Система Птолемея. Астроном Клавдий Птолемей
Система Птолемея — это геоцентрическая система мира, согласно которой центральное место во Вселенной занимает планета Земля, которая остается неподвижной. Уже вокруг нее собираются Луна, Солнце, все звезды и планеты. Впервые была сформулирована в Древней Греции. Она стала основой для античной и средневековой космологии и астрономии. Альтернативной позже стала гелиоцентрическая система мира, которая стала основой для нынешних космологических моделей Вселенной.
Появление геоцентризма
Система Птолемея на протяжении многих веков считалась основополагающей для всех ученых. Центром мироздания Землю считали с древнейших времен. Предполагалось, что существует центральная ось Вселенной, а от падения Землю удерживает некая опора.
Древние люди считали, что ею является некое мифическое гигантское существо, например слон, черепаха или несколько китов. Фалес Милетский, считавшийся отцом философии, предполагал, что такой естественной опорой может быть сам мировой океан. Некоторые предполагали, что у Земли, находящейся в центре космоса, отсутствует необходимость двигаться в каком-либо из направлений, она просто покоится в самом центре Вселенной без какой-либо опоры.
Система мира
Клавдий Птолемей стремился дать собственное объяснение для всех видимых движений планет и других небесных тел. Основная проблема была связана тем, что все наблюдения осуществлялись в то время исключительно с поверхности Земли, из-за этого невозможно было достоверно установить, находится ли наша планета в движении или нет.
В связи с этим у астрономов древности существовало две теории. По одной из них Земля находится в центре Вселенной и остается неподвижной. Преимущественно теория была основана на личных впечатлениях и наблюдениях. А по второй версии, которая опиралась исключительно на умозрительные заключения, Земля вращается вокруг собственной оси и движется вокруг Солнца, которое и является центром всего мира. Однако этот факт явно противоречил существовавшим мнениям и религиозным взглядам. Именно поэтому вторая точка зрения не получала математического обоснования, на протяжении многих веков в астрономии было утверждено мнение о неподвижности Земли.
Труды астронома
В книге Птолемея под названием «Великое построение» были обобщены и изложены основные представления древних астрономов о строении Вселенной. Большое распространение получил арабский перевод этого сочинения. Он известен под названием «Альмагест». Птолемей основывал свою теорию на четырех главных допущениях.
Земля располагается непосредственно в центре Вселенной и неподвижна, все небесные тела движутся вокруг нее по окружностям с постоянной скоростью, то есть равномерно.
Систему Птолемея принято называть геоцентрической. В упрощенном виде ее описывают следующим образом: планеты движутся по кругам с равномерной скоростью. В общем центре всего находится неподвижная Земля. Луна и Солнце вращаются вокруг Земли без эпициклов, но по деферентам, которые лежат внутри сферы, а на поверхности остаются «неподвижные» звезды.
Суточное движение любого из светил объяснялось Клавдием Птолемеем вращением всей Вселенной вокруг неподвижной Земли.
Движение планет
Интересно, что для каждой из планет ученый подобрал размеры радиусов деферента и эпицикла, а также скорости их движения. Это удавалось сделать только при соблюдении некоторых условий. Например, Птолемей принял как данность, что центры всех эпициклов нижних планет располагаются на определенном направлении от Солнца, а у верхних планет в этом же направлении радиусы эпициклов параллельны.
В результате направление на Солнце в системе Птолемея становилось преимущественным. Также делался вывод, что периоды обращения соответствующих планет равны тем же звездным периодам. Все это в теории Птолемея означало, что система мира включает в себя важнейшие особенности действительных и реальных движений планет. Раскрыть их в полной мере удалось намного позже другому гениальному астроному — Копернику.
Одним из важных вопросов в рамках этой теории была необходимость рассчитать расстояние, сколько от Земли до Луны километров. Сейчас уже достоверно установлено, что оно составляет 384 400 километров.
Заслуга Птолемея
Главная заслуга Птолемея заключалась в том, что ему удалось дать полноценное и исчерпывающее объяснение видимым движениям планет, а также позволило вычислить их место положения на будущее с точностью, которая соответствовала бы наблюдениям, проводимым невооруженным глазом. В результате, хоть сама теория и была в корне неверна, серьезных возражений она не вызывала, а любые попытки противоречить ей тут же жестко пресекались христианской церковью.
