Использование достижений астрономии в других науках

• Вселенная является "огромной экспериментальной лабораторией", в которой "ставятся" физические опыты при экстремальных условиях, не достижимых на Земле. (Сверхнизкие и сверхвысокие температуры и энергии, сверхнизкая и сверхвысокая гравитация и т.п.). Без использования астрономических наблюдательных данных невозможно разработка современных физических теорий.

• Нередко астрономами и для астрономии разрабатываются и методы прикладной математики (тригонометрия, методы решения интегро-дифференциальных уравнений и т.п.) Астрофизиками создана и разрабатывается теория переноса излучения, общая для всей физики, имеющая и прикладное применение и химия сверхнизких температур (столкновительные химические реакции на поверхности пылинок), не имеющая земного аналога. Плюс упреждающее открытие ненулевой массы нейтрино.

• Изучаются влияние небесных тел на жизнь на Земле (приливы, гелиобиология, проблема астероидной опасности, возникновения землетрясений из-за приливных возмущений от планет гигантов и т.д.)

• Использование прикладных астрономических достижений на практике (поиск полезных ископаемых, навигация - от наблюдательного определения координат до GPS, спутники связи и т.д.)

Космологические и космогонические концепции в античной астрономии и философии. Космогония — наука о происхождении и развитии космических тел и их систем. Космология — астрофизическая теория структуры и динамики изменения Метагалактики, включающая в себя и определенное понимание свойств всей Вселенной. В современном естествознании космология – это дисциплина, изучающая  Вселенную в целом. Основу данного направления составляют математика, физика и астрономия. Космология включает в себя космогонию (греч. κοσμογονία от κόσμος  – «мiр, порядок, гармония, красота, Вселенная» и γονή – «рождение») – учение о происхождении и развитии Вселенной. Космологические исследования развиваются обычно от теории к практике, от модели к эксперименту. Важнейший постулат современной космологии заключается в том, что известные нам законы природы, установленные при наблюдении весьма ограниченной части Космоса, экстраполируются на всю Вселенную, ее прошлое и будущее. Когда мы касаемся космологии и космогонии, необходимо понимать, что событие появления Вселенной (равно как жизни и разума), в отличие от тех процессов, которые мы можем постоянно наблюдать в окружающем мире, совершенно уникально, экспериментально не воспроизводимо и не наблюдаемо[1]. По этой причине космология продолжает оставаться особой областью знания, требующей не только научных обобщений, но и всестороннего мировоззренческого осмысления: самым теснейшим образом в космологии соприкасаются естествознание, философия и богословие.

С древнейших времен человек интересовался устройством окружающего мира: звезд, планет, солнца и самой земли. В античности ответ на возникающие вопросы о мироздании давали мифология и натурфилософия.Космогонические мифы о происхождении гармоничного космоса из бесформенного хаоса (греч. χάος – от χαίνω – «раскрываться», «разверзаться») – один из самых распространенных сюжетов большинства языческих мифологий. Основные темы космогонических мифов – оформление первоматерии, разделение богами слитых в «брачных объятиях» земли и неба, установление «космической оси» или «мирового древа», создание светил, растений и животных; творение завершается, как правило, появлением человека и установлением социальных норм. Согласно этим сказаниям, происхождение мира происходит различно: по воле некоего существа-демиурга (греч. δήμος – «народ» и ἔργον – «дело, ремесло, промысел», т.е. «мастер, ремесленник, творец»), порