Хто першим визначив відстань до Місяця та обчислив розміри Сонця

Спільна астрономія. Про Геоцентричну та геліоцентричну систему світу.

Про Геоцентричну та геліоцентричну систему світу

Сонячна система- це насамперед Сонце і вісім великих планет, до яких належить і Земля. Крім великих планет із супутниками, навколо Сонця звертаються малі планети (астероїди), яких у даний час відомо понад 6000, і ще більше комет. Діаметр найбільших астероїдів вбирається у 1000 км, а ядра комет ще менше. Навколо Сонця рухаються також тіла розміром в десятки і сотні метрів, брили і каміння, безліч дрібних камінчиків і порошинок. Чим менші розміри цих частинок, тим більше. Міжпланетне середовище - це вкрай розріджений газ, стан якого визначається випромінюванням Сонця і потоками речовини, що розтікаються від нього. Рухом всіх великих і малих тіл Сонячної системи управляє Сонце, маса якого у 333 000 разів перевищує масу Землі та у 750 разів сумарну масу всіх планет.

Шлях до розуміння становища нашої планети і людства у Всесвіті, що живе на ній, був дуже непростим і часом дуже драматичним. У давнину було природним вважати, що Земля є нерухомою, плоскою і знаходиться у центрі світу. Здавалося, що взагалі весь світ створено заради людини. Подібні уявлення отримали назву антропоцентризму (від грец. Antropos - людина). Багато ідеї та думки, які надалі відбилися у сучасних наукових уявленнях про природу, зокрема в астрономії, зародилися у Стародавній Греції, ще за кілька століть до нашої ери. Важко перерахувати імена всіх мислителів та його геніальні припущення.Видатний математик Піфагор (VI ст. До н. Е..) Був переконаний, що «у світі керує число». Вважається, що саме Піфагор першим висловив думку про те, що Земля, як і всі інші небесні тіла, має кулясту форму і знаходиться у Всесвіті без жодної опори. Інший не менш відомий вчений давнини, Демокріт - основоположник уявлень про атоми, який жив за 400 років до нашої ери, - вважав, що Сонце в багато разів більше Землі, що Місяць сам не світиться, а лише відбиває сонячне світло, а Чумацький Шлях складається з величезної кількості зірок. Узагальнити всі знання, що були накопичені до IV ст. до зв. е., зміг видатний філософ античного світу Арістотель (384-322 до н. е.).

Його діяльність охоплювала всі природні науки - відомості про небо і Землю, про закономірності руху тіл, про тварин і рослин і т.д. буд. Головною заслугою Аристотеля як вченого-енциклопедиста було створення єдиної системи наукових знань. Протягом майже двох тисячоліть його думка з багатьох питань не піддавалася сумніву. Згідно з Аристотелем, все тяжке прагне до центру Всесвіту, де накопичується і утворює кулясту масу - Землю. Планети розміщені на особливих сферах, що обертаються навколо Землі. Така система світу отримала назву геоцентричної (від грецької назви Землі – Гея). Аристотель невипадково запропонував вважати Землю нерухомим центром світу. Якби Земля переміщалася, то, на справедливу думку Аристотеля, була б помітна регулярна зміна взаємного розташування зірок на небесній сфері. Але нічого подібного ніхто з астрономів не спостерігав. Лише на початку ХІХ ст. було нарешті виявлено і виміряно зміщення зірок (паралакс), що відбувається внаслідок руху Землі навколо Сонця.Багато узагальнення Аристотеля були засновані на таких висновках, які на той час не могли бути перевірені досвідом. Так він стверджував, що рух тіла не може відбуватися, якщо на нього не діє сила. Як ви знаєте з курсу фізики, ці уявлення були спростовані лише XVII в. за часів Галілея та Ньютона. Серед вчених давнини виділяється сміливістю своїх здогадів Аристарх Самоський, який жив у ІІІ ст. до зв. е.

