическую картину мира (с чего всё началось) и первую космогоническую гипотезу (как всё стало таким, как оно есть).

АНАКСАГОР. «МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ КОСМОС»

Анаксагор (около 500-428 до н. э.) из Клазомен, города, стоявшего недалеко от Милета, был знаком с учениями его философов. Учитель Перикла и Еврипида, он большую часть жизни провёл в Афинах. Как-то, упрекая Анаксагора за аполитичность, какой-то философ сказал: «Тебе, видно, до родины нет дела». «Типун тебе на язык! — ответил Анаксагор. — Я только о родине и думаю!» И указал перстом на небо. В отличие от Фалеса, полагавшего началом всего воду, или Анаксимандра, который ввёл апейрон, Анаксагор считал началом Вселенной некую первичную смесь «семян» всех веществ. Эта смесь, заполнявшая бесконечное пространство, мирно покоилась. Но вот в какой-то её части образовался стремительный вихрь. Причиной его появления философ называл нус (разум) — не самостоятельное божество, а некое организующее начало, которое «содержит полное знание обо всём и имеет величайшую силу». Дальнейшее развитие Вселенной представлялось Анаксагору так: «Это вращение началось с малого, сейчас оно охватывает больше пространства, а в будущем охватит ещё больше».
Первоначальное вращение было очень быстрым. В вовлечённой в вихрь области из первичной смеси выделились отдельные вещества. Из них плотные сошлись к середине вихря, и там возникла плоская круглая Земля. Более лёгкие — холодный воздух и горячий тонкий эфир — были отброшены наружу. На определённой стадии развития мира от краёв Земли оторвались крупные куски, которые позднее стали небесными телами. Постепенно движение уходило от центра вихря к его краям. Земля остановилась, а небо продолжало вращаться, причём в какой-то момент оно «наклонилось».
Это важная деталь. Действительно, вокруг строго вертикальной оси небо вращается только на полюсе, а в Греции ось мира заметно наклонена: в Афинах на 38° к плоскости горизонта. Поэтому система мира с плоской вертящейся Землёй, где её движением объяснялось бы видимое вращение неба, невозможна.
Анаксагор считал, что светила проходят под Землёй, и уже знал причины солнечных и лунных затмений. Но «повороты» Солнца, т. е. изменения его высоты над горизонтом после летнего и зимнего солнцестояний, философ объяснял влиянием потепления или остывания воздуха.
Вселенная Анаксагора — это расширяющийся сферический пузырь, в середине которого, опираясь на воздух, лежит земной диск. Вокруг Земли кружится эфирный вихрь, несущий Солнце — «раскалённую металлическую глыбу или камень размером во много раз больше Пелопоннеса» — и Луну, на которой есть поселения, равно как холмы и овраги. Несёт вихрь и звёзды — более мелкие, чем Солнце, раскалённые камни.
В 466 г. до н. э., когда Анаксагору было 34 года, во Фракии у реки Эгоспотамы упал крупный метеорит. Некоторые античные авторы сообщают, что его падение с точностью до дня предсказал Анаксагор. Это, разумеется, легенда, но она имела под собой основу. Ведь говорил же Анаксагор: «Если небо замедлит вращение, то все камни попадают». Это в каком-то смысле могло считаться предсказанием подобных событий. А может быть, наоборот, само падение метеорита навело учёного на эти мысли?
За богомерзкую «модель Солнца» Афины приговорили Анаксагора к смерти. «Народ Афин, можешь ли ты в чём-нибудь упрекнуть меня и мою жизнь?» — вступился Перикл. «Ни в чём», — ответил народ. «Анаксагор — мой учитель», — сказал Перикл. Анаксагора изгнали из Афин.

