История Геродота (484-425 гг. до н. э.) открывает замечательное окно в мир, каким он был известен древним грекам в середине V века до н. э. Однако почти так же интересно, как то, что они знали, то, чего они не знали. Это создает основу для замечательных достижений в их понимании в течение следующих нескольких столетий-просто опираясь на то, что они могли наблюдать своими собственными глазами.
Геродот утверждал, что Африка почти полностью окружена морем. Откуда он это знает? Он рассказывает историю финикийских моряков, которые были посланы египетским царем Нехо II (около 600 года до н. э.), чтобы обогнуть континентальную Африку по часовой стрелке, начиная с Красного моря. Эта история, если она правдива, повествует о самом раннем известном кругосветном путешествии по Африке, но также содержит интересное понимание астрономических знаний древнего мира.
Путешествие заняло несколько лет. Обогнув южную оконечность Африки и взяв курс на Запад, моряки увидели, что Солнце находится справа от них, над северным горизонтом. Это наблюдение просто не имело смысла в то время, потому что они еще не знали, что Земля имеет сферическую форму и что существует южное полушарие.
1. Планеты вращаются вокруг Солнца
Спустя несколько столетий был достигнут значительный прогресс. Аристарх Самосский (310-230 гг. до н. э.) утверждал, что Солнце является “центральным огнем” космоса, и он поместил все известные тогда планеты в правильном порядке расстояния вокруг него. Это самая ранняя из известных гелиоцентрических теорий Солнечной системы.
К сожалению, первоначальный текст, в котором он приводит этот аргумент, был утерян для истории, поэтому мы не можем точно знать, как он его разработал. Аристарх знал, что Солнце гораздо больше Земли или Луны, и, возможно, предполагал, что именно поэтому оно должно занимать центральное положение в Солнечной системе.
Тем не менее это потрясающее открытие, особенно если учесть, что оно было открыто только в XVI веке Николаем Коперником, который даже признавал Аристарха во время разработки его собственной работы.
2. Размер Луны
Одна из сохранившихся книг Аристарха-о размерах и расстояниях Солнца и Луны. В этом замечательном трактате Аристарх изложил самые ранние известные попытки вычислить относительные размеры и расстояния до Солнца и Луны.
Уже давно было замечено, что Солнце и Луна имеют на небе один и тот же видимый размер и что Солнце находится гораздо дальше. Они поняли это по солнечным затмениям, вызванным тем, что Луна проходит перед Солнцем на некотором расстоянии от Земли.
Кроме того, в тот момент, когда Луна находится в первой или третьей четверти, Аристарх рассудил, что Солнце, Земля и Луна образуют прямоугольный треугольник.
Поскольку Пифагор определил, как соотносятся длины сторон треугольника двумя столетиями ранее, Аристарх использовал этот треугольник, чтобы оценить, что расстояние до Солнца составляет от 18 до 20 раз больше расстояния до Луны. Он также подсчитал, что размер Луны составляет примерно одну треть от размера Земли, основываясь на тщательном определении времени лунных затмений.
Сегодня мы точно знаем размеры и расстояние до Луны с помощью различных средств, включая точные телескопы, радиолокационные наблюдения и лазерные отражатели, оставленные на поверхности астронавтами "Аполлона".
3. Окружность Земли
Эратосфен (276-195 гг. до н. э.) был главным библиотекарем Великой Александрийской библиотеки и страстным экспериментатором. Среди его многочисленных достижений было самое раннее известное вычисление окружности Земли. Пифагор обычно считается самым ранним сторонником сферической Земли, хотя, по-видимому, не ее размера. Знаменитый и в то же время простой метод Эратосфена основывался на измерении разной длины теней, отбрасываемых вертикально воткнутыми в землю шестами в полдень летнего солнцестояния на разных широтах.
Солнце находится достаточно далеко, так что, где бы его лучи ни достигали Земли, они фактически параллельны, как это было показано ранее Аристархом. Таким образом, разница в тенях показала, насколько сильно искривлена поверхность Земли. Эратосфен использовал это для оценки окружности Земли приблизительно в 40 000 км. Это в пределах пары процентов от действительной величины, установленной современной геодезией (наукой о форме Земли).
Позже другой ученый по имени Посидоний (135-151 гг. до н. э.) использовал несколько иной метод и пришел к почти точно такому же ответу. Большую часть своей жизни Посидоний прожил на острове Родос. Там он увидел яркую звезду Канопус, лежащую очень близко к горизонту. Однако, находясь в Александрии, в Египте, он заметил, что Канопус поднимется примерно на 7,5 градуса над горизонтом.
Учитывая, что 7,5 градуса-это 1/48 окружности, он умножил расстояние от Родоса до Александрии на 48 и получил значение, равное примерно 40 000 км.
4. Первый астрономический калькулятор
Самый старый из сохранившихся механических калькуляторов в мире-это механизм Антикиферы. Это удивительное устройство было обнаружено в 1900 году во время древнего кораблекрушения у греческого острова Антикифера.
Устройство теперь фрагментировано течением времени, но когда оно было целым, то выглядело бы как коробка, в которой находятся десятки тонко обработанных бронзовых зубчатых колес. При ручном вращении рукояткой шестеренки охватывают циферблаты на внешней стороне, показывая фазы Луны, время лунных затмений и положение пяти известных тогда планет (Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна) в разное время года. Это даже объясняло их ретроградное движение-иллюзорное изменение движения планет по небу.
Мы не знаем, кто его построил, но он датируется примерно между 3-м и 1-м веками до нашей эры и, возможно, даже было работой Архимеда. Технология зубчатого зацепления с изощренностью механизма Антикиферы не была замечена снова в течение тысячи лет.
К сожалению, подавляющее большинство этих работ было потеряно для истории, и наше научное пробуждение затянулось на тысячелетия. Как инструмент для введения научных измерений, методы Эратосфена относительно просты в исполнении и не требуют специального оборудования, позволяя тем, кто только начинает интересоваться наукой, понять, делая, экспериментируя и, в конечном счете, следуя по стопам некоторых первых ученых.
Можно только гадать, где бы сейчас находилась наша цивилизация, если бы эта древняя наука не ослабевала.