Він першим визначив відстань до Місяця, обчислив розміри Сонця, яке, за його даними, виявилося в 300 разів більше Землі за обсягом. Ймовірно, ці дані стали однією з підстав для висновку, що Земля разом з іншими планетами рухається навколо цього найбільшого тіла. Нині Аристарха Самоського почали називати «Коперником античного світу». На жаль, праці цього чудового вченого до нас практично не дійшли, і понад півтори тисячі років людство було впевнене, що Земля – це нерухомий центр світу. Неабиякою мірою цьому сприяв математичний опис видимого руху світил, який розробив для геоцентричної системи світу один із видатних математиків давнини – Клавдій Птолемей у II ст. н.е. Найбільш складним завданням виявилося пояснення петлеподібного руху планет.

Птолемей у своєму знаменитому творі «Математичний трактат з астрономії» (воно відомо як «Альмагест») стверджував, кожна планета поступово рухається по эпициклу- малому колу, центр якого рухається навколо Землі по деференту - великому колу. Тим самим йому вдалося пояснити особливий характер руху планет, яким вони відрізнялися від Сонця та Місяця. Система Птолемея давала суто кінематичне опис руху планет - іншого наука на той час запропонувати не могла.Ви вже переконалися, що використання моделі небесної сфери при описі руху Сонця, Місяця та зірок дозволяє вести багато корисних для практичних цілей розрахунків, хоча реально такої сфери не існує. Те саме справедливо і щодо епіциклів та деферентів, на основі яких можна з певним ступенем точності розраховувати становище планет. Однак з часом вимоги до точності цих розрахунків постійно зростали, доводилося додавати нові епіцикли для кожної планети.

Все це ускладнювало систему Птолемея, роблячи її надмірно громіздкою та незручною для практичних розрахунків. Проте геоцентрична система залишалася непорушною ще близько 1000 років. Адже після розквіту античної культури в Європі настав тривалий період, протягом якого не було зроблено жодного суттєвого відкриття в астрономії та багатьох інших науках. Тільки в епоху Відродження починається піднесення у розвитку наук, у якому астрономія стає одним із лідерів. У 1543 р. була видана книга видатного польського вченого Миколи Коперника (1473-1543), в якій він обґрунтував нову – геліоцентричну – систему світу. Коперник показав, що добовий рух всіх світил можна пояснити обертанням Землі навколо осі, а петлеподібний рух планет - тим, що вони, включаючи Землю, обертаються навколо Сонця.

На малюнку показано рух Землі і Марса у період, коли, як здається, планета описує на небі петлю. Створення геліоцентричної системи ознаменувало новий етап у розвитку як астрономії, а й всього природознавства.Особливо важливу роль відіграла ідея Коперника про те, що за видимою картиною явищ, що відбуваються, яка здається нам істинною, треба шукати і знаходити недоступну для безпосереднього спостереження сутність цих явищ. Геліоцентрична система світу, обґрунтована, але не доведена Коперником, отримала своє підтвердження та розвиток у працях таких видатних учених, як Галілео Галілей та Йоганн Кеплер. Галілей (1564-1642), одним із перших направив телескоп на небо, витлумачив зроблені при цьому відкриття як аргументи на користь теорії Коперника. Відкривши зміну фаз Венери, він дійшов висновку, що така їхня послідовність може спостерігатися лише у разі її звернення навколо Сонця. Виявлені ним чотири супутники планети Юпітер також спростовували уявлення, що Земля є єдиним у світі центром, навколо якого може відбуватися обертання інших тіл. Галілей не тільки побачив гори на Місяці, але навіть виміряв їхню висоту. Поряд із кількома іншими вченими він також спостерігав плями на Сонці і помітив їхнє переміщення сонячним диском. На цій підставі він зробив висновок, що Сонце обертається і, отже, має такий рух, який Коперник приписував нашій планеті. Так було зроблено висновок у тому, що Сонце і Місяць мають певну подібність із Землею. Нарешті, спостерігаючи в Чумацькому Шляху і поза ним безліч слабких зірок, недоступних неозброєному оку, Галілей зробив висновок про те, що відстані до зірок різні і ніякої «сфери нерухомих зірок» не існує. Всі ці відкриття стали новим етапом у усвідомленні становища Землі у Всесвіті.

Авторство, джерело та публікація: 1. Підготовлено проектом 'Астрогалактика' 2. Публікація проекту 24.03.2007

Розвиток уявлень про будову Миру

Безкоштовна участь.Свідоцтво ЗМІ одразу.
Миттєві 10 документів у портфоліо.
Грошова премія.

Геоцентрична система світу

У давнину було природним вважати, що Земля є нерухомою, плоскою і знаходиться у центрі світу.

Здавалося, що взагалі весь світ створено заради людини.

Подібні уявлення отримали назву антропоцентризму (Від грец. Antropos - людина) .

Вважається, що Піфагор першим висловив думку про те, що Земля, як і всі інші небесні тіла, має кулясту форму і знаходиться у Всесвіті без жодної опори.

Завдяки тому, що Земля має форму кулі, щогли та вітрила судна з'являються через горизонт раніше, ніж корпус.

Відомий вчений давнини Демокріт вважав, що Сонце в багато разів більше Землі, що Місяць сам не світиться, а лише відбиває сонячне світло, а Чумацький Шлях складається з величезної кількості зірок.

Аристотель вважав, що все важке прагне центру Всесвіту, де накопичується і утворює кулясту масу - Землю. Планети розміщені на кришталевих сферах, що обертаються навколо Землі. Така система світу отримала назву геоцентричної (Від грецької назви Землі - Гея) .

Серед вчених давнини виділяється сміливістю своїх здогадів Аристарх Самоський, який жив у ІІІ ст. до зв. е.

Він першим визначив відстань до Місяця та її радіус, обчислив розміри Сонця, яке, за його даними, виявилося в 300 разів більше Землі за обсягом.

Нині Аристарха Самоського почали називати «Коперником античного світу».

Аристарх Самоський Схема, що пояснює визначення радіусу Місяця за методом (310-230 до н. Е..) Аристарха (візантійська копія X століття)

Клавдій Птолемей у своєму знаменитому творі "Математичний трактат з астрономії" стверджував, що кожна планета поступово

рухається епіциклом – малому колу, центр якого рухається навколо Землі по деференту – великому колу. Тим самим йому вдалося пояснити особливий характер руху планет, яким вони відрізнялися від Сонця та Місяця.

З часом вимоги до точності розрахунків становище планет постійно зростали, доводилося додавати дедалі нові епіцикли кожної планети. Усе це ускладнювало систему Птолемея, роблячи її

надмірно громіздкою та незручною для практичних розрахунків. Проте геоцентрична система залишалася непорушною ще близько 1000 років.

Геоцентрична модель Птолемея

Геліоцентрична система світу

1543 року видатний польський вчений Микола Коперник у роботі «Про звернення небесних сфер» обґрунтував геліоцентричну систему світу.

У центрі світу знаходиться Сонце. Навколо Землі рухається лише Місяць. Земля є третьою за віддаленістю від Сонця планетою. Вона обертається навколо Сонця та обертається навколо своєї осі. На дуже значній відстані від Сонця Коперник помістив «сферу нерухомих зірок».

Коперник показав, що добовий рух всіх світил можна пояснити обертанням Землі навколо осі, а петлеподібний рух планет – тим, що вони, включаючи Землю, обертаються навколо Сонця.

Геліоцентрична система світу, обґрунтована, але не доведена

Коперником, отримала своє підтвердження та розвиток у працях таких видатних вчених, як Галілео Галілей та Йоганн Кеплер.

Галілео Галілей Йоган Кеплер

Італійський фізик і астроном Галілео Галілей, який одним із перших направив телескоп на небо, зробив відкриття, що підтвердили вчення Коперника.