ДЕМОКРИТ. МНОЖЕСТВЕННОСТЬ МИРОВ

Одновременно с учением Анаксагора, предложившего гипотезу универсальной, бесконечно делимой материи, возникла противоположная теория вещества — атомистическая. Её сторонники считали, что кроме вещества существует небытие — бесконечная пустота, в которой движутся бесчисленные неделимые частицы — атомы. Они сталкиваются, соединяются в разных сочетаниях, образуют разнообразные вещества и вещи. Так рождаются и миры, которых в необъятной Вселенной должно быть бесконечное множество.
Выходит, миры возникают случайно? Не совсем. Атомисты вслед за Эмпедоклом (около 490 — около 430 до н. э.) утверждали возможность появления порядка из беспорядка. Действительно, атомы сталкиваются в случайных сочетаниях, но из них только удачные оказываются устойчивыми. Они-то и накапливаются, взаимодействуют, образуют сложные соединения.
Автор III в. н. э. Ипполит так описывает астрономические взгляды знаменитого философа-атомиста Демокрита (родился около 470 или 460 до н. э., прожил более 100 лет): «Он говорил… что миры бесчисленны и различны по величине. В одних нет ни Солнца, ни Луны, в других — Солнце и Луна больше, чем у нас, а в некоторых мирах их большее число. Расстояния между мирами неодинаковые; кроме того, в одном месте миров больше, в другом — меньше. Одни миры растут, другие достигли расцвета, третьи уже идут на убыль…Уничтожаются же они, сталкиваясь друг с другом».
Атомисты решили для себя вопрос и о происхождении этих миров. Диоген Лаэртский так излагал взгляды Левкиппа — учителя Демокрита (атомы в этом тексте названы «телами»): «…несётся в великую пустоту множество разновидных тел; скапливаясь, они образуют единый вихрь, а в нём, сталкиваясь друг с другом и всячески кружась, разделяются по взаимному сходству… Лёгкие тела отлетают во внешнюю пустоту, словно распыляясь в ней, а остальные остаются вместе, сцепляются, сбиваются в общем беге и образуют… некоторое первоначальное соединение в виде шара. Оно в свою очередь отделяет от себя как бы оболочку, в которую входят разнообразные тела».
Эта «оболочка» растёт за счёт притока внешних лёгких атомов, под ней возникают и загораются светила. Земля же образуется и держится в самой середине вихря, она не вращается и имеет форму бубна. Хотя взгляды на природу вещества и способ образования миров у атомистов и Анаксагора различны, но предложенные ими миры всё-таки очень похожи. Оба мира содержат плоскую неподвижную Землю, окружённую оболочкой, внутри которой вращаются светила. Казалось бы, атомистам остался один шаг до того, чтобы счесть небо окном в бесконечный мир, а звёзды — солнцами далёких миров. Но они не сделали этого шага. Им помешало представление о цельной вращающейся звёздной сфере. Не был сделан и другой важный шаг — они не признали шарообразность Земли, о чём к тому времени уже писали Парменид и Эмпедокл.

ТАЙНЫ ПИФАГОРА

О Пифагоре (VI в. до н. э.) сохранилось мало достоверных сведений. Известно, что родился он на острове Самое; вероятно, в молодости посетил Милет, где учился у Анаксимандра; может быть, совершил и более далёкие путешествия. Уже в зрелом возрасте философ переселился в город Кротон и основал нечто вроде религиозного ордена — Пифагорейское братство, которое распространило своё влияние на многие греческие города Южной Италии. Жизнь братства была окружена тайной. О его основателе Пифагоре ещё при жизни ходили легенды, которые, по-видимому, имели под собой какую-то основу: великий учёный был не менее великим политиком и провидцем.
Фундаментальное знание о природе, по мнению пифагорейцев, должно быть тайным. Приобщать к нему следует только тех, кто способен понять истину и оценить её величие. Науку нельзя выносить на площадь для пересудов. Основой учения Пифагора была вера в переселение душ и гармоничное устройство мира. Он полагал, что душу очищают музыка и умственный труд, поэтому пифагорейцы считали обязательным совершенствование в «четырёх искусствах» — арифметике, музыке, геометрии и астрономии. Сам Пифагор является основоположником теории чисел, а доказанная им теорема известна сегодня каждому школьнику. И если Анаксагор и Демокрит в своих взглядах на мир развивали идею Анаксимандра о физических причинах природных явлений, то Пифагор разделял его убеждённость в математической гармонии космоса.
Пифагорейцы властвовали в греческих городах Италии несколько десятилетий, потом были разгромлены и отошли от политики. Однако многое из того, что вдохнул в них Пифагор, осталось жить и оказало огромное влияние на науку. Сейчас очень трудно отделить вклад самого Пифагора от достижений его последователей. В особенности это относится к астрономии, в которой пифагорейцами было выдвинуто несколько принципиальных идей. О них можно судить по дошедшим до нас скудным сведениям о представлениях поздних пифагорейцев и учениям философов, испытавших влияние идей Пифагора.

