Геоцентрическая система мира

Геоцентрическая система мира (от др.-греч. Γῆ, Γαῖα — Земля) — представление об устройстве мироздания, согласно которому центральное положение во Вселенной занимает неподвижная Земля, вокруг которой вращаются Солнце, Луна, планеты и звёзды. Альтернативой геоцентризму является гелиоцентрическая система мира.
Развитие геоцентризма
С древнейших времён Земля считалась центром мироздания. При этом предполагалось наличие центральной оси Вселенной и асимметрия «верх-низ». Землю от падения удерживала какая-то опора, в качестве которой в ранних цивилизациях мыслилось какое-то гигантское мифическое животное или животные (черепахи, слоны, киты). Первый древнегреческий философ Фалес Милетский в качестве этой опоры видел естественный объект — мировой океан. Анаксимандр Милетский предположил, что Вселенная является центрально-симметричной и в ней отсутствует какое-либо выделенное направление. Поэтому у находящейся в центре Космоса Земле отсутствует основание двигаться в каком-либо направлении, то есть она свободно покоится в центре Вселенной без опоры. Ученик Анаксимандра Анаксимен не последовал за учителем, полагая, что Земля удерживается от падения сжатым воздухом. Такого же мнения придерживался и Анаксагор. Точку зрения Анаксимандра разделяли, однако, пифагорейцы, Парменид и Птолемей. Не ясна позиция Демокрита: согласно разным свидетельствам, он последовал Анаксимандру или Анаксимену.

Одно из самых ранних дошедших до нас изображений геоцентрической системы (Макробий, Комментарий на Сон Сципиона, рукопись IX века)
Анаксимандр считал Землю имеющей форму низкого цилиндра с высотой в три раза меньше диаметра основания. Анаксимен, Анаксагор, Левкипп считали Землю плоской, наподобие крышки стола. Принципиально новый шаг сделал Пифагор, который предположил, что Земля имеет форму шара. В этом ему последовали не только пифагорейцы, но также Парменид, Платон, Аристотель. Так возникла каноническая форма геоцентрической системы, впоследствии активно разрабатываемая древнегреческими астрономами: шарообразная Земля находится в центре сферической Вселенной; видимое суточное движение небесных светил является отражением вращения Космоса вокруг мировой оси.

Средневековое изображение геоцентрической системы (из Космографии Петра Апиана, 1540 г.)
Что касается порядка следования светил, то Анаксимандр считал звёзды расположенными ближе всего к Земле, далее следовали Луна и Солнце. Анаксимен впервые предположил, что звёзды являются самыми далёкими от Земли объектами, закреплёнными на внешней оболочке Космоса. В этом ему следовали все последующие учёные (за исключением Эмпедокла, поддержавшего Анаксимандра). Возникло мнение (впервые, вероятно, у Анаксимена или пифагорейцев), что чем больше период обращения светила по небесной сфере, тем оно выше. Таким образом, порядок расположения светил оказывался таким: Луна, Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн, звёзды. Сюда не включены Меркурий и Венера, потому что у греков были разногласия на их счёт: Аристотель и Платон помещали их сразу за Солнцем, Птолемей — между Луной и Солнцем. Аристотель считал, что выше сферы неподвижных звёзд нет ничего, даже пространства, в то время как стоики считали, что наш мир погружен в бесконечное пустое пространство; атомисты вслед за Демокритом полагали, что за нашим миром (ограниченным сферой неподвижных звёзд) находятся другие миры. Это мнение поддерживали эпикурейцы, его ярко изложил Лукреций в поэме «О природе вещей».

«Фигура небесных тел» — иллюстрация геоцентрической системы мира Птолемея, сделанная португальским картографом Бартоломеу Велью в 1568 году.
Хранится в Национальной библиотеке Франции.
Обоснование геоцентризма
Древнегреческие учёные по-разному, однако, обосновывали центральное положение и неподвижность Земли. Анаксимандр, как уже указывалось, в качестве причины указывал сферическую симметрию Космоса. Его не поддерживал Аристотель, выдвигая контрдовод, приписанный впоследствии Буридану: в таком случае человек, находящийся в центре комнаты, в которой у стен находится еда, должен умереть с голоду (см. Буриданов осёл). Сам Аристотель обосновывал геоцентризм следующим образом: Земля является тяжёлым телом, а естественным местом для тяжёлых тел является центр Вселенной; как показывает опыт, все тяжёлые тела падают отвесно, а поскольку они движутся к центру мира, Земля находится в центре. Кроме того, орбитальное движение Земли (которое предполагал пифагореец Филолай) Аристотель отвергал на том основании, что оно должно приводить к параллактическому смещению звёзд, которое не наблюдается.

Рисунок геоцентрической системы мира из Исландского манускрипта, датированного примерно 1750 годом
Ряд авторов приводит и другие эмпирические доводы. Плиний Старший в своей энциклопедии «Естественная история» обосновывает центральное положение Земли равенством дня и ночи во время равноденствий и тем, что во время равноденствия восход и заход наблюдается на одной и той же линии, а восход солнца в день летнего солнцестояния находится на той же линии, что и заход в день зимнего солнцестояния. С астрономической точки зрения, все эти доводы, конечно, являются недоразумением. Немногим лучше и доводы, приводимые Клеомедом в учебнике «Лекции по астрономии», где он обосновывает центральность Земли от противного. По его мнению, если бы Земля находилась к востоку от центра Вселенной, то тени на рассвете были бы короче, чем на закате, небесные тела при восходе казались бы больше, чем при заходе, а продолжительность с рассвета до полудня была бы меньше, чем от полудня до заката. Поскольку всего этого не наблюдается, Земля не может быть смещена к западу от центра мира. Аналогично доказывается, что Земля не может быть смещена к западу. Далее, если бы Земля располагалась севернее или южнее центра, тени на восходе Солнца простирались бы в северном или южном направлении, соответственно. Более того, на рассвете в дни равноденствий тени направлены точно в направлении захода Солнца в эти дни, а на восходе в день летнего солнцестояния тени указывают на точку захода Солнца в день зимнего солнцестояния. Это также указывает на то, что Земля не смещена к северу или югу от центра. Если бы Земля была выше центра, то можно было бы наблюдать меньше половины небосвода, в том числе менее шести знаков зодиака; как следствие, ночь всегда была бы длиннее дня. Аналогично доказывается, что Земля не может быть расположена ниже центра мира. Таким образом, она может находиться только в центре. Примерно такие же доводы в пользу центральности Земли приводит и Птолемей в Альмагесте, книга I. Разумеется, доводы Клеомеда и Птолемея доказывают только, что Вселенная гораздо больше Земли, и поэтому также являются несостоятельными.

Страницы из SACROBOSCO "Tractatus de Sphaera" с системой Птолемея - 1550 год
Птолемей пытается также обосновать и неподвижность Земли (Альмагест, книга I). Во-первых, если бы Земля смещалась от центра, то наблюдались бы только что описанные эффекты, а раз их нет, Земля всегда находится в центре. Другим доводом является вертикальность траекторий падающих тел. Отсутствие осевого вращения Земли Птолемей обосновывает следующим образом: если бы Земля вращалась, то «...все предметы, не опирающиеся на Землю, должны казаться совершающими такое же движение в обратном направлении; ни облака, ни другие летающие или парящие объекты никогда не будут видимы движущимися на восток, поскольку движение Земли к востоку будет всегда отбрасывать их, так что эти объекты будут казаться движущимися на запад, в обратном направлении». Несостоятельность этого довода стала ясна только после открытия основ механики.
Объяснение астрономических явлений с позиций геоцентризма
Наибольшей трудностью для древнегреческой астрономии являлось неравномерность движения небесных светил (особенно попятные движения планет), поскольку в пифагорейско-платоновской традиции (которой в значительной степени следовал и Аристотель), они считались божествами, которым надлежит совершать только равномерные движения. Для преодоления этой трудности создавались модели, в которых сложные видимые движения планет объяснялись как результат сложений нескольких равномерных движений по окружностям. Конкретным воплощением этого принципа являлись поддержанная Аристотелем теория гомоцентрических сфер Евдокса-Каллиппа и теория эпициклов Аполлония Пергского, Гиппарха и Птолемея. Впрочем, последний был вынужден частично отказаться от принципа равномерных движений, введя модель экванта.
Отказ от геоцентризма
В ходе научной революции XVII века выяснилось, геоцентризм несовместим с астрономическими фактами и противоречит физической теории; постепенно утвердилась гелиоцентрическая система мира. Основными событиями, приведшими к отказу от геоцентрической системы, были создание гелиоцентрической теории планетных движений Коперником, телескопические открытия Галилея, открытие законов Кеплера и, главное, создание классической механики и открытие закона всемирного тяготения Ньютоном.
Геоцентризм и религия
Уже одна из первых идей, оппозиционных геоцентризму (гелиоцентрическая гипотеза Аристарха Самосского) привела к реакции со стороны представителей религиозной философии: стоик Клеанф призвал привлечь Аристарха к суду за то, что он двигает с места «Очаг мира», имея в виду Землю; неизвестно, впрочем, увенчались ли старания Клеанфа успехом. В Средневековье, поскольку христианская церковь учила, что весь мир создан Богом ради человека (см. Антропоцентризм), геоцентризм также успешно адаптировался к христианству. Этому способствовало также буквальное прочтение Библии. Научная революция XVII веке сопровождалась попытками административного запрета гелиоцентрической системы, что привело, в частности, к судебному процессу над сторонником и пропагандистом гелиоцентризма Галилео Галилеем. В настоящее время геоцентризм как религиозная вера встречается среди некоторых консервативных протестантских групп в США.
Список литературы
Source: http://ru.wikipedia.org/

Тема . Эволюция представлений о системе мира: от геоцентрических систем мира древнегреческих философов до гелиоцентрической системы Коперника.

Цели урока . На примере создания системы мира показать учащимся:

1) путь научного познания: факты - гипотеза - факты - новая гипотеза -… -теория;

2) относительность истины;

3) возможность интерпретации одних и тех же явлений в различных системах отсчета;

Основные понятия . Геоцентрическая система мира, гелиоцентрическая система мира.

Демонстрационный материал . Иллюстрации. Модели.

Самостоятельная деятельность учащихся. Выполнение поисковых заданий, создание презентаций, систематизация материала в форме таблицы.

Мировоззренческий аспект урока. Развивать навыки логического мышления учащихся и научного подхода к изучению мира. Анализ накопления знаний по астрономии происходило со времен древних цивилизаций. Модели Вселенной.

Время, мин

Приемы и методы

1. Подготовка доклада, презентации

Иллюстрации, модели

Выполнение поисковых заданий

2. Вступительное слово учителя

Беседа с учащимися

3. Выступление учащихся

Иллюстрации, модели

Выступления учащихся

4. Сравнение геоцентрической и гелиоцентрической теорий. Рефлексия

5. Задание на дом

Подготовка к уроку.

Выбор учащимися темы доклада. Подготовка устного сообщения, презентации для иллюстрации доклада и газеты формата А5.

Литература

Эрик Роджерс «Физика для любознательных», т. 2, М.: «Мир», 1970. , «Планета Земля. Развитие идей и представлений» учебное пособие . М.: Интерпакс, 1994.

Темы сообщений

Вселенная по представлениям Фалеса. Система мира Пифагора. Система мира Филолая. Система мира Евдоксия. Система мира Аристотеля. Система мира Аристарха. Система мира Гиппарха. Система мира Птолемея. Система мира Коперника.

Конспект урока.

