Астрономы Научной революции отвергли давние теории древних мыслителей, таких как Клавдий Птолемей и Аристотель, и вместо этого приступили к систематическому наблюдению за небесами, чтобы создать модель Вселенной, которая соответствовала бы наблюдаемым фактам, а не предвзятым теориям.
Такие астрономы, как Николай Коперник, Тихо Браге, Галилео Галилей, Иоганн Гевелий, Эдмонд Галлей, Кристиан Гюйгенс, Иоганн Кеплер и Исаак Ньютон, были полны решимости использовать наблюдения, научные инструменты и математику для согласования теорий, явлений и данных и расширения наших знаний об окружающем нас мире.
Аристотель и Птолемей против научного метода
Астрономия интересовала многих мыслителей древности, но два взгляда на Вселенную доминировали и продержались на протяжении всего средневековья. Это были модели, предложенные Аристотелем (384-322 до н.э.) и Птолемеем (ок. 100 — ок. 170). Модель Аристотеля предполагала, что планеты движутся равномерно через неопределенную среду невидимых сфер, всегда на фиксированных расстояниях от Земли, центральной точки. Птолемей предположил, что планеты движутся по своей собственной небольшой круговой орбите (эпицикл), в то же время следуя по большей орбите (отклоняющейся) вокруг фиксированной центральной точки, Земли (эквант). Идеальные круги отражали совершенство Творца, а положение Земли в самом центре всего этого отражало веру в важность человечества. Эти модели пережили античность и, казалось, железной хваткой удерживали умы средневековых астрономов. Проблема, однако, заключалась в том, что они оставили многие вопросы без ответа. Научная революция заключалась в том, чтобы подвергнуть сомнению вековые убеждения, подвергнуть их проверке наблюдаемыми явлениями и выразить эти результаты на новом международном языке математики. Затем результаты были представлены независимым мыслителям и тщательно изучены ими. Эта идея или что-то подобное впервые было предложено Фрэнсисом Бэконом (1561-1626).
Коперник сформулировал теорию о том, что Земля и другие планеты вращаются вокруг Солнца.
В новом научном методе астрономия опередила все другие области. Астрономы были в поиске новых, более удовлетворительных ответов на извечные загадки. Их больше не удовлетворяло «сохранение явлений», то есть простое измерение движений небесных тел, теперь они начали использовать свои точные научные инструменты, чтобы бросить вызов натурфилософам. Астрономы хотели доказать свои собственные модели того, как работает Вселенная.
Коперник указывает путь
Польский астроном Николай Коперник (1473-1543) знал о работах Аристотеля и Птолемея, а также более поздних персидских астрономов. Он был убежден, что никто не нашел правильного ответа для объяснения явлений, видимых на небе. Коперник сформулировал свою (не совсем новую) теорию о том, что Земля и другие планеты вращаются вокруг Солнца в гелиоцентрической системе, а не в геоцентрической системе Птолемея. Коперник также предположил, что Земля вращается вокруг своей собственной оси и обращается вокруг Солнца один раз в год. Он также предположил, что относительно небольшие изменения угла наклона земной оси с течением времени объясняют прецессию равноденствий – постепенное смещение созвездий на ночном небе с течением времени. Коперник отметил, что наблюдаемые планеты располагались в следующем порядке от Солнца: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер и Сатурн. Все эти радикальные идеи были представлены в О вращении небесных сфер (1543).
Гелиоцентрическая модель напрямую бросала вызов аристотелевской модели, доминировавшей в натурфилософии. Кроме того, модель Коперника противоречила традиционному представлению о центральном месте человечества во Вселенной, одобренному Католической церковью. Для Церкви человечество было центром, фактически, всей сутью Божьей Вселенной. Теории Коперника потребовалось некоторое время, чтобы завоевать сторонников, но в последней четверти XVI века астрономы приступили к установлению того, был ли Коперник прав. Также оставалось объяснить некоторые вещи, такие как гравитация (традиционно объясняемая тем, что Земля находится в центре Вселенной). К 1616 году модель Коперника стала более широко известна, и в результате его работа была осуждена церковными властями как еретическая. Революции была внесена в список запрещенных книг. Это не помешало астрономам изучать небо; действительно, большинство из них были христианами и вовсе не были заинтересованы в оспаривании христианской доктрины. Для многих получение правды о том, как устроена Вселенная, было дополнением к вере в божественного Создателя.
Звездные карты были необходимы для навигации – как для торговых судов, так и для военно-морского флота.