Телескопи Галілео Галілей Галілея (1564–1642)

Галілей не тільки побачив гори на Місяці, але навіть виміряв їхню висоту.

Галілей спостерігав плями на Сонці і помітив їхнє переміщення сонячним диском. На цій підставі він зробив висновок, що Сонце обертається і має такий рух, який Коперник приписував нашій планеті.

У 1633 р. Галілей постав перед судом інквізиції. Допити, загроза тортур зламали хворого вченого. Він зрікається своїх поглядів і приносить

Громадське покаяння. Його остаточно життя тримали під наглядом інквізиції.

Лише 1992 року папа Іван Павло II оголосив рішення суду інквізиції помилковим та реабілітував Галілея.

Галілей перед судом інквізиції

Німецький вчений Йоган Кеплер, розвинувши вчення Коперника, на основі багаторічних спостережень відкрив закони руху планет.

1. У чому відмінність системи Коперника від системи Птолемея?

2. Які висновки на користь геліоцентричної системи Коперника випливали з відкриттів, зроблених за допомогою телескопа?

2) Практичне завдання.

На перший погляд здається, що виправити атмосферне спотворення зображень під час спостережень за допомогою телескопа неможливо невідомо, яке було вихідне зображення і як його зіпсувала неоднорідна атмосфера. Але така оптична система існує і називається адаптивною оптикою. Розкрийте принципи, у яких базується система адаптивної оптики.

Як греки Землю вимірювали

Посаду про розрахунки відстані до Сонця підштовхнув до іншого тексту – про обчислення відстані до Місяця (оскільки ця цифра використовувалася Аристархом у розрахунках, постало питання, а звідки він її взяв). Але вже в коментарях до другого тексту прозвучало наступне питання – «А тепер можна про радіус Землі докладніше?»

Запитували – відповідаємо.Ну і щоб «два рази не вставати», почну навіть не з радіусу, а з того, як греки дійшли висновку, що Земля має форму кулі, а не диска чи скрині (як стверджував пізніше вчений візантієць Козьма Індікоплов).

Цим питанням перейнялися саме греки, у давніших цивілізаціях (Вавилон, Єгипет) небо вивчали, і досить ретельно, намагалися передбачити рух небесних тіл, а ось питанням форми Землі не морочилися.

Важко сказати, хто з греків першим озвучив ідею про те, що Земля – це куля, найпоширеніша версія, що Піфагор. Але найстаріший письмовий трактат із цим твердженням, що дійшов до нас («Про сферу, що рухається»), належить іншому математику – Автолику з Пітани, що народився років на двісті пізніше Піфагора. Щоправда, це взагалі найстаріший античний математичний трактат, що дійшов до нас. І вже у ньому Землю називають сферою. Але це було подано як певна даність, тобто. Автолик був не першим, хто озвучив цю ідею.

А потім його сучасник, великий Аристотель у трактаті «Про небо» докладно обґрунтував це твердження. Здебільшого пояснення були філософського характеру (сферична Земля – незнищенний центр космосу тощо). Але була й низка цілком конкретних доказів. Насамперед – результати спостережень за місячними затемненнями: у них завжди буває дугоподібна лінія, що обмежує. «Якщо Місяць затьмарюється тому, що його затуляє Земля, то причина такої форми - коло Землі, і Земля куляста», - робить висновок Аристотель.

Ще цікавіший висновок зробив він зі спостережень за зірками. Для початку філософ зазначив, що в Єгипті та в Македонії є помітні спостерігачеві відмінності у розташуванні зірок.І вивів: «З цього ясно не тільки те, що Земля круглої форми, а й те, що ця сфера невелика: інакше такі незначні переміщення не викликали б таких швидких змін».

Ну а далі, оскільки з формою Землі освічена частина греків визначилася, так само як і з тим, що розміри її не такі вже й великі, напрошувався наступний крок – виміряти Землю.
Перед тим як перейдемо до процесу та його результатів, зазначу один нюанс. Міріли греки, як я вже казав у стадіях, а нюанс у тому, що це зараз він кілометр і в Африці кілометр. А тоді системи СІ не було. Кожен стадій становить 100 пар кроків чи 600 ступнів, але кроки і ступні у різних системах заходів могли дещо відрізнятися: було кілька варіантів стадій, від 172 до 185 метрів (а ще вавілонський варіант стадія, але він нам тут не цікавий). Часто доводиться гадати, якою стадією користувався той чи інший автор. Тому коли ми переводимо результати у звичні кілометри, то, звичайно, ризикуємо помилятися. Але – не більше 6-7%. Для астрономії чимало, для історії питання – толерантно.

Тепер саме про те, як греки Землю вимірювали. Відомі два дослідження, зроблені з цією метою. Перше здійснив Ератосфен у III столітті до нашої ери, друге – Посідоній сто з невеликим років по тому. В обох випадках греки застосували подібний підхід, різниця була в деталях. Сенс його в наступному: і Сонце, і зірки доступні одночасному спостереженню в різних місцях на Землі, але оскільки відстань до них явно набагато більше розмірів самої Землі, всі промені світла, що приходять від них до нас ми можемо вважати паралельними.

Ератосфен виміряв висоту Сонця над горизонтом опівдні літнього сонцестояння в Олександрії та Сієні (Асуані).Чому там? А ще до нього стародавні єгиптяни помітили, що під час літнього сонцестояння Сонце висвітлює дно глибоких колодязів у Сієні (нині Асуан), а в Олександрії – ні. Будь Земля плоскою, міркував Ератосфен, цього було б (ми пам'ятаємо – промені паралельні), але кругла, тобто. викривлена. А Сієна та Олександрія знаходяться на одному меридіані (вважав він) на відстані 5000 стадій один від одного. Отже, стіни в Олександрії нахилені під деяким кутом по відношенню до стін у Сієні, тому опівдні сонцестояння вони продовжують відкидати певну тінь.

Ератосфен виміряв тінь від одного олександрійського обеліска, знаючи також його висоту, він «збудував трикутник з обеліска та його тіні» і обчислив, що кут відхилення обеліска від сонячного променя становить трохи більше 7 градусів. Це означало, що Олександрія відстоїть земним колом від Сієни на 7 градусів. Такий кут – 1/50 частина кола та одночасно згадані 5000 стадій. Значить загальна довжина кола 250 000 стадій, уклав Ератосфен. А розраховувати радіус, знаючи довжину кола, греки вміли.

Сьогодні ми знаємо, що розрахунки Ератосфена мали низку серйозних похибок: Олександрія та Сієна розташовані не на одному меридіані, тому різниця між їхніми паралелями менша, сама ця відстань теж була виміряна приблизно, за словами караванників, та й кути цих міст у напрямку до сонячних променів він виміряв з помилкою. І все ж, йому вдалося отримати результат дуже близький до сучасних даних (6371 км). Правда, залежно від того, якими стадіями він вважав, якщо грецькими, то так, його відповідь - 6 916 км, а якщо стадіями єгипетських фараонів (справа була в Єгипті і відстань могла бути вказана в них), то його відповідь - 8 397 км - набагато більше реального.

Втім, Посидоній наплутав ще більше. Але він і вважав не за тіні від Сонця, а за розташуванням зірки Канопус на небі Олександрії та грецького острова Родос, які поділяли ті самі 5000 стадій. Але ці точки теж лежали не на одному меридіані, плюс морські відстані греки вимірювали зі значно меншою точністю. У результаті, за його розрахунками, Земля вийшла чи не на третину менше, ніж у Ератосфена.

Так, греки помилялися в розрахунках, але головне вони зробили – вигадали метод, як можна виміряти розмір Землі, не залишаючи її поверхні. Далі справа була за вдосконаленням географічних даних та вимірювальних приладів. Ну а греки не зупинилися і придумали як розрахувати відстань до Місяця та Сонця.