Накопление знаний по астрономии происходило со времен древних цивилизаций от простой регистрации тех или иных фактов до систематических наблюдений. Из этих фактов возникали легенды, поучавшие детей или успокаивавшие простой народ. В этих легендах Солнце считалось божеством, планете Венера поклонялись, рассказывалось об «обители блаженства», находящейся над хрустальным сводом звезд. Но сами легенды не были лишь суеверными мифами. Это были предвестники научной теории, их связь с фактами была слабой, скорее фантастической, однако они создавали основу для «объяснения» этих фактов. Когда зародилась греческая цивилизация, ее мыслители основали в науке новые методы: они стали искать общие схемы объяснения, которые взывали бы к человеческой любознательности. Они уже не довольствовались простыми мифами, удовлетворявшими любопытство толпы. Они ставили себе задачу «предвосхитить явление», т. е. создать такую схему, которая могла бы объяснить факты. Это было гораздо важнее простого собрания фактов или создания описания каждого нового факта отдельной теории. Это был интеллектуальный прогресс, начало создания научной теории.

Первые греческие ученые нарисовали простую картину устройства Вселенной, но по мере накопления данных они усложняли схемы, чтобы объяснить детали тех или иных явлений: сначала простые факты о Земле, затем более детальные схемы, объясняющие движение небосвода в целом, а также Солнца, Луны и планет в отдельности.

На каждой стадии ученые пытались на основе немногих простых допущений или общих принципов создать возможно более логичное и полное «объяснение» или описание наблюдаемого явления. Такое объяснение должно было способствовать систематизации накопленных фактов и получению дальнейших предсказаний. Но, прежде всего оно должно было укреплять веру в существование системы, объединяющей различные явления, в разумное устройство природы. Хотя поиски схемы иногда диктовались практической необходимостью, например необходимостью создания календаря, удовлетворение, получаемое учеными от четкого объяснения разнообразных явлений, далеко выходило за эти рамки. Вынуждаемые необходимостью задавать вопрос почему, греческие философы искали и создавали научные теории. Хотя наши современные стремления проверять все с помощью эксперимента и богатство научного оборудования привели к огромным изменениям в наших представлениях, мы по-прежнему разделяем восторг греков перед теорией, которая «предвосхищает явления». Посмотрим, как создавались их теории.

Задание учащимся. Слушая выступления одноклассников, заполните следующие графы таблицы:

2) факты, которые не укладывались в предшествующую модель строения вселенной и объясняла (или пыталась объяснить) данная система мира;

3) схема и краткое описание модели мира.

600 г. до н. э.	Суточное движение звезд, годовое и суточное движение Солнца и Луны	Земля - плоский диск, звезды прикреплены к вращающейся сфере, плоскость эклиптики наклонена относительно траектории звезд (рис. 1 и рис.2)
530 г. до н. э.	Перемещение планет, Солнца и Луны на фоне звезд с различными скоростями.	Земля - шар окружена концентрическими прозрачными сферами, на каждой из которых находится небесные тела: ближайшее к Земле - Луна, затем Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн. Внешняя сфера содержала звезды и совершала полный оборот за сутки, остальные вращались медленнее. Общий принцип - «сферы» - это «совершенные» формы, а равномерные вращения - «совершенные» движения. (рис. 3, 4)
	Солнце, Луна, Венера, Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн медленно движутся среди звезд с запада на восток. Звезды же движутся с востока на запад.	Центр Вселенной - не Земля, а центральный огонь - «сторожевая башня богов»; Земля вращается вокруг этого огня, совершая за сутки полный оборот по малой орбите, причем ее обитаемая часть всегда обращена в противоположную сторону от этого центрального огня. Это движение Земли объясняло ежедневное движение звезд на небе: внешняя хрустальная сфера при этом могла покоиться. (Рис. 5)
Евдоксий 370 г. до н. э.	Планета не движется неравномерно по петлеобразной траектории. Солнце и Луна, движутся по своим годовым и месячным траекториям с переменными скоростями.	Система состоит из 27 концентрических сфер, подобно шелухе луковицы. Каждой планете соответствовало несколько сфер, расположенных одна внутри другой и вращающихся вокруг различных осей: по три сферы для Солнца и Луны, по четыре для каждой планеты и одна внешняя сфера для всех звезд. Каждая сфера закреплена на оси, которая проходит через отверстие в следующей сфере, и расположена вне, причем оси вращения имеют различные направления. Комбинированные движения с надлежащим образом выбранными направлениями вращения соответствуют наблюдениям. (Рис. 6, 7)
Аристотель 340 г. до н. э.	Система мира Евдоксия не согласовывалась с более точными наблюдениями движения планет	Увеличение числа сфер до 55. Систематизировал знания и привел доказательства шарообразности Земли.
Аристарх 240 г. до н. э.	Сложность системы Аристотеля привела к попытке упрощения схемы	1) Земля вращается, и этим вращением объясняется суточное движение звезд; 2) Земля движется вокруг Солнца, совершая полный оборот по орбите в течение года; другие планеты движутся подобным же образом - это объясняет видимые движения Солнца и планет относительно звезд.
140 г. до н. э.	Неравномерное движение Солнца и Луны, петлеобразное движение планет	Планета движется равномерно по окружности (эпициклу), центр которой равномерно движется по другой окружности (деференту), центром которой уже является Земля (Рис. 8, 9)
Птолемей 120 г. до н. э.	Определил точные положения планет, Солнца и Луны по отношению к неподвижным звездам	Звездное небо - это сфера, вращающаяся вокруг неподвижной оси и совершающая полный оборот за 24 часа. Солнце движется вокруг Земли согласно эпициклической схеме Гиппарха; Луна движется по более сложной эпициклоиде. Чтобы объяснить движение планет, Птолемей создал схему эпициклов, в которой Земля находится не в центре главного круга, а была бы несколько сдвинута относительно него, т. е. расположена эксцентрично. Но и этого оказалось недостаточно, и Птолемей построил схему, в которой не только расположил Землю эксцентрично, но и сдвинул центр равномерного вращения в противоположную сторону. (Рис. 10) Это была сложная система главных и вспомогательных кругов с различными радиусами, скоростями, наклонами и эксцентриситетами различной величины и направлений. Эта система, работающая подобно сложному передаточному механизму, позволяла из года в год точно предсказывать положения планет и определять эти положения в прошлом. Подобно хорошей системе механизмов, она была основана на простых принципах: круги с постоянными радиусами, вращение с постоянной скоростью.
Коперник	Движения всех планет тем или иным образом согласовывались с движением Солнца, например, периоды обращения Венеры и Меркурия по деферентам и периоды обращения Марса, Юпитера и Сатурна по эпициклам в точности равнялись одному году - периоду обращения Солнца вокруг Земли.	Все планеты движутся по орбитам вокруг неподвижного Солнца, Земля обходит Солнце за год, вращаясь при этом вокруг оси и совершая полный оборот за 24 часа. «Неподвижные звезды» и Солнце покоятся в небе. Сложное движение планеты по эпициклоиде складывается из собственного движения планеты по кругу и движения Земли вокруг Солнца. Для устранения расхождений между рассчитанными и наблюдаемыми движениями планет на небе Коперник вынужден был вводить эпициклы.