Со временем были обнаружены серьезные разногласия между теорией и наблюдениями, которые возникали по мере повышения точности. Окончательно устранить их удалось, только значительно усложнив оптическую систему. К примеру, определенные неправильности видимого движения планет, которые были открыты в результате позднейших наблюдений, объяснялись тем фактом, что вокруг центра первого эпицикла обращается уже не сама планета, а так называемый центр второго эпицикла. А вот уже по его окружности и движется небесное тело.
В случае, если и такое построение оказывалось недостаточным, вводили дополнительные эпициклы, пока положение планеты на окружности не соотносилось с данными наблюдений. В результате в начале XVI столетия система, разработанная Птолемеем, оказалась настолько сложной, что не соответствовала требованиям, которые предъявлялись к астрономическим наблюдениям на практике. В первую очередь это касалось мореплавания. Потребовались новые методы вычисления движения планет, которые должны были стать проще. Их разработал Николай Коперник, заложивший основу новой астрономии, на которой основывается и современная наука.
Представления Аристотеля
Также была популярна геоцентрическая система мира Аристотеля. Она заключалась в постулате, что Земля является тяжелым телом для Вселенной.
Как показывала практика, все тяжелые тела падают отвесно, так как находятся в движении к центру мира. Земля при этом сама располагалась в центре. На этом основании Аристотель опровергал орбитальное движение планеты, приходя к выводу, что оно приводит к параллактическому смещению звезд. Он же стремился рассчитать, сколько от Земли до Луны, сумев добиться только приблизительных вычислений.
Биография Птолемея
Птолемей родился около 100 года нашей эры. Основными источниками сведений о биографии ученого являются его собственные сочинения, которые современным исследователям удалось выстроить в хронологическом порядке за счет перекрестных ссылок.
Отрывочные сведения о его судьбе также можно почерпнуть из работ византийских авторов. Но нужно отметить, что это ненадежная информация, не заслуживающая доверия. Считается, что своей широкой и разносторонней эрудицией он обязан активному использования томов, хранившихся в Александрийской библиотеке.
Труды ученого
Основные труды Птолемея связаны с астрономией, но также он оставил след и в других научных областях. В частности, в математике вывел теорему и неравенство Птолемея, основываясь на теории о произведении диагоналей четырехугольника, вписанного в круг.
Пять книг составляют его трактат, посвященный оптике. В нем он описывает природу зрения, рассматривает всевозможные аспекты восприятия, описывает свойства зеркал и законы отражений, рассуждает о законах преломления света. Впервые в мировой науке дается подробное и достаточно точное описание атмосферной рефракции.
Многие знают Птолемея как талантливого географа. В восьми книгах он подробно излагает знания, присущие человеку античного мира. Именно он заложил основы картографии и математической географии. Им опубликованы координаты восьми тысяч пунктов, располагавшихся от Египта до Скандинавии и от Индокитая до Атлантического океана.
Источник
Система мира Птолемея
Объяснение видимых движений планет и других небесных тел осложняется тем, что все эти движения наблюдаются нами с Земли, а ничто в наблюдениях небесных или земных явлений не указывает прямо и определенно на то, движется ли сама Земля или она неподвижна. Поэтому у древних астрономов были две точки зрения на этот вопрос:
- Согласно одной из них, основанной да непосредственных впечатлениях, Земля неподвижна и находится в центре мира (Вселенной).
- Согласно второй, основанной тогда лишь на чисто умозрительных заключениях, Земля вращается вокруг своей оси и движется вокруг Солнца как центра мира.
Но допущение движения Земли слишком противоречило обычным впечатлениям и религиозным взглядам. Поэтому вторая точка зрения не могла получить подробного математического развития, и на долгое время в астрономии утвердилось мнение о неподвижности Земли.
Кто такой Птолемей?
Клавдий Птолемей – знаменитый александрийский астроном, математик и географ II века нашей эры, один из крупнейших ученых древности. В течении целого тысячелетия в области астрономии с Птолемеем никто не мог сравниться. Не сохранилось каких-либо упоминаний о его жизни и деятельности у историков этого периода. Также остались неизвестны даже примерные даты рождения и смерти Птолемея, также как и какие-либо факты его биографии.
Но благодаря своим трудам он остался в истории. К большой удаче современных историков, практически все его основные сочинения сохранились.
Собрание астрономических знаний древней Греции и Вавилона Птолемей изложил в своем труде «Великое построение», больше известном под названием «Альмагест» (до европейцев его труд донесли арабы, так звучит в переводе с греческого «мэгистос» — величайший) – труд из 13 книг.
В «Альмагест» изложена геоцентрическая система мира, согласно которой Земля находится в центре мироздания, а все небесные тела обращаются вокруг нее.
Геоцентрическая система мира Птолемея
В основе своей модели Птолемей использовал математические расчеты, сделанные Евдоксом Книдским, Гиппархом, Аполлонием Пергским и самим Птолемеем. Свои положения Птолемей подтверждал опытами. Других мнений и взглядов он не признавал.
Ключевые положения, на которых строится система Птолемея
- Небосвод представляет собой вращающуюся сферу.
- Земля является шаром, помещённым в центре мира.
- Земля может считаться точкой по сравнению с расстоянием до сферы неподвижных звёзд.
- Земля неподвижна.
Птолемей в своей работе отразил основные принципы движения светил, а также методы и расчеты, которыми пользовался для анализа процессов, происходящих в космосе (в границах, известных на то время).
Принцип движения светил
Каждая планета, согласно Птолемею, равномерно движется по кругу (эпициклу), центр которого движется по другому кругу (деференту). Это позволяет объяснить видимую неравномерность движения планет и в некоторой степени изменение их яркости.
Геоцентрическая система мира
Сама планета в системе Птолемея равномерно движется по эпициклу. С целью описать вновь открываемые неравномерности в движениях планет и Луны были введены новые дополнительные эпициклы — вторые, третьи и т.д. Планета располагалась на последнем. Теория Птолемея позволяла предвычислять сложные петлеобразные движения планет (их ускорения и замедления, стояния и попятные движения). На основе сформированных Птолемеем астрономических таблиц расположение планет можно было рассчитать с весьма высокой по тем временам точностью ( имелась погрешность менее 10′).
Кроме того, в рамках геоцентризма было необъяснимо, почему базовый период обращения по первому эпициклу для верхних планет был в точности равен году и почему Меркурий и Венера никогда не отходят далеко от Солнца, вращаясь вокруг Земли синхронно с ним.
Движение планеты по деференту у Птолемея представлялось равномерным не по отношению к центру деферента, а по отношению к особой точке, симметричной с центром Земли относительно центра деферента.
Таким образом, из основных свойств планетных движений, концепция которых была определена Птолемеем, можно выделить несколько очень важных закономерностей:
- Условия для передвижения верхних и нижних от Солнца планет значительно различаются.
- Характерную роль для движения как тех, так и других планет представляет Солнце.
Звездный каталог
Птолемей дополнил звездный каталог Гиппарха; число звёзд в нем увеличено до 1022. Положения звёзд из каталога Гиппарха Птолемей, по-видимому, скорректировал, приняв для прецессии (прецессия — явление, при котором момент импульса тела меняет своё направление в пространстве под действием момента внешней силы) неточное значение 1˚ в столетие (правильное значение
Астрономические инструменты Птолемея
Здесь же описаны астрономические инструменты, которыми пользовался Птолемей:
- армиллярная сфера (астролабон) — инструмент для определения эклиптических координат небесных тел;
- трикветрум для измерения угловых расстояний на небе;
- диоптр для измерения угловых диаметров Солнца и Луны;
- квадрант и меридианный круг для измерения высоты светил над горизонтом, и равноденственное кольцо для наблюдения времени равноденствий
Закат геоцентрического мировозрения
Система Птолемея не только объясняла видимые движения планет, но и позволяла вычислять их положения на будущее время с точностью, удовлетворявшей несовершенным наблюдениям невооруженным глазом. Поэтому, хотя и неверная в своей основе, она сначала не вызывала серьезных возражений, а впоследствии открытые возражения против нее жестоко подавлялись христианской церковью.
К началу XVI в. система Птолемея была настолько сложна, что не могла уже удовлетворить тем требованиям, которые предъявлялись к астрономии практической жизнью, в первую очередь мореплаванием.
По данным опроса, проведённого в 2011 году Всероссийским центром изучения общественного мнения (ВЦИОМ), 32 % россиян полагают, что Солнце вращается вокруг Земли!
В ходе научной революции XVII века геоцентризм постепенно был оставлен учёными; постепенно утвердилась гелиоцентрическая система мира.
Геоцентрическая и гелиоцентрическая системы мира
Основными событиями, приведшими к отказу от геоцентрической системы, были создание гелиоцентрической теории планетных движений Коперником, телескопические открытия Галилея и других астрономов, открытие законов Кеплера и, главное, создание классической механики и открытие закона всемирного тяготения Ньютоном.
Интересно! По данным опроса, проведённого в 2011 году Всероссийским центром изучения общественного мнения (ВЦИОМ), 32 % россиян полагают, что Солнце вращается вокруг Земли!
Видео
Источник