Тихо и систематическое наблюдение
Датский дворянин Тихо Браге (1546-1601) был в некотором роде провидцем, когда дело касалось астрономии, поскольку он построил свою собственную великолепную обсерваторию. Многие из его предшественников наблюдали только то, что им было необходимо наблюдать, чтобы поддержать свою конкретную теоретическую модель Вселенной. Тихо, напротив, приступил к созданию наиболее точных таблиц данных о небесах, которые когда-либо были составлены. После того, как он это сделает, он создаст теорию, которая наилучшим образом соответствует фактам. Тихо разработал свои собственные инструменты, в том числе новый астрономический секстант и гигантский квадрант для настенной росписи.
Тихо получил остров Хвен (Ven) от короля Дании и Норвегии Фридриха II (1559-1588), и здесь он построил свою обсерваторию в Ураниборге в 1576 году. Он был назван в честь Урании, греческой музы астрономии. Тихо уже открыл новую звезду 1572 года, сверхновую в созвездии Кассиопеи, и этого было достаточно, чтобы убедить Фредерика инвестировать в астрономию. Звездные карты были необходимы для навигации торговцев и военно-морских сил, а это означало, что правители начали финансово поддерживать астрономов.
Преданность делу Тихо привела к нескольким новым открытиям, в частности к эллиптической межпланетной орбите трех комет (1577, 1580 и 1585). Наблюдения Тихо за Солнцем доказали неточность юлианского календаря, что привело в 1582 году к созданию григорианского календаря. Тихо также завершил звездный каталог, в котором было указано более 800 звезд, первый новый каталог со времен Птолемея. В 1603 году каталог Тихо был включен в атлас звезд Иоганном Байером (1572-1625).
Вооруженный всеми этими данными, накопленными за десятилетия, Тихо сформировал свою теорию о движении планет, опубликованную в О более поздних явлениях эфирного мира (1588). Тихоническая система была компромиссом между геоцентрической моделью Птолемея и гелиоцентрической альтернативой Коперника. Тихо предположил, что Солнце и Луна вращаются вокруг Земли, в то время как другие планеты вращаются вокруг Солнца. Хотя эта теория была ошибочной, работа Тихо нанесла окончательный удар по модели Птолемея. Работа Тихо об изменяющейся сверхновой и эллиптических орбитах комет нанесла аналогичный ущерб модели Аристотеля. Очевидно, что Вселенная была далека от совершенства и вечной стабильности. Для некоторых историков это было истинным началом научной революции, когда неверные теории были опровергнуты наблюдением. Вера Тихо в то, что измерения должны проводиться постоянно для повышения точности, стала основополагающим принципом современной науки, и именно поэтому многие называют Тихо «истинным основателем новой астрономии» (Wootton, 456) и называют астрономию первой современной наукой. Далее требовался высокотехнологичный инструмент, и в телескопе астрономы нашли инструмент, который открыл им совершенно новые миры.
Телескоп Галилея
Телескоп, простая идея выпуклой и вогнутой линз на обоих концах трубы, произвел революцию в астрономии. Он позволил астрономам увидеть то, чего раньше не видел ни один человек. Хотя прибор был изобретен около 1608 года, возможно, Гансом Липперши (ок. 1570 — ок. 1619), фламандским изготовителем очков, именно итальянский астроном Галилео (1564-1642) усовершенствовал его. Телескоп Галилея, его occhiale («очковое стекло»), был длиной 60 см (24 дюйма) с поразительным увеличением в 33 раза.
Впервые можно было наблюдать поверхность Луны и нанести ее на карту. Было осознано, что на Луне есть долины и горы, такие же, как на Земле. Галилей обнаружил четыре спутника Юпитера (еще одно доказательство того, что не все небесные тела вращаются вокруг Земли или Солнца). Он изучал фазы Венеры и, следовательно, доказал, что Земля не может быть центром нашей галактики. Он наблюдал солнечные пятна на Солнце, что позволило предположить, что оно представляет собой вращающуюся сферу. Галилей опубликовал свои наблюдения в Звездный вестник (1610). Он стал таким же знаменитым, как Христофор Колумб (1451-1506), с которым Галилея часто сравнивали как первооткрывателя нового Космоса. Наука, и астрономия, в частности, стали новым рубежом человеческих знаний. Однако за это пришлось заплатить определенную цену.
Наблюдения Галилея привели его к публичной поддержке модели Коперника, что, следовательно, привело к тому, что он получил официальное порицание от католической церкви в 1616 году. Галилей настаивал на своих взглядах, которые снова появились в его Диалог о двух главных системах мира (1632). Это было слишком для Церкви, и в 1633 году Галилей был предан суду за ересь. Признанный виновным, Галилей был вынужден прекратить пропаганду теорий, поддерживающих Коперника, и до конца своей жизни оставаться под домашним арестом во Флоренции.