Наблюдаемые на земном небе движения планет одинаково хорошо могли быть описаны в рамках каждой из моделей Вселенной: и Птолемея и Коперника. Рассмотрим это подробнее на примере движения внутренних планет.

1 В гелиоцентрической модели (рис 11), соответствующей реальной картине, Венера совершает оборот вокруг Солнца за 225 дней, а Земля за год. Так как Венера движется вокруг Солнца быстрее Земли, взаимное положение этих трех тел все время меняется. Существует несколько характерных конфигураций: соединения (нижнее и верхнее), когда все три тела находятся на одной линии, и элонгации (западная и восточная), когда угол с Земли на Солнце и на Венеру максимален, и достигает 48°. Идентичные конфигурации (например, нижнее соединение), повторяются для Венеры каждые 584 суток.

https://pandia.ru/text/80/111/images/image012_4.jpg" width="539" height="172">

Рис. 11. Гелиоцентрическая модель: период обращения Венеры вокруг Солнца - 225 дней; Земли вокруг Солнца - 1 год.

Рис. 12 Геоцентрическая система мира Птолемея: период обращения Венеры по деференту - 1 год; по эпициклу - 584 дня; период обращения Солнца вокруг Земли - 1 год

б) Движение Венеры в модели Птолемея (рис. 12) представим как результат движения по эпициклу, совпадающему с орбитой Венеры вокруг Солнца, и движения по деференту, совпадающему с орбитой Солнца вокруг Земли. Если оставить без изменения орбиту Солнца, но пропорционально уменьшить и деферент, и эпицикл Венеры, то тем самым мы перейдем к Птолемеевой модели. Земной наблюдатель этой подмены не заметит, так как направление на Венеру и на Солнце будет таким же, как и в гелиоцентрической.

Таким образом, и модель Птолемея и модель Коперника, были полностью взаимозаменяемы в геометрическом отношении, поэтому попытки доказать преимущества одной из них заведомо обречены на провал. Истину нужно было искать в неувязках моделей с реальной картиной движения планет, причина которых на самом деле заключалась в том, что планеты имеют не круговые, а эллиптические орбиты. Это удалось понять Иоганну Кеплеру.

Первоначально Кеплер сосредоточил почти все свои усилия на изучении движения Марса. Он начинал свои исследования как убежденный коперниканец, но для согласования имевшихся высокоточных астрономических данных с этой моделью, в нее приходилось вводить все новые и новые эпициклы. Модель Коперника, в конечном счете, стала почти такой же громоздкой, как и модель Птолемея, а расчетное движение Марса по небу все равно не совсем точно соответствовало наблюдаемому.

После долгих лет упорной работы Иоганн Кеплер нашел решение этой проблемы - он отверг идею о движении небесных тел по окружностям и постулировал, что Марс и другие планеты (в том числе и Земля) обращаются вокруг Солнца по эллиптическим орбитам. Это была настоящая научная революция: одним ударом отвергалась не только идея совершенных круговых орбит, но и модель Вселенной с неподвижной Землей в центре! Кеплеру удалось удивительно точно описать движения планет на небе и сформулировать три закона движения небесных тел, снискавших ему спустя десятилетия имя «законодателя неба». Современную гелиоцентрическую систему обычно называют системой Коперника, хотя правильнее было бы назвать ее системой Кеплера.

Выводы Кеплера столь кардинально расходились с традиционным мировоззрением, что некоторое время просто игнорировались. Но примерно в те же годы происходит еще одно событие в итальянском городе Пиза известный физик и механик Галилео Галилей (1564-1642) воспользовался недавно изобретенной «зрительной трубой» для изучения звездного неба. Конечно, не он первый смотрел в телескопическую трубу на звезды, но он был первым, кто сумел увидеть фазы Венеры, характер смены которых никак нельзя было объяснить в рамках античной геоцентрической модели.

В геоцентрической модели Клавдия Птолемея Венера всегда находится между Землей и Солнцем, и поэтому обращена к Земле своей затененной стороной. В этой модели с Земли должен был бы наблюдаться только узкий серп Венеры. В модели Птолемея Венера ни в каком из своих положений не могла бы наблюдаться в виде полумесяца и более полных фаз.

https://pandia.ru/text/80/111/images/image015_3.jpg" width="400" height="300">

Модель «Вращение Венеры»

Вопросы учащимся

1. Все утверждения за исключением одного характеризуют геоцентрическую систему мира. Укажите исключение.

А) Земля находится в центре мира или около него.

Б) Планеты движутся вокруг Земли.