ПАРМЕНИД. ЗЕМЛЯ — ШАР!

Парменид (около 540-480 до н. э.) из италийского города Элеи, младший современник Пифагора, вошёл в историю как неординарный мыслитель, на многие века определивший облик и проблематику философии. Несомненно, он был знаком с учением Пифагора: в частности, есть сообщение о том, что он «примкнул к пифагорейцу Аминию».
Началами всего сущего Парменид вполне в духе Анаксимандра считал огонь и ночь. В понимании природы Солнца философ, видимо, также следовал Анаксимандру: в одном из сообщений говорится, что его «Солнце — отдушина огня». Но Луна у него заимствует свет у Солнца; значит, она должна быть отдельным небесным телом. Она «смешана из аэра (затвердевшего тёмного воздуха. — Прим. ред.) и огня». Но главное: в системе мира Парменида впервые упоминается шарообразная Земля.
Это означало грандиозный шаг вперёд в познании мира, уводило от мифа к реальности. В ту эпоху, как и много позже, у учёных не было наблюдательных данных, которые безусловно свидетельствовали бы о шарообразности планеты. Это видно хотя бы потому, что плоской её считал Демокрит, живший через сто лет после Парменида и, несомненно, знавший его поэму «О природе».
Нам, с детства знающим, что Земля — шар, трудно почувствовать всю силу этой догадки. Признание шарообразности Земли явилось грандиозным потрясением основ представлений о мире. Оно предполагало отказ от многовековых традиций, освящённых опытом поколений и религией. Ведь «вселенская вертикаль» незримо присутствовала всюду. В традиционной мифологии воображаемая наковальня, сброшенная Гесиодом с неба, летит оттуда вниз до самого дна мира — Тартара.
Был ли Парменид автором идеи шарообразной Земли? Различные источники по этому поводу называют имена и Парменида, и Пифагора. Предпочтение, видимо, надо отдать Пифагору, и вот почему. Во-первых, у Парменида это утверждение содержится в той части его поэмы «О природе», где излагаются «мнения смертных», а не собственные идеи. Во-вторых, он занимался более общими проблемами и вряд ли стал бы производить «революцию» в астрономии. У Пифагора, напротив, причины для этого имелись.
Основой философии Пифагора была мировая гармония. Известно, что пифагорейцы считали сферу наиболее совершенной фигурой. Дискообразная Земля не гармонировала со сферическим небом. Возможно, именно это стало причиной признания её шарообразности. Но если это открытие принадлежит пифагорейской школе, то вряд ли оно могло возникнуть помимо её основателя.
Однако, чтобы признать Землю шаром, недостаточно было сбросить груз традиций. Требовалось ещё заменить стремление вещей падать вниз их стремлением двигаться к центру. Эту задачу Парменид решил, и довольно неожиданно. В середине мира философ поместил богиню Афродиту и родительницу Эрота, олицетворения любовного чувства. И если Эрот порождает желания, влекущие друг к другу живых существ, почему бы подобное стремление не приписать и другим вещам, которые богиня влечёт к себе любовью? Стоит вспомнить и о том, что творящей первопричиной Парменид считал огонь. Но его помещал в центр мира и пифагореец Филолай.

