Владимир Кирсанов - Научная революция XVII века

В кинематической схеме Птолемея сохранены все главные черты аристотелевской иерархии, но изменена модель получения сложных движений. Вместо набора гомоцентрических сфер Птолемей использовал идею Гиппарха, наиболее полно разработавшего теорию эпициклов, которая рассматривалась как альтернатива гомоцентрической модели уже в III в. до н. э. благодаря главным образом трудам Аполлония Пергского. Согласно этой теории, движение планеты вокруг Земли можно представить как сумму двух движений: планета вращалась по кругу, называемому эпициклом, в то время как центр эпицикла совершал движение вокруг Земли по кругу большего радиуса. В частности, им было установлено, что если эти вращения совершаются в противоположных направлениях, а периоды вращений совпадают, то действительной орбитой небесного тела будет окружность, центр которой будет уже не совпадать с центром Земли. Гиппарх назвал такую орбиту эксцентром и, рассматривая движение Солнца вокруг Земли, объяснил с его помощью разницу в продолжительности времен года.

Клавдий Птолемей использовал представления Гиппарха для того, чтобы описать с помощью эпициклов и эксцентра полную картину движения небесных тел. Ему предстояло решить весьма трудную проблему, в первую очередь потому, что сложное движение планет, о котором говорилось выше, включало в себя две существенные нерегулярности: во-первых, скорость перемещения планет по видимому небосводу была неравномерной, во-вторых, планеты совершали то прямые, то попятные движения, т. е., грубо говоря, выписывали петли. Теперь нам известно, что первая нерегулярность обусловлена эллиптической формой орбиты, а вторая тем, что наблюдение происходит с движущейся Земли.

Проблема была решена Птолемеем в его главном труде, носившем в оригинале название «Математическая система» и определившем дальнейшее развитие астрономии на последующие тысячу с лишним лет. По-видимому, в период упадка александрийской школы греческий оригинал был утерян, сохранился только арабский перевод, который затем, уже в XII в., был переведен на латинский. Поэтому книга Птолемея дошла до нас под арабским латинизированным названием «Альмагест» («Величайший»). Итак, в «Альмагесте» дается следующая модель мироздания: в центре Вселенной помещается неподвижная Земля. Ближайшей планетой к Земле является Луна, а затем следуют Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер и Сатурн. Такой порядок планет объясняется тем, что Птолемей считал, что, чем быстрее движется планета, тем ближе к Земле она расположена. Планеты вращаются вокруг Земли по круговым орбитам — деферентам и в то же самое время совершают движение по малым кругам — эпициклам. Точнее говоря, планеты вращаются по эпициклам, а центр эпицикла совершает круговое движение вокруг Земли по деференту. При помощи комбинации эпициклов и деферентов Птолемеем была объяснена нерегулярность, возникающая в результате движения Земли, т. е. видимые петлеобразные пути планет. Изменения скорости движения планет обусловливались, как и прежде у Гиппарха, введением эксцентра, впрочем, конструкция, связанная с этим Понятием, также подверглась у Птолемея усложнению.

Для того чтобы модель соответствовала данным наблюдений, Птолемею пришлось Проделать колоссальную работу: во-первых, для уточнения положений планет он выполнил большое число Наблюдений, во-вторых, ему было необходимо рассчитать размеры конструкции и скорости движения планет в своей модели как для эпицикла, так и для деферента. При этом оказалось необходимым ввести в конструкцию еще одно новое понятие «эквант». Эквантом называлась точка, расположенная на диаметре деферента, проходящем через Землю; согласие между теорией и наблюдением можно было получить только в том случае, если движение центра эпицикла по деференту выглядело равномерным из экванта, а не из центра деферента, а каким образом Птолемей пришел к этой идее — неизвестно.

Птолемей в процессе разработки своей системы столкнулся и со многими другими трудностями, связанными с наличием процессии — явления, отмеченного еще Гиппархом и состоящего в медленном смещении неподвижных звезд, а также с необходимостью учитывать угол наклона плоскости эпицикла по отношению к плоскости деферента и т. п. Но как бы то ни было, теория Птолемея давала вполне замечательное по тем временам совпадение теоретических предсказаний и данных наблюдения, особенно для трех внешних планет — Марса, Юпитера и Сатурна. Представления Аристотеля о строении космоса и кинематическая модель Птолемея в период Средневековья были увязаны друг с другом, так что строение Вселенной представлялось в следующем виде. В центре мира помещается неподвижная Земля, которую окружают семь планетарных сфер — Луны, Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна. Внутри каждой из них определенная планета движется по соответствующему эпициклу и деференту, а внешней по отношению ко всем планетарным сферам является восьмая — сфера неподвижных звезд, делающая полный оборот за 24 часа. Иногда к восьмой сфере в картине мира прибавляли еще и девятую, которая была ответственна за прецессионное движение и совершала полный оборот за 36 тысяч лет.

Итак, повторим, что система Птолемея позволила с достаточной точностью предсказывать положения планет на небосводе, а также моменты равноденствий и затмений. С другой стороны, эта геоцентрическая система в высшей степени устраивала католическую церковь, так как она могла служить философской основой для представления о человеке как венце божественного творения и потому помещенного в центр мироздания.

Однако по мере развития цивилизации требования к точности астрономических предсказаний все более возрастали, приходилось вводить добавочные эпициклы, чтобы согласовать теорию с наблюдением, а это чрезмерно усложняло и без того достаточно громоздкие расчеты. Уже в XIII в. кастильский король Альфонсо X, имея в виду эти трудности, высказывался в таком духе, что даже он мог бы дать Богу при создании мира совет, как его устроить попроще.

В середине XV в. наступает эпоха великих географических открытий. Развитие торговли неизбежно приводит к стремлению расширить рынки и освоить новые территории, а прогресс мореплавания требует улучшения астрономических приборов для ориентировки в океане, а также составления таблиц, по которым можно было бы определять координаты корабля, причем главной трудностью оставалось определение широты. В течение трех веков для ориентировки корабля, как и вообще для определения положения планет на небесной сфере, использовались альфонсинские таблицы, составленные по указанию Альфонсо X еще в 1252 г. В 1474 г. в Нюрнберге были напечатаны «Эфемериды» Региомонтана, а следующее их издание содержало также и таблицы для определения широты места. Региомонтан, а также его учитель Георг Пурбах занимают одно из ключевых мест в истории науки в период, предшествующий научной революции. Их деятельность была тесно связана с двумя мощными общественными факторами развития науки — реформой календаря и великими географическими открытиями.