В) Суточное движение Солнца происходит вокруг Земли.

Г) Луна движется вокруг Солнца.

Е) Суточное движение звезд происходит вокруг Земли.

2. По мнению древних астрономов, планеты отличаются от звезд тем, что

А) движутся по круговым орбитам;

Б) непохожи на Землю по своему составу;

В) движутся иногда в направлении противоположном движению звезд;

Г) движутся вокруг Солнца;

Д) находятся ближе к Земле, чем Солнце.

3. Какие из наблюдаемых явлений могут быть объяснены в рамках геоцентрической теории? 1) Ежедневный восход Солнца на востоке и заход на западе.

2) Вращение звездного неба вокруг полюса мира.

3) Происходящие иногда солнечные затмения.

А) 1 и 2.

Б) 2 и 3.

В) 1 и 3.

Г) все.

Д) ни одно.

4. Гелиоцентрическая система мира объясняет петлеобразное движение планет:

А) различием скоростей движения Земли и планеты по орбитам;

Б) суточным вращением Земли;

В) сочетанием движения Солнца по эклиптике и движения планет вокруг Солнца;

Г) изменением скорости движения планеты по орбите;

Д) взаимным притяжением планет.

5. Без какого из следующих утверждений не мыслима гелиоцентрическая теория?

А) Планеты обращаются вокруг Солнца.

Б) Солнце имеет шарообразную форму.

В) Земля имеет шарообразную форму.

Г) Планеты обращаются вокруг Земли.

Д) Земля вращается вокруг своей оси.

6. Укажите, какой из следующих фактов опровергает гипотезу о неподвижности Земли и движении Солнца вокруг нее:

А) ежедневная кульминация Солнца.

Б) движение звезд, наблюдаемое в течение ночи.

В) движение Солнца на фоне звезд, происходящее в течение года.

Г) ежедневный восход и заход Солнца.

Д) ни один из этих фактов.

Ответы на вопросы

Задания 1-6 взяты из книги, «Дидактический материал по астрономии». М., Просвещение, 1979

ВВЕДЕНИЕ

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. Главный труд Птолемея – “Альмагест” –до начала XVII века был основным учебником астрономии.

В “Альмагесте” Птолемей обширно применяет результаты наблюдений своего великого предшественника Гиппарха (II век до н. э.). Гиппарх следил и наблюдал за небесными телами и стремился обнаружить закономерности движения планет, так как они представляли для астрономов того времени большую загадку. Планеты во время своего движения по небу как будто описывали петли. Данная трудность связана с движением самой Земли. Когда Земля как будто "догоняет" другую планету, то на первый взгляд может показаться, что планета как бы приостанавливается, а затем движется назад. Однако древние астрономы думали, что планеты на самом деле совершают такие сложные перемещения вокруг Земли и отталкиваясь от этого строили свои теории.

Глава I. Геоцентрическая система мира Птолемея

1.1.Развитие геоцентризма

С древних времён Земля считалась центром мироздания. При этом предполагалось существование центральной оси Вселенной и асимметрия «верх-низ». Землю от падения спасала какая-то опора. В ранних цивилизациях в качестве опоры выступало огромное мифическое животное или животные (слоны, киты, черепахи). Первый древнегреческий мыслитель и философ Фалес Милетский в качестве данной опоры представлял естественный объект - мировой океан. Анаксимандр Милетский допустил мысль, о том, что Вселенная является центрально-симметричной и она не имеет какой-либо определенной направленности. По этой причине, у находящейся в центре Космоса Земле отсутствует основание двигаться в каком-либо направлении, то есть она, непосредственно, свободно покоится в центре Вселенной без опоры. Ученик Анаксимандра Анаксимен не согласился с теорией своего учителя, полагая, что сжатый воздух удерживает Землю от падения. Этой точки зрения придерживался и Анаксагор. Позицию Анаксимандра разделяли, однако, пифагорейцы, Парменид и Птолемей. Не была понятна позиция Демокрита: согласно разным свидетельствам, он последовал Анаксимандру или Анаксимену.

Анаксимандр предполагал, что Земля имеет форму низкого цилиндра с высотой в три раза меньше диаметра основания. Анаксимен, Анаксагор, Левкипп предполагали, что Земля-плоская, нечто вроде крышки стола. Совершенно новый шаг сделал Пифагор, который допустил, что Земля имеет форму шара. В данном предположении за ним последовали не только пифагорейцы, но и Платон, Парменид, Аристотель. Так появилась каноническая форма геоцентрической системы, которая впоследствии разрабатывалась древнегреческими астрономами: шарообразная Земля-в центре сферической Вселенной; видимое суточное движение небесных светил-это отражение вращения Космоса вокруг мировой оси.

Анаксимандр полагал, что звёзды находятся ближе всего к Земле, затем располагались Луна и Солнце. Анаксимен первый высказал предположение, что звёзды – это самые далёкие от Земли объектами, которые закреплены на внешней оболочке Космоса. В этом ему следовали все последующие учёные (Исключение: Эмпедокла; он придерживался теории Анаксимандра). Появилось суждение (впервые, скорее всего, у Анаксимена или пифагорейцев), что чем больше период обращения светила по небесной сфере, тем оно выше и, следовательно, находится дальше. Таким образом, порядок расположения светил оказался следующим: Луна, Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн и, затем, звёзды. В данный список не включены Меркурий и Венера, так как у греков возникли споры на их счёт: Аристотель и Платон помещали их сразу за Солнцем, Птолемей - между Луной и Солнцем. Аристотель полагал, что выше сферы неподвижных звёзд нет ничего, в том числе пространства, в то время как стоики считали, что наш мир погружен в бесконечное пустое пространство; следуя суждениям Демокрита предполагали, что за нашим миром (который ограничен сферой неподвижных звёзд) есть и другие миры. Это мнение поддерживали эпикурейцы,а также его ярко изложил Лукреций в поэме «О природе вещей».