ПОДВИЖНОСТЬ ЗЕМЛИ. ВСЕЛЕННАЯ ФИЛОЛАЯ

Все ранние гипотезы подвижности Земли связаны с пифагорейцами. И это неудивительно. Понятие относительности движения известно всякому, кто хоть раз плавал на лодке. Но применить этот принцип к небу и Земле могли только те, кто считал её шарообразной.
Авторами идеи осевого вращения Земли часто называют пифагорейцев Экфанта и Гикета Сиракузского, о которых почти ничего не известно. Эк-фант, как следует из сохранившегося сообщения, полагал, «что Земля движется, но не поступательно, а вращаясь вокруг своей оси, подобно колесу, с запада на восток». О Гикете, кроме подобного сообщения, есть и дополнительные сведения. Он принимал две Земли: «эту и Антиземлю (Антихтон)».
Об Антиземле речь впереди, вращение же Земли позволило «остановить» самое стремительное из небесных движений — суточное вращение «неба неподвижных звёзд» вокруг оси мира. Эти сообщения не прошли даром. В 1542 г. Коперник ссылался на них в посвящении к своей знаменитой книге «О вращениях небесных сфер», видя в древних астрономах своих предшественников. Упомянул он и о Филолае, единственном философе-пифагорейце, о системе мира которого хоть что-то известно.
Многие античные авторы считают Филолая из Кротона (около 470-388 до н. э.) первым из пифагорейцев, обнародовавшим их учение. Он написал не дошедшую до нас в полном объёме книгу «О природе». В ней говорилось и о строении Вселенной. Аристотель пишет, что, согласно Филолаю, «Земля, одна из звёзд (планет. — Прим. ред.), движется по кругу вокруг центра, вызывая смену дня и ночи». Система мира Филолая наполнена фантастическими деталями. Вот что рассказывал об этом византийский писатель Стобей: «Филолай посередине, в центре, помещает огонь, который называет Очагом Вселенной, Домом Зевса, Матерью богов… Кроме того, он принимает другой огонь, расположенный выше всего и служащий Объемлющим. Первый по природе — Центральный огонь; вокруг него кружатся в хороводе десять божественных тел: небо и планеты, за ними — Солнце, под ним — Луна, под ней — Земля, под ней — Антиземля, а после них всех — огонь».
Кроме введения двух вымышленных небесных тел — Центрального огня и Антиземли — Филолай заставил Солнце сиять отражённым светом. В одном из сообщений по этому поводу сказано: «Согласно пифагорейцу Филолаю, Солнце стекловидно; оно отражает огонь, находящийся в космосе». Очевидно, зеркало-Солнце дарит Земле частичку Центрального огня.
Аристотель и Стобей рисуют не геоцентрическую систему мира, традиционную для античности, а некую «огнецентрическую». Вокруг Центрального огня пролегают орбиты Антиземли, Земли, Луны, Солнца, планет и звёзд. Земля при этом всегда обращена к Огню одной стороной (как Луна по отношению к Земле), и, естественно, не той, на которой мы живём. Антиземля движется синхронно с Землей и для нас невидима, «поскольку её закрывает тело Земли». В принципе эту гипотезу можно было бы довольно просто проверить — снарядить экспедицию, которая, одолев по долготе четверть дуги земного шара, могла бы наблюдать и Огонь, и Антиземлю. Это, конечно, шутка: для той эпохи подобный совет был бы равносилен предложению нашим астрономам слетать в центр Галактики и проверить, есть ли там чёрная дыра.
Луну Филолай вслед за своим старшим современником Анаксагором считал населённой. Об этом сообщает Стобей, у которого сказано: «Некоторые из пифагорейцев, например Филолай, полагают, что Луна, как и наша Земля, населена животными и растениями, но только более крупными и красивыми. Живущие на Луне животные в пятнадцать раз больше земных». Объясняется это тем, что там в 15 раз дольше, чем на Земле, длится день.

ПЛАТОН. ГАРМОНИЯ СФЕР

Платон Афинский (427-347 до н. э.), знаменитый мыслитель, основатель Академии — философской школы, просуществовавшей почти 1000 лет (до 529 г. н. э.), в своих представлениях о Вселенной во многом соглашался с пифагорейцами.
Проблем мироустройства Платон коснулся в двух своих поздних диалогах — «Государство» и «Тимей». Вселенная там похожа на составное веретено, вертящееся на коленях Ананке (Необходи-мости). Оно сложено из насаженных на одну ось алмазных частей, которые философ назвал валами.
Платон не различал ещё осей мира и эклиптики. Вселенная показана как бы в разрезе: «Всех валов восемь (Луна, Солнце, пять известных тогда планет и небо звёзд. — Прим. ред.), они вложены один в другой, их края имеют вид кругов на общей оси, так что снаружи образуют непрерывную поверхность единого вала». Значит ли это, что Платон действительно считал светила закреплёнными на твёрдых прозрачных сферах, или же это поэтическая метафора, говорящая о нерушимости их орбит? Скорее второе. Последний штрих картины выглядит таким образом: «Сверху на каждом из кругов веретена восседает по Сирене; вращаясь вместе с ними, каждая из них издаёт только один звук… Из всех звуков — а их восемь — получается стройное созвучие».
Идея о связи небесных движений с музыкой — пифагорейская. По-видимому, ещё Пифагор открыл, что гармонично звучащие тона соответствуют определённым соотношениям длин струны. Это открытие, связавшее математику и природу, было распространено пифагорейцами и на небесные тела. Давно замечено, что быстро движущиеся тела издают звуки. При своей огромной удалённости от нас небесные тела должны нестись с гигантскими скоростями, а значит, и звучать. Отсюда делались выводы о гармоничных соотношениях расстояний между светилами и высотой самих звуков. Наиболее высокий звук издавала быстрее всех мчащаяся сфера звёзд, самый низкий — Луна, которая в своём месячном движении отстаёт от бега небесной сферы.
На вопрос, каким образом мог появиться гармонично устроенный мир, Платон отвечал, что он был сотворён согласно определённому плану. Причём мир, задуманный и созданный Вечносущим Богом, также одушевлён и божествен. Платон писал: «Весь этот замысел вечносущего бога относительно бога, которому только предстояло быть, требовал, чтобы тело космоса было сотворено гладким… одинаково распространённым во все стороны от центра… В его центре построивший дал место душе, откуда распространил её по всему протяжению и вдобавок облёк ею тело извне».
Здесь видно сходство с представлениями пифагорейцев, но Платон ушёл от древней традиции соединения божеств со стихиями. Роль Центрального огня и Крайнего Олимпа у него играет Душа. Архаичная мифология отступает и заменяется абстрактными понятиями.
Признав мир живым существом, цельным и наилучшим образом устроенным, Платон избавил себя от необходимости разбирать конкретные механизмы тяготения земных предметов к центру или природу солнечного света.
В сочинениях Платона впервые в европейской культуре встречается идея единого Бога — Творца. Его Платон называет Демиургом (Мастером). Для устройства Вселенной Демиург создал особое вещество в виде смеси двух сущностей — «неделимой идеальной» и «делимой материальной». Потом он «рассёк состав по длине на две части», свернул их и из одной сделал небо неподвижных звёзд, а вторую — заготовку остальных небесных тел — «разделил на семь неравных кругов, сохраняя число двойных и тройных интервалов». Это деление, определяющее расстояния между Землёй и орбитами светил, называют платоновской гармонией сфер. Относительные расстояния от Земли до светил получились следующими: Луна — 1, Солнце — 2, Венера — 3, Меркурий — 4, Марс — 8, Юпитер — 9, Сатурн — 27. Предложенные Платоном интервалы никак не связаны с действительностью и имеют только историческое значение. Однако сам принцип поиска закономерностей в размерах орбит сыграл важную роль в истории астрономии.
В «Тимее» Платон, говоря о Демиурге, вскользь упомянул о подвижности Земли: «Земле же, кормилице нашей, он определил вращаться вокруг оси, проходящей через Вселенную, и поставил её блюстительницей дня и ночи». Это движение противоречило вращению, которое философ приписывал и небу звёзд. Может быть, Платон колебался, какое вращение предпочесть. Впрочем, астрономические подробности он назвал в диалоге «второстепенными вещами».

ЕВДОКС. ПЕРВАЯ ТЕОРИЯ ПЛАНЕТНЫХ ДВИЖЕНИЙ

К IV столетию греческая наука созрела для того, чтобы перейти от общих рассуждений к последовательному изучению природы. Выдающимся учёным этого направления был Евдокс (около 408-355 до н. э.), младший современник Платона. Он родился на юго-западе Малой Азии в городе Книде. Биографы называют его астрономом, геометром, географом, врачом и законодателем. Ещё в юности Евдокс отправился учиться в Афины. Из-за бедности он вынужден был поселиться в афинском порту Пирее и ходил оттуда пешком в столицу (за 11 км), чтобы послушать софистов (учителей мудрости). В Книд он вернулся прославленным учёным и основал там собственную школу.
Евдокс был одним из виднейших математиков древности: он разработал общую теорию пропорций и способ операций с бесконечно малыми величинами, так называемый метод исчерпывания (предшественник современного интегрального исчисления). В географии он известен как автор не дошедшей до нас книги «Объезд земли». Учёный первым спроецировал на земную поверхность небесные тропики и «арктический круг». Области между ними Евдокс считал благоприятными для жизни, он же ввёл понятие климата (от греч. «клима» — «наклон») для определения широты места. Ему же, по-видимому, принадлежат приведённые Аристотелем без ссылок на источник доказательства шарообразности Земли по данным наблюдений и оценка её размеров. Архимед упоминает и о вычисленном Евдоксом отношении расстояний до Луны и Солнца (1 : 12).
Однако наиболее важной для математической астрономии стала теория планетных движений Евдокса, так называемая гипотеза гомоцентрических (очерченных вокруг общего центра) сфер. В ней он поставил задачу описать наблюдаемые движения светил в виде суммы равномерных круговых вращений. Ещё за полвека до него афинский астроном Евктемон обнаружил, что «сезоны», т. е. промежутки между последовательными равноденствиями и солнцестояниями, неодинаковы. Это означало, что Солнце движется по эклиптике неравномерно. Астрономы знали, что Луна выписывает на небе волнообразную линию, а планеты чертят среди звёзд непонятные петли. Античные учёные упорно стремились свести эти сложные движения к комбинациям равномерных вращений. В этом сказалась их убеждённость в совершенстве движений такого рода. Можно указать и другую, не менее важную причину — простоту этого движения, позволявшую разбить сложнейшую задачу на ряд более простых, решаемых последовательно.
Чтобы объяснить движения каждого светила, Евдокс подбирал комбинацию из нескольких вложенных одна в другую сфер, причём полюса каждой из них были последовательно закреплены на предыдущей. Например, движение Луны описывалось тремя сферами. Первая вращалась вокруг оси мира и делала один оборот в сутки. На ней были закреплены полюса второй сферы, они соответствовали полюсам эклиптики. Эта сфера совершала по отношению к предыдущей полный оборот за 18,6 лет и отражала движение по эклиптике точек пересечения с ней (узлов) лунной орбиты. Она несла полюса последней, третьей сферы, расположенной под небольшим углом к полюсам второй. Сфера эта делала полный оборот за 27,3 суток, и на её экваторе помещалась Луна. Для описания неравномерности скорости Солнца астроному также понадобились три сферы. Для планет с их остановками и попятными движениями трёх сфер оказалось мало, и Евдоксу пришлось добавить ещё одну. В конечном счёте в его системе оказалось 27 сфер, из них одна для неподвижных звёзд.
Младший современник Евдокса, ученик Аристотеля Каллипп, ввёл ещё шесть сфер, чтобы модель Евдокса лучше соответствовала наблюдаемому движению планет. Наконец, Аристотель, желая связать сферы всех светил в единую систему, довёл их количество до 55.

АРИСТОТЕЛЬ. ЧЕЛОВЕК, ОСТАНОВИВШИЙ ЗЕМЛЮ

Аристотель (384-322 до н. э.), великий учёный-энциклопедист, родился в городе Стагире. Его отец был врачом македонского царя Аминты III. В 17 лет Аристотель уехал в Афины, стал учеником Платона и провёл в его Академии 20 лет. После смерти учителя Аристотель покинул Афины. В 343 г. до н. э. наследник Аминты III Филипп Македонский попросил философа стать воспитателем своего юного сына Александра, будущего великого полководца.
Аристотель провёл в Македонии несколько лет, потом вернулся в Афины и основал там школу, названную Ликеем (в латинском варианте Лицей) из-за её расположения рядом с храмом Аполлона-Лика. Учеников Аристотеля называли перипатетиками (прогуливающимися), возможно, за любовь беседовать на ходу. После смерти Александра в 323 г. до н. э. ненависть к македонянам, захватившим Грецию, распространилась и на Аристотеля. Он вынужден был уехать в своё имение на остров Эвбею, где через год умер. Впрочем, Ликей афиняне не тронули, знаменитая школа существовала ещё долго.
Аристотель, великий логик и систематизатор, занимался многими науками — от поэтики и политики до физики и биологии. Он критиковал своего учителя Платона и стремился заниматься не только общими вопросами, но и анализировать конкретные явления. Его представления о мире внешне мало отличались от платоновских, но по сути своей были им противоположны. Аристотель считал мир вечным и неизменным, живущим по физическим законам. Но физика Аристотеля резко отличалась от нашей, и её авторитет в Средние века в какой-то момент стал сдерживать прогресс этой науки.
Сначала философ обосновал идею о том, что во Вселенной есть особая точка — центр, к которому в силу своей природы стремились тяжелые элементы: земля и вода. Ведь если бы такого центра не было, падение предметов продолжалось бы вечно, без остановки. Из-за стремления элементов к центру мира Земля получила форму шара. Лёгкие элементы — воздух и огонь — напротив, стремились от центра, но не уходили за границы «подлунной сферы». За ней начиналось царство небесных тел, построенное из особого, пятого, элемента — «квинтэссенции», эфира.
Движения к центру и от него Аристотель считал «естественными», все остальные его виды требовали приложения силы и назывались «принудительными». Земная механика Аристотеля не знала движения по инерции, это открытие сделал только Галилей. Чтобы объяснить, почему небесные тела движутся, философ ввёл некий божественный перводвигатель, располагавшийся у внешних пределов мира. А как быть с полётом пущенной стрелы или брошенного камня? Ведь они летят, когда сила уже не действует. Согласно Аристотелю, их несёт воздушный вихрь. Камень раздвигает воздух, тот обходит летящее тело, ударяет по нему сзади и тем самым поддерживает движение. Эта странная на наш взгляд физика не допускала даже осевого вращения Земли, которое, между прочим, могло бы серьёзно упростить «небесный механизм» Евдокса — Аристотеля. Вместо 55 сфер в нём осталась бы 41. А вот ученик ученика Аристотеля — Аристарх Самосский — не только признал вращение Земли, но и «изгнал» её из центра мира.

АРХИМЕД. ИЗМЕРЕНИЕ НЕБА

Архимеда из Сиракуз (около 287-212 до н. э.) обычно не причисляют к астрономам. Выдающий-ся математик, основоположник статики и гидростатики, оптик, инженер и изобретатель, он уже в античное время завоевал громкую славу. Кстати, слова учёного о том, что он сделал механическое открытие, которое позволило бы ему сдвинуть Землю, относятся не к закону рычага (ко временам Архимеда он уже был известен), а к принципу построения механических редукторов. Именно с помощью редуктора Архимед «силой одного человека» сдвинул с места вытащенный на берег корабль.
В молодости Архимед учился в Александрии у математика Конона. Вполне вероятно, что там он познакомился с немолодым уже Аристархом. Вернувшись в Сиракузы, учёный стал, как сказали бы теперь, «главным военным инженером» города. Его система обороны и военные машины, включая «жгущие зеркала» и «железные лапы» (манипуляторы, топившие десантные суда римлян), сделали город неприступным. Под старость ему пришлось участвовать в обороне Сиракуз, которые во время 2-й Пунической войны были осаждены римским полководцем Марком Марцеллом. Город держался больше года и был захвачен лишь в результате предательства. Во время разграбления Сиракуз Архимед был убит римским солдатом.
Об общих взглядах учёного на мир можно судить по его сочинению «О плавающих телах». Архимед, с одной стороны, признавал существование атомов, с другой — следовал идее тяготения Аристотеля. В одной из своих работ Архимед описал измерение углового поперечника Солнца. Для этого учёный использовал горизонтальную линейку с поставленным на неё цилиндриком. Линейка наводилась на светило при его восходе, «когда на Солнце можно смотреть». Глядя вдоль линейки, Архимед двигал по ней цилиндрик и отмечал те его положения, когда он почти закрывал солнечный диск и когда перекрывал его полностью. Так получалась «вилка», в пределах которой лежала измеряемая величина. Результат Архимеда — 27′ и 32,5′ — охватывал действительное значение углового диаметра Солнца — 32′.
Римский историк Тит Ливии, рассказывая об осаде Сиракуз, называет Архимеда «единственным в своём роде наблюдателем неба и звёзд». Возможно, эта характеристика связана со знаменитым техническим творением учёного — механическим небесным глобусом, привезённым в Рим в качестве трофея. В отличие от обычного Архимедов глобус показывал не только вращение неба, но и движения других светил. Видимо, вдоль пояса зодиакальных созвездий в нём имелся ряд окошек, за которыми перемещались макеты светил, приводимые в движение зубчатыми передачами и воздушными турбинками.
Архимед даже написал книгу «Об устройстве небесного глобуса», которая, увы, до нас не дошла. С этой книгой связывают перечень вычисленных учёным космических расстояний между Землёй, Солнцем, планетами. Расстояния даны в стадиях (одна стадия равна 150-190 м). Числа не сходятся между собой (из суммы интервалов не получаются расстояния) и выглядят загадочно. Но недавно было обнаружено, что они приобретают смысл, если отнести некоторые из них к гелиоцентрической системе. Учёный верно определил относительное расстояние до Луны и размеры орбит Меркурия, Венеры и Марса, если считать их гелиоцентрическими.
О смешанной системе мира (геоцентрической, но с обращением Меркурия и Венеры вокруг Солнца) римский архитектор Витрувий, например, упоминает как об общеизвестной. Вероятно, Архимед был её автором. Сделанное учёным первое правильное определение расстояний до планет оказалось в античности и последним. Геоцентрическая система не давала таких возможностей.

ЭРАТОСФЕН. ИЗМЕРЕНИЕ ЗЕМЛИ

Архимед переписывался с учёными Александрии. После смерти своего учителя Конона он посылал математические сочинения Эратосфену, который в это время возглавлял Мусейон, научный центр в Александрии. Эратосфен Киренский (около 276-194 до н. э.) был разносторонним учёным — математиком, филологом, географом. К его важнейшим научным достижениям относится измерение окружности земного шара.
Живя в Египте, учёный знал, что Сиена (теперешний Асуан) лежит на Северном тропике. Такой вывод следовал из того, что в полдень дня летнего солнцестояния светило там освещает дно глубоких колодцев, т. е. стоит в зените. С помощью особого прибора, который он называл «ска-фис», учёный установил, что в то же время в Александрии Солнце отстоит от вертикали на 1/50 долю окружности. Сиена находится на том же меридиане, что и Александрия; расстояние между городами было тогда известно — около 5 тыс. египетских стадий (расстояния тогда измеряли шагами специалисты-землемеры — гарпеданапты). Зная длину дуги и угол, который она стягивает, Эратосфен умножил расстояние до Сиены на 50 и получил длину земной окружности в 252 тыс. стадий. По нашим меркам это составляет 39 690 км. Учитывая грубость измерительных приборов той эпохи и ненадёжность исходных данных, великолепное совпадение результатов Эратосфена с действительными (40 тыс. километров) можно считать большой удачей.

ЭПОХА РИМА

В 2б4 г. до н. э. римляне овладели Южной Италией с расположенными там греческими городами Тарентом, Кротоном и другими, составлявшими некогда область, которую называли Великой Грецией. Через полвека Риму подчинились греческие колонии Сицилии, включая знаменитые Сиракузы, а в 146 г. до н. э. и сама Греция превратилась в римскую провинцию Ахайю. Спустя 100 лет Юлий Цезарь присоединил к Римской империи Египет с Александрией — тогдашней столицей эллинской науки.
Овладев эллинским миром, римляне не стали подавлять его культуру, а во многом восприняли её. Знание греческого языка было обязательным для образованных римлян. Часто они учились в Греции. Здесь получили образование многие видные деятели Рима, например Тиберий Гракх, Помпеи, Цицерон, Цезарь. Со временем сложилась своеобразная греко-римская культура, в русле которой развилась блестящая латинская литература. Рим дал миру великолепных поэтов, историков, драматургов, но в его шкалу ценностей не входили математика и астрономия.
Занятия теоретической наукой в отличие от литературных не считались престижными. Их приравнивали к ремеслу и считали недостойными свободного гражданина. Многие римские политики, например Цицерон и Цезарь, были выдающимися литераторами. Плиний Старший написал обширный труд «Естественная история», в котором собрал массу естественнонаучных сведений, не затронув, однако, математической стороны астрономии.
Нельзя сказать, чтобы римляне совсем не интересовались астрономией. К примеру, полководец Цезарь Германик перевёл с греческого на латинский язык астрономическую поэму Арата «Явления».
Витрувий в трактате «Об архитектуре» уделил много внимания перечислению типов солнечных часов и в связи с этим коснулся движений светил. Одну за другой он описал две системы мира: сначала упомянул об обращении Меркурия и Венеры вокруг Солнца, потом нарисовал чисто геоцентрическую систему, где они обращаются вокруг Земли. Ещё более загадочным кажется его оброненное тут же и мало связанное с текстом упоминание о «круговой орбите Земли», которое может служить намёком на знакомство автора с гипотезой Аристарха. Очевидно, что этот знающий и начитанный человек тем не менее не желает разбираться в тонкостях астрономических теорий.
В Римской империи работали замечательные астрономы, но сами римляне этой наукой пренебрегали. Когда Юлию Цезарю понадобилось реформировать календарь, он пригласил из Александрии греческого астронома Созигена..