Клавдий Птолемей: на неподвижной Земле под неподвижными звёздами

 Читайте также:

На плечах гигантов I, или Как механика спустилась с небес на землю

На плечах гигантов II. Жрецы, кромлехи, пирамиды

На плечах гигантов III. Хрустальные сферы

На плечах гигантов IV. Гиппарх против Аристотеля

Спор Земли и Солнца

Говорят, талантливые люди талантливы во всём. И правильно говорят. Вот Михаил Васильевич Ломоносов – не только был великий учёный, но и хороший поэт. Послушайте, какую написал басню:

Случились вместе два Астро̀нома в пиру
И спорили весьма между собой в жару.
Один твердил: Земля, вертясь, круг Солнца ходит;
Другой, что Солнце все с собой планеты водит:
Один Коперник был, другой слыл Птолемей.
Тут повар спор решил усмешкою своей.
Хозяин спрашивал: «Ты звезд теченье знаешь?
Скажи, как ты о сем сомненье рассуждаешь?»
Он дал такой ответ: «Что в том Коперник прав,
Я правду докажу, на Солнце не бывав.
Кто видел простака из поваров тако̀ва,
Который бы вертел очаг кругом жаркова?»

Давайте-ка порассуждаем об этой басне. Надеюсь, каждый понял, что в четвёртой строчке Солнце «планеты водит» не абы куда, а вокруг Земли, то есть повстречались на пиру защитники двух различных систем мироздания – гелиоцентрической (где главенствует Солнце) и геоцентрической (где в центре находится Земля).

Слева — Птолемей, справа — Коперник.

Так-так-так… Позвольте! Но ведь годы жизни Коперника – 1473-1543, в то время как Птолемей умер приблизительно в 165 году от Рождества Христова! Спрашивается: как они могли оказаться на одном пиру?

«Очень просто, – скажете вы. – Это ж басня».

Хм. Согласен. И всё же я не думаю, что Михайло Васильевич только ради красного словца «продлил» Птолемею жизнь чуть ли не на полторы тысячи лет. Дело в том, что сам-то он, Птолемей, умер ещё на заре нашей эры, а вот учение его оказалось на редкость живучим. На протяжении сотен и сотен лет оно преподавалось в школах, лицеях и академиях как единственно верное; если бы мы осмелились оспорить его, то добрые люди посмеялись бы над нами, а недобрые – могли и доложить кому следует. И продолжалось это безобразие, пока не грянул в XVI веке коперниканский научный переворот. Хотя, между нами говоря, продолжалось и после него. А если уж быть честным до конца – кое-кто и до сих пор придерживается птолемеевой геоцентрической системы (сам того не зная)…

Что же представляло собою птолемеево учение и в чём заключалась его притягательность?

Пергаменты, поглощённые огнём

Гиппарх

Ну, начнём с того, что трудился Клавдий Птолемей в городе Александрии, где, как известно, находилась величайшая в мире библиотека. Будучи человеком одарённым и отнюдь не ленивым он, как сказали бы сегодня, «перелопатил» всю имеющуюся там литературу о небе, звёздах и планетах – начиная с таинственных рассказов вавилонских мудрецов и заканчивая трудами уже небезызвестного нам Гиппарха Никейского. Мы и знаем-то о сочинениях Гиппарха только благодаря тому, что Птолемей пересказывал их в своих книгах, за что ему, кстати, большое спасибо.

Куда же делись настоящие пергаменты Гиппарха?

Их постигла та же участь, что и большинство книг Александрийской библиотеки: они были похищены или сожжены. В 273 году Римский император Аврелиан приказал предать огню и стереть с лица земли книгохранилище, где находилось по самым скромным данным более 10 тысяч свитков!

Это сейчас какая-нибудь книга может выйти тиражом в 100 тысяч экземпляров. Тогда всё было не так: книги не печатали, а писали от руки, многие произведения были представлены в единственном экземпляре. Представляете, какого сокровища лишил нас этот взбалмошный Аврелиан!

Но не будем о грустном…

Руины Александрийской библиотеки

Небьющийся хрусталь сфер

Итак, геоцентрическую модель мира разработал ещё Гиппарх. Вспомним ещё одну его заслугу…

«Заслугу? – возможно, возмутитесь вы. – Разве внушить людям ложную мысль о том, что всё мироздание вертится вокруг Земли, – это заслуга?» Представьте себе – да, и чуть позже я попробуем это объяснить.

Итак, ещё одной заслугой Гиппарха было создание Звёздного каталога, где, по словам римского писателя Плиния Старшего, «он определил места и яркость многих звёзд, чтобы можно было разобрать, не исчезают ли они, не появляются ли вновь, не движутся ли они, меняются ли в яркости. Он оставил потомкам небо в наследство, если найдётся тот, кто примет это наследство». Он даже сравнивал звёзды по размеру, придумав систему из шести величин, которой астрономы пользуются по сей день. Да и не только астрономы; когда вы услышите о каком-нибудь певце или актёре, что он «звезда первой величины» – знайте, что это тоже привет от Гиппарха.

Что же сталось с хрустальными сферами, которые так любил старик Аристотель? Окончательно разбить их своим могучим учёным лбом Гиппарху не удалось, да он и не сказать чтобы пытался. Конечно, расчёты и наблюдения наглядно доказывали, что небесные тела каким-то образом от нас отдаляются и приближаются, «перепрыгивая» с близких сфер на дальние и обратно (это называлось попятным движением). Однако сама идея о незыблемых сферах так крепко засела в головах, что учёные стремились не столько проверить её вычислениями, сколько подогнать под неё расчёты.

Надо сказать, что теория сфер в каком-то смысле продолжает жить и доныне. Так, например, газовая оболочка вокруг Земли называется атмосферой и делится на несколько частей: тропосферу, стратосферу, мезосферу и так далее. А ещё мы говорим: «сфера экономики», «сфера производства», «сфера деятельности», «сфера общества». Хотя, конечно, никакого хрусталя мы в этих «сферах» уже не видим и используем слово только в его переносном значении.

В общем, Птолемей оказался как раз тем человеком, который века спустя принял небо «в наследство» от Гиппарха. Он добавил в каталог своего предшественника десятки новых звёзд. А ещё он был одним из первых людей, попытавшихся выразить движения светил и планет при помощи строгих математических формул. Это может показаться странным, но, несмотря на изначальную ложность геоцентрической идеи, во многом ему это удалось.

Птолемеева система мира

Впрочем, ничего странного. Давайте вообразим себе человека, которому никогда не показывали глобус, а показывали только плоскую карту мира. О шарообразности Земли ему тоже никто не говорил. Каким будет мир в представлении такого человека? Вероятнее всего, таким же прямоугольным, как его единственная карта. И всё же если человек хорошенько эту карту изучит, он сможет, не плутая, добраться пешком до таких дальних стран, до каких не доберёмся и мы, если будем плохо изучать наш глобус.

То же самое с геоцентрическими представлениями о мире: изначально неверные, они всё же позволяли делать правильные наблюдения и производить довольно точные вычисления.

Земля остаётся без движения, а король без короны

Поговаривают, что не все приводимые Птолемеем расчеты и не все сделанные им выводы действительно принадлежали ему. Что, мол, от себя-то он привнёс не так уж много. Может быть. Зато его труды не сгорели и не погибли под руинами. Главный из этих трудов назывался «Великое математическое построение по астрономии в 13 книгах» или, сокращённо, «Мэгистэ» (от греческого «величайший»). Европа узнала об этой книге лишь в средние века от учёных арабов, которые называли её «Альмагест». Так называют её до сих пор.

Чему же учит Птолемей в своём «Альмагесте»? Перечислим основные положения этой книги:

• Небосвод – это вращающаяся сфера;
• Над небосводом расположена сфера неподвижных звёзд;
• Все небесные тела, которые подвижны, – перемещаются равномерно и строго по кругу;
• Земля – это шар, который находится в центре мира;
• Земля неподвижна.

Особенно наивными сегодня могут показаться птолемеевы доказательства неподвижности Земли. Первое – это вертикальное свободное падение тел во всех местах Земли. Если бы Земля куда-то неслась, они бы, по Птолемею, падали куда-нибудь вбок. Сама же Земля никуда не падает, потому что находится в середине Вселенной, толщи которой равномерно давят на её поверхность со всех сторон, что и позволяет Земле оставаться в неподвижности.

Система Птолемея

Далее учёный «доказывает», что наша планета не вращается вокруг своей оси. Те, кто допускает вращение, «должны допустить, – пишет Птолемей, – что вращательное движение Земли должно быть самым быстрым из всех движений, связанных с ней, учитывая, что Земля должна совершать одно обращение за столь короткое время (сутки – прим. ред.); в результате все предметы, не опирающиеся на Землю, должны казаться совершающими такое же движение в обратном направлении; ни облака, ни другие летающие или парящие объекты никогда не будут видимы движущимися на восток, поскольку движение Земли к востоку будет всегда отбрасывать их, так что эти объекты будут казаться движущимися на запад, в обратном направлении». И даже если предположить, рассуждает Птолемей дальше, что воздух движется в том же направлении и с той же скоростью, что и Земля, – то всё равно: плавающие и парящие в воздухе тела не должны следовать его движению. Если же они связаны с воздухом так, что всё-таки следуют его движению, то нам они казались бы неподвижными, но они нам такими не кажутся.