1.2.Обоснование геоцентризма

Древнегреческие учёные имели разные мнения, обосновывая центральное расположение и неподвижность Земли. Анаксимандр в качестве причины указывал сферическую симметрию Космоса. Его не поддержал Аристотель, который выдвинул контрдовод: в таком случае человек, располагающийся в центре комнаты, у стен которой находится еда, должен умереть с голоду. Этот довод позже был приписан Буридану. Сам Аристотель, непосредственно, обосновывал геоцентризм следующим образом: Земля - это тяжёлое тело, а естественным местом для тяжёлых тел является центр Вселенной; и, как показывает опыт, все тяжёлые тела падают отвесно, а так как они движутся к центру мира, Земля находится в центре. Помимо этого, орбитальное движение Земли (это предполагал пифагореец Филолай) Аристотель отрицал на том основании, что оно должно вести к параллактическому смещению звёзд, которое не наблюдается.

Несколько авторов приводит и прочие эмпирические доводы. Плиний Старший в своей энциклопедии «Естественная история» аргументирует центральное расположение Земли равенством дня и ночи во время равноденствий, а также тем, что в период равноденствия восход и заход можно наблюдать на одной и той же линии, а восход солнца в день летнего солнцестояния располагается на той же линии, что и заход в день зимнего солнцестояния. С точки зрения астрономии, эти аргументы и доводы, естественно, являются заблуждением. Не лучше и аргументы, которые приводил Клеомедом в учебнике «Лекции по астрономии». Он объясняет центральность Земли от противного. Он считал, что если бы Земля располагалась к востоку от центра Вселенной, то тени на рассвете были бы короче, чем на закате, небесные тела при восходе казались бы больше, чем при заходе, а продолжительность с рассвета до полудня была бы меньше, чем от полудня до заката. Но так как этого всего нет, то можно сделать вывод, что Земля не может быть смещена к западу от центра мира. По аналогии доказывается, что Земля не может быть смещена к западу. Далее, если бы Земля располагалась севернее или южнее центра, тени на восходе Солнца были бы, соответственно, в северном или южном направлении. Кроме этого, на рассвете в дни равноденствий тени имели бы направление точно в направлении захода Солнца в эти дни, а на восходе в день летнего солнцестояния тени указывали бы на точку захода Солнца в день зимнего солнцестояния. Это также поясняет то, что Земля не смещена к северу или югу от центра. В случае, если бы Земля располагалась выше центра, то можно было бы наблюдать меньше половины небосвода, в том числе менее шести знаков зодиака; что привело бы к тому, ночь всегда была бы длиннее дня. По аналогии: Земля не может находится ниже центра мира. Из всего вышесказанного, можно сделать вывод, что она может располагаться только в центре. Приблизительно подобные аргументы в пользу центральности Земли высказывал и Птолемей в Альмагесте, книга I.Безусловно, доводы Клеомеда и Птолемея подтверждают только лишь то, что Вселенная несравненно гораздо большего размера, нежели Земля, и по этой причине также являются неосновательными.

1.3.Геоцентрическая система мира Птолемея

Птолемей, делая акцент и основываясь на достижения Гиппарха, исследовал движимые небесные светила. Он внес существенный вклад в дополнение и уточнение концепции передвижения Луны, а также усовершенствовал теорию затмений. Однако, действительно великим научным подвигом ученого было формирование им математической теории видимого движения планет. Эта теория опиралась на следующие принципы:

· Шарообразность Земли;

· Огромная удаленность от сферы звезд;

· Равномерность и круговой характер движений небесных тел;

· Неподвижность Земли;

· Центральное положение Земли во Вселенной.

Теория Птолемея сочетала концепции эпициклов и эксцентриков. Он делал предположение в пользу того, что вокруг неподвижной Земли располагается окружность (деферент) с центром, несколько смещенным относительно центра Земли (эксцентрик).Согласно деференту, движется центр меньшей окружности - эпицикл - с угловой скоростью, неизменной по отношению к собственному центру деферента и не к самой Земле, а к точке, которая располагается симметрично центру деферента относительно земли (эквант). 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").

Из основных свойств планетных движений, концепция которых была определена Пто­лемеем, можно выделить несколько очень важных закономерностей:

1. Усло­вия для передвижения верхних и нижних от Солнца планет значительно различаются.

2. Характерную роль для движения как тех, так и других планет представляет Солнце.

Этапы обращения планет либо по деферен­там (у нижних планет), либо по эпициклам (у верхних) будут равны периоду обращения Солнца, то есть длинной в год. Направленность деферентов нижних пла­нет и эпициклов верхних находится в связи с плоскостью эклиптики. Тщатель­ное исследование этих свойств планетных движений подвело бы Птолемея к простому заключению, который заключался бы в следующем: Солнце, а не Земля - это центр планетной систе­мы. Этот вывод задолго до Птолемея выдвинул Аристарх Самосский. Он доказывал, что Земля в несколько раз меньше Солнца. Без сомнения понятно, что меньшее тело движется вокруг большего, а никак не наоборот. Хотя масштабы других планет прямым путем Птолемей оп­ределить не имел возможности, тем не менее было понятно, что все они гораздо меньше Солнца.

Система Птолемея не только разъясняла видимые движения планет, но также и сделала вероятной возможность вычислять их положения на будущее время с точностью, которая вполне удовлетворяла несовершенным исследованиям невооруженным глазом. Именно поэтому, хотя и неправильная в основе, система сначала не побуждала серьезных противоречий, а позже открытые возражения наперекор ей жестоко подавлялись христианской церковью.

Расхождения этой концепции с наблюдениями, которые появлялись по мере повышения точности наблюдений, исключались путем усложнения системы. К примеру, некоторые неточности в видимых движениях планет, раскрытые последующими наблюдениями, разъяснялись тем, что вокруг центра первого эпицикла обращается не планета, а центр второго эпицикла, по окружности которого движется уже планета. Когда и в подобном построении для какой-либо планеты появлялись неточности, то вводили третий, четвертый и т.д. эпициклы, до тех пор пока положение планеты на окружности последнего из них не давало более или менее приемлемого согласия с наблюдениями и исследованиями.

К началу XVI в. система Птолемея была до такой степени трудна, что не имела возможности больше удовлетворить тем условиям и требованиям, которые предъявлялись к астрономии практической жизнью, а в первую очередь мореплаванием. Необходимы были более простые способы для вычисления расположения планет. И благодаря творению гениального польского ученого Николая Коперника, который в последствии развил и заложил базу астрономии, такие методы были созданы и без них не могла бы появится и развиваться современная астрономия.

Молчанова М. (9 класс «Б»)

Сравнение геоцентрической и гелиоцентрической систем

Современная наука давно установила, что все объекты во Вселенной находятся в движении относительно друг друга. Однако раньше, когда в распоряжении астрономов не было техники, позволяющих это установить наверняка, относительно движения небесных тел существовали разные, порой противоречивые мнения. Вплоть до эпохи Возрождения господствовала т.н. геоцентрическая (Гео по-гречески означает «Земля») картина мира, согласно которой центральное положение во Вселенной занимает неподвижная Земля, вокруг которой вращаются Солнце, Луна, планеты и звёзды.

С древнейших времён Земля считалась центром мироздания. При этом предполагалось наличие центральной оси Вселенной и асимметрия «верх-низ». Землю от падения удерживала некая опора, в качестве которой в ранних цивилизациях мыслилось какое-то гигантское мифическое животное или животные (черепахи, слоны, киты). «Отец философии» Фалес Милетский в качестве этой опоры видел естественный объект - мировой океан. Анаксимандр Милетский предположил, что Вселенная является центрально-симметричной и в ней отсутствует какое-либо выделенное направление. Поэтому у находящейся в центре Космоса Земли отсутствует основание двигаться в каком-либо направлении, то есть она свободно покоится в центре Вселенной без опоры. Ученик Анаксимандра Анаксимен не последовал за учителем, полагая, что Земля удерживается от падения сжатым воздухом. Такого же мнения придерживался и Анаксагор. Анаксимандр считал Землю имеющей форму низкого цилиндра с высотой в три раза меньше диаметра основания. Анаксимен, Анаксагор, Левкипп считали Землю плоской, наподобие крышки стола. Принципиально новый шаг сделал Пифагор, который предположил, что Земля имеет форму шара. В этом ему последовали не только пифагорейцы, но также Парменид, Платон и Аристотель. Так возникла каноническая форма геоцентрической системы, впоследствии активно разрабатываемая древнегреческими астрономами: шарообразная Земля находится в центре сферической Вселенной; видимое суточное движение небесных светил является отражением вращения Космоса вокруг мировой оси. Что касается порядка следования светил, то Анаксимандр считал звёзды расположенными ближе всего к Земле, далее следовали Луна и Солнце. Анаксимен впервые предположил, что звёзды являются самыми далёкими от Земли объектами, закреплёнными на внешней оболочке Космоса. Аристотель считал, что выше сферы неподвижных звёзд нет ничего, даже пространства, в то время как стоики утверждали, что наш мир погружен в бесконечное пустое пространство; атомисты вслед за Демокритом полагали, что за нашим миром (ограниченным сферой неподвижных звёзд) находятся другие миры.

Главным «творцом» геоцентризма считается древнеримский астроном Клавдий Птолемей (ок. 87-165 гг.). В своём основном труде «Великое построение», также известном под арабизированным названием «Альмагест», он изложил собрание астрономических знаний древних Греции и Вавилона.

В ходе научной революции XVII-XVIII вв. выяснилось, что геоцентризм несовместим с астрономическими фактами и противоречит физической теории; постепенно утвердилась гелиоцентрическая система мира. Основными событиями, приведшими к отказу от геоцентрической системы, были создание гелиоцентрической теории планетных движений Коперником, телескопические открытия Галилея, открытие законов Кеплера и, главное, создание классической механики и открытие закона всемирного тяготения Ньютоном. Это был важный шаг на пути постижения человечеством истинной картины мироздания.

Гелиоцентрическая система мира - представление о том, что Солнце является центральным небесным телом, вокруг которого обращается Земля и другие планеты. Ее идея возникла в античности, но получила широкое распространение лишь с конца эпохи Возрождения. В этой системе Земля предполагается обращающейся вокруг Солнца за один звёздный год и вокруг своей оси за одни звёздные сутки. Следствием второго движения является видимое вращение небесной сферы, первого - перемещение Солнца среди звёзд по эклиптике (большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение Солнца). При этом Солнце считается неподвижным относительно звёзд.

Идея движения Земли возникла в эпоху античности в среде представителей пифагорейской школы. В Средние века гелиоцентрическая система мира была практически забыта. В это время господствовала тенденция буквального прочтения библейских текстов, согласно которой среди прочих небесных тел именно Земля является главным божьим творением и поэтому находится в центре мироздания, а все прочие – вращаются вокруг нее. Эта мировоззрение поддерживалось видимой картиной: непосредственно с поверхности планеты ее движение незаметно, тогда как Солнце, Луна, звезды, подобно облакам, «движутся» по небосводу.