Вклад Галилея впечатляет, но, возможно, его величайшим наследием стало переосмысление того, чем на самом деле должен заниматься астроном. С незапамятных времен астрономы были математиками, которые скрупулезно создавали диаграммы и таблицы данных. Вместо этого Галилей сместил фокус астрономии на непосредственные наблюдения и открытия. В этом смысле «Галилей фундаментально изменил представление о том, чем была астрономия» (Бернс, 63). Для достижения этих целей требовались более совершенные телескопы, чтобы видеть дальше, поскольку оставался один тревожный факт. Галилей был убежден, что то, что мы можем увидеть в телескоп, — это всего лишь галактика, а не вся Вселенная. Весь горизонт интеллектуальных усилий человека сместился в сторону бесконечности.
Кеплер и эллиптические орбиты
Иоганн Кеплер (1571-1630) был официальным математиком Рудольфа II, императора Священной Римской империи (1576-1612) в Праге. Он унаследовал эту должность от Тихо, чьи данные позволили Кеплеру сформулировать свои знаменитые три закона движения планет в двух работах: Новая астрономия (1609) и Гармонии мира (1619). Здесь он продемонстрировал, что модель Вселенной Коперника была правильной, но с поправкой на то, что планеты двигались вокруг Солнца по эллиптическим, а не круговым орбитам. Он также заметил, что скорость каждой планеты различна и что Солнце ответственно за это изменение. Он был первым, кто использовал термин «спутник», который он применил к четырем спутникам Юпитера. Верующий в космическую гармонию, управляемую Богом, Кеплер был последним великим астрономом, который также практиковал астрологию. Кеплер помог всем астрономам, усовершенствовав телескоп с двумя выпуклыми линзами, который давал более четкое и увеличенное изображение, чем это было возможно ранее. Наконец-то у человечества появилась точная модель нашей галактики. Теперь пришло время более внимательно наблюдать за всем, что происходит внутри нее.
Гевелий, мастер точности
В 1641 году польский астроном Иоганн Гевелий (1611-1687) основал обсерваторию в Данциге (Гданьск), сам финансируя проект. Он назвал его Стеллабургом, где ему помогали его жена и такие будущие таланты, как Готфрид Кирш (1639-1710). Гевелиус был известен как «прусская рысь» (Vertesi, 213) за свои острые наблюдательные способности, и, как и Тихо, его деятельность привлекла инвестиции со стороны правителей, в данном случае польских королей и французского короля Людовика XIV (1643-1715), который стремился улучшить навигационные карты своего военно-морского флота.
Гевелиус сделал несколько важных открытий с помощью своего 150-футового (46-метрового) телескопа. Он наблюдал первую переменную звезду – ту, яркость которой меняется с течением времени, – которую Гевелиус назвал Мира. Он идентифицировал четыре новые кометы и наблюдал солнечные транзиты Меркурия и Венеры. Он обнаружил, что Луна колеблется, и создал подробную карту ее поверхности, опубликованную в Selenographia (1647). Гевелий оставался верен нетелескопическим инструментам, таким как секстант и квадрант, когда измерял долговременное движение небесных тел. И при этом он был удивительно точен. В 1679 году, когда английский астроном Эдмонд Галлей (1656-1742) посетил Стеллабург, он сравнил данные Гевелиуса с показаниями своего собственного телескопа и обнаружил, что они были удивительно точными. Труд всей жизни Гевелия был представлен в Prodromus Astronomiae (1690), всеобъемлющем иллюстрированном каталоге и небесном атласе, включающем более 1564 звезд.
Гевелий — хороший пример того, как международная астрономия стала коллективным делом. В 1664 году он стал членом Королевского общества в Лондоне. Он также переписывался с астрономами по всей Европе. Это была важная черта научной революции — вера в то, что данные можно было бы сделать более точными, если бы их собирали разные ученые в разных местах, а затем сравнивали, особенно при наблюдении одного и того же явления в одно и то же время. Данные и исследования подвергались независимой проверке. Ошибки были выявлены и затем исправлены, что еще больше повысило точность.
Открытия продолжают поступать
Голландец Кристиан Гюйгенс (1629-1695) изготовил первые работающие часы с маятником в 1657 году и таким образом значительно повысил точность отсчета времени (секунды по-прежнему терялись в день, но не минуты). Это было важно для астрономов, рассчитывающих движение небесных тел. Гюйгенс был первым, кто наблюдал кольца Сатурна около 1658 года и четко наблюдал Титан, один из спутников планеты. В 1686 году Гюйгенс сконструировал массивный воздушный телескоп, самый большой в мире. Обойдясь без трубки и сохранив только линзы, телескоп Гюйгенса имел фокусное расстояние 210 футов (67 м). Идеи Гюйгенса о воздушных телескопах, которые значительно увеличивали увеличение, были опубликованы в Astroscopia Compendiaria (1684). Кроме того, миниатюрные телескопы теперь устанавливались на существующие навигационные приборы, такие как quadrant. К этим телескопическим прицелам были добавлены микрометры для еще более точных измерений, особенно углов.
Итальянский астроном Джан Доменико Кассини (1625-1712) основал Парижскую обсерваторию, основанную в 1667 году. Он определил промежутки в кольцах Сатурна, называемые сегодня «делением Кассини», и более точно, чем когда-либо, рассчитал расстояние между Солнцем и Землей (87 миллионов миль). На другой стороне Ла-Манша Джон Флэмстид (1646-1719) основал Королевскую обсерваторию в Гринвиче в 1675 году. Обсерватории, использующие телескопы, возникли в самых неожиданных местах, таких как Королевство Сиам (Таиланд) в 1680-х годах и Джайпур в Индии в 1720-х годах. Все больше и больше ученых по всему миру смотрели в небо и делали это в спонсируемых государством обсерваториях.
Эдмонд Галлей основал обсерваторию на острове Святой Елены в Южной Атлантике в 1677 году. Частные компании проявляли все больший интерес к астрономии и более совершенным навигационным картам; деятельность Галлея частично финансировалась Ост-Индской компанией. С острова Святой Елены Галлей смог составить карту звезд Южного полушария, первую, основанную на наблюдениях, сделанных с помощью телескопа. Галлей обнаружил ускорение Луны и отметил движение звезд относительно друг друга (собственное движение). Наиболее известно, что Галлей идентифицировал комету 1682 года как ту же самую, которая проходила мимо в 1607 и 1531 годах. В 1705 году он точно предсказал ее возвращение в 1758 году. В 1729 году Галлея пригласили стать членом престижной Королевской академии наук Франции, что стало иллюстрацией растущей интернационализации астрономии. Однако, возможно, самым большим вкладом Галлея в астрономию было то, что он убедил коллегу опубликовать свои замечательные открытия, некоего Исаака Ньютона (1642-1727).
Ньютон и гравитация
Ньютон изобрел отражающий телескоп в 1668 году, устройство, в котором использовалось изогнутое зеркало для улучшения четкости видимого изображения и уменьшения размера телескопа. Ньютон открыл гравитацию, и это объяснило явления, которые озадачивали всех предыдущих астрономов; то, как планеты вращаются, поддерживают свои спутники-луны и движутся с разной скоростью в зависимости от их расстояния от Солнца, — все это зависело от этой таинственной силы. Ньютон объединил механическую философию и математику, создав три закона движения в Математических принципах естественной философии (1687):
1. тело, находящееся в покое или движущееся по прямой траектории, будет стремиться оставаться в этом состоянии,
2. изменение движения тела зависит от приложенной силы, и
3. каждое действие вызывает равную и противоположную реакцию. (Бернс, 218)
В этом также заключался его универсальный закон всемирного тяготения, универсальный потому, что он применим ко всему на Земле и в космосе:
Что между любыми двумя телами во Вселенной существует сила, прямо пропорциональная произведению масс двух тел и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними. (там же , 245)
Важно отметить, что эти законы позволили Ньютону сделать точные предсказания о воздействии гравитации. Это была новая наука, даже если некоторые неохотно признавали ее истинность, особенно философы-механики, которые не могли принять, что одно физическое тело может воздействовать на другое тело без физического соприкосновения двух. Гравитация оставалась загадкой, поскольку никто, даже Ньютон, не знал, откуда она взялась, почему существует и кто или что обеспечивает ее постоянство. Все еще оставалось место для дальнейших исследований и, что более важно для Ньютона, место для Бога в его новом видении Космоса. Идеи Ньютона в конечном счете были приняты более широким научным сообществом, и там развилось определенное движение, известное как ньютонианство, которое выдвигало идею о том, что научное знание должно быть представлено в виде ряда математических законов. Ньютонианство постепенно распространилось по Европе, став доминирующим подходом в университетах и среди интеллектуалов. Наука, ведущей дисциплиной которой была астрономия, в конце концов отделилась от философии, чтобы следовать своим собственным путем измерения, интерпретации и улучшения мира, в котором мы живем.
Наследие
Астрономы Научной революции затем изменили подход к своей области исследований и сделали множество открытий, которые полностью изменили наш взгляд на космос и на самих себя. Они не были забыты. Один из крупнейших кратеров на Луне назван в честь Коперника. Наблюдаемая Тихо сверхновая теперь носит его имя. Европейское космическое агентство посадило космический аппарат на Титан Сатурна в 2005 году; он был назван в честь Гюйгенса. Польский астрономический спутник, запущенный на орбиту в 2014 году, был назван в честь Гевелиуса. Комета Галлея, конечно же, проносится мимо каждые 75 лет или около того, и в следующий раз ее можно будет увидеть в 2061 году, напоминая о том, что Вселенная функционирует в масштабах, недоступных пониманию человечества.
https://worldhistory.org/article/2306/astronomy-in-the-scientific-revolution/
Загрузка...