Сегодня эти доказательства мог бы оспорить и шестиклассник, но давайте не будем задирать нос и считать себя мудрее Птолемея; всё-таки он был одним из умнейших людей своего времени.

Итак, Земля неподвижна. Вокруг неё вращаются (в порядке удаления) Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн. Птолемей видел, что вращаются они не так равномерно и кругообразно, как хотелось бы стороннику геоцентрической модели мира. Что ему оставалось? Объяснить неравномерные и некруговые движения как результат двух равномерных и круговых: эпицикла и деферента.

Чтобы лучше понять смысл этих слов, представим себе цирковую арену, вокруг которой с неизменной скоростью бегает лошадь. А теперь вообразим, что сама эта арена (её центр) проделывает один и тот же путь по какой-либо окружности. Так вот: если представить, что лошадь – это планета, то пробежки вокруг арены будут её эпициклами, а вращение самой арены – деферентом.

Позднее последовавшие за Птолемеем учёные выяснили, что видимые движения некоторых планет слишком сложны, чтобы объяснить их при помощи одного эпицикла. К XIII веку, например, пришлось предположить, что у Марса не менее 200 эпициклов! Сам Марс движется по 200-му эпициклу, центр которого обращается по 199-му эпициклу и т. д. А где уж за этим всем деферент – поди, как говорится, разбери.

Система мира получалась запутанной, сложной и крайне непонятной. Когда в XIII веке в городе Толедо собрались все известные астрономы того времени, Кастильский король Альфонс X, выслушав их дебаты, заявил, мол «если бы он присутствовал при творении мира, он посоветовал бы Богу сотворить мир попроще». Предание гласит, что это шутливое замечание стоило Альфонсу короны. Вот насколько велик был авторитет птолемеева учения.

Глаз не вооружен, но мысль остра

Трикветрум

Когда мы слышим слово «Астроном», мы представляем себе дедушку с бородой, в очках и синем колпаке, глядящего в длинный телескоп. Что касается Птолемея и других учёных античности, должен вас разочаровать: ничем, кроме бороды, они бы нам астрономов не напомнили. О телескопе тогда даже речи не шло. Да-да, все эти рассуждения о далёких мирах, о подвижных и неподвижных сферах рождались из простых наблюдений за небом – наблюдений невооружённым глазом.

Конечно, были кое-какие инструменты, но задача их была – не увеличивать, не улучшать обзор, а измерять углы. Кстати говоря, некоторые из этих инструментов впервые описал в своих книгах Птолемей.

Трикветрум состоял из трех соединенных вместе линеек. К вертикальной неподвижной линейке AB на шарнирах прикреплены линейки ВС и АС. На первой из них укреплены два специальных приспособления с отверстиями для наблюдения – диоптры b и c. Наблюдатель направляет линейку ВС на звезду так, чтобы звезда одновременно была видна сквозь оба диоптра. Затем, удерживая линейку ВС в этом положении, к ней прикладывают линейку АС таким образом, чтобы расстояния ВА и ВС были равны между собой. Это было легко сделать, так как на всех трех линейках, составляющий трикветр, имелись деления одинаковой шкалы. Измерив по этой шкале длину хорды АС, наблюдатель затем по специальным таблицам находил угол ABC, то есть зенитное расстояние звезды.

Астролябия

Астролябия или астрономическое кольцо – это разделенный на градусы металлический круг, который подвешивается к какой-нибудь опоре за кольцо. В центре астролябии укреплена алидада — вращающаяся линейка с двумя диоптрами. По положению алидады, направленной на светило, также легко отсчитывается его угловая высота.

Широкое распространение в древней астрономии получили армиллярные сферы, или армиллы. По сути дела, это были модели небесной сферы с ее важнейшими точками и кругами — полюсами и осью мира, с меридианом, горизонтом и небесным экватором. Нередко армиллы дополнялись малыми кругами — небесными параллелями и другими деталями. Почти все круги были поделены на градусы, и сама сфера могла вращаться вокруг оси мира. В ряде случаев делался подвижным и меридиан — наклон оси мира можно было менять в соответствии с географической широтой места.

Армилярная сфера

Из всех древних астрономических инструментов армиллы оказались самыми живучими. Эти модели небесной сферы и сейчас можно купить в специализированных магазинах. Они используются на учебных занятиях по астрономии для решения различных задач. С этой же целью применяли небольшие армиллы и древние астрономы. Что же касается крупных армилл, то они были приспособлены для угловых измерений на небе, как трикветрум и астролябия.

А телескоп изобрели только в начале XVII века, уже после того, как Николай Коперник «расшевелил» Землю, открыв, что она вращается вокруг Солнца, а датский учёный Тихо Браге тихо расколол хрустальные сферы, доказав, что модель мироздания легко обходится без них.