В начале Эпохи Возрождения подвижность Земли утверждал Николай Кузанский, но его рассуждение было сугубо философским, не связанным с объяснением конкретных астрономических явлений. Достаточно неясно на эту тему высказывался и Леонардо да Винчи. В 1450 г. появился латинский перевод «Псаммита» Архимеда, где упоминается гелиоцентрическая система Аристарха Самосского. С этим произведением был хорошо знаком ведущий европейский астроном Ренессанса Региомонтан. В частной переписке он отметил, что «движение звёзд должно претерпевать крохотные изменения за счёт движения Земли». Однако в своих опубликованных трудах Региомонтан оставался геоцентристом. Движение Земли упоминались и на рубеже XV и XVI вв. В 1499 г. эту гипотезу обсуждал итальянский профессор Франческо Капуано, причём имелось в виду не только вращательное, но и поступательное движение Земли (без конкретизации центра движения). В 1501 г. итальянский гуманист Джорджо Валла упоминал о пифагорейской доктрине о движении Земли вокруг Центрального огня и утверждал, что Меркурий и Венера обращаются вокруг Солнца.

Окончательно гелиоцентризм возродился только в XVI в., когда польский астроном Николай Коперник (1473-1543) разработал теорию движения планет вокруг Солнца на основании пифагорейского принципа равномерных круговых движений. Результаты своих трудов он обнародовал в книге «О вращениях небесных сфер», изданной в 1543 г. Коперник полагал, что Земля совершает троякое движение: 1. Вращение вокруг оси с периодом в одни сутки, следствием чего является суточное вращение небесной сферы; 2. Движение вокруг Солнца с периодом в год, приводящее к попятным движениям планет; 3. Так называемое деклинационное движение с периодом также примерно в один год, приводящее к тому, что ось Земли перемещается приближенно параллельно самой себе. Впоследствии идеи Копрника поддержали и развили другие великие ученые Джордано Бруно, Иоганн Кеплер, Галилео Галилей, Рене Декарт. Однако со стороны консервативно настроенных (прежде всего церковных) кругов гелиоцентризм испытывал серьезный прессинг. Ученые, поддерживавшие новые тенденции в астрономии, подвергались репрессиям. В частности Джордано Бруно погиб на костре, а престарелый Галилей был судим церковным судом и лишь притворным отречением от своих убеждений спас себе жизнь. Противниками гелиоцентризма также были и протестантская и православная церкви.

Духовенство Русской православной церкви выступало с критикой гелиоцентрической системы мира вплоть до начала XXв. До 1815 г.cодобрения цензуры издавалось школьное пособие, в котором гелиоцентрическая система называлась «ложной системой философической» и «возмутительным мнением». Уральский епископ Арсений в письме от 21 марта 1908 г. советовал учителям при ознакомлении учеников с системой Коперника не придавать ей «безусловной справедливости», а преподавать её «как баснь какую». Последним произведением, в котором критиковалась гелиоцентрическая система, стала вышедшая в 1914 г. книга священника Иова Немцева. Он утверждал, что «круг земли неподвижен, а солнце ходит», а свои утверждения оправдывал с помощью цитат из Библии.

Однако и в наши дни древним заблуждениям подвержены малограмотные люди. По данным опроса, проведённого в 2011 г. Всероссийским центром изучения общественного мнения (ВЦИОМ) 32% россиян согласны с тем, что Солнце вращается вокруг Земли.

Между тем надо помнить, что и гелиоцентрическая система мира не является истиной в полной мере. Ведь и Солнце не является центром мироздания. Оно всего лишь одна из многих миллиардов звезд нашей галактики, видимой с земли как бы в профиль (т.н. «Млечный путь»), и тоже движется по своей огромной орбите. Наша же галактика одна из многочисленных галактик во Вселенной, определение границ которой не входит в задачу данного сообщения.

При подготовке данного сообщения использовались: Еремеева А. И., Цицин Ф. А. История астрономии. М.: Изд-во МГУ, 1989; а также данные Интернета.

Геоцентрическая система мира была разработана тысячи лет назад греческими философами и являлась принятой в течение столетий. Геоцентрический фактически означает в центре. Эта модель также называется Птолемеевой системой мира в честь греческого ученого и философа Клавдия Птолемея, невзирая на то что теория существовала за годы до него. Геоцентрическая система мира размещает Землю с , и , кружащими вокруг нее.

Которая означает, что Солнце находится в центре, постепенно заменила . Эта новая система размещает Солнце в центре Солнечной Системы с Землей и всеми другими планетами, вращающимися по орбитам вокруг него. Эта теория реконструировала все, потому что она полностью изменила столетия установившегося мнения. Хотя идея гелиоцентрической системы мира появилась еще в 200 году до н.э., она не получила популярности до 16-го века.

Единственная причина, почему геоцентрическая система мира оставалась популярной так много лет, из-за того, что она объясняла многие наблюдения, проводимые древними греками. Например, геоцентрическая система мира объясняла, почему объекты падают в направлении Земли - - а также почему , кажется, остается на одном и том же расстоянии от Земли, основываясь на ее неизменной яркости. Поскольку астрономы видели проблемы с геоцентрической теорией, они изменили ее для того, чтобы объяснить эти расхождения. Еще одна причина, почему эта модель оставалась популярной так долго, - потому что она развивалась вместе с политикой Римской Католической Церкви.

Поскольку совершенствовались, на поверхность всплыло больше проблем, стоящих перед геоцентрической системой мира. В 16-м веке астроном Николай Коперник, основываясь на работах древних ученых, опубликовал свою гелиоцентрическую теорию в книге "О вращении небесных сфер". В своей книге он сделал некоторые радикальные изменения, такие как утверждение, что звезды не вращаются по орбитам вокруг Земли, и объявление, что - это то, что заставляет ее выглядеть так, как если бы звезды находились на орбитах вокруг Земли.

Ирония в том, что после всех споров над этими различными теориями, ни одна не была обязательно правильной. Теория относительности Эйнштейна опрокидывает обе модели. Новое доказательство также показало, что центр гравитации Солнечной Системы не находится точно в центре Солнца. Это означает, что любая модель приемлема, независимо от фундаментальных различий между теориями. Астрономы используют как гелиоцентрическую, так и геоцентрическую модели для исследования зависимости от того, какая теория делает их вычисления проще. Безусловно кажется, что некоторые вещи являются относительными в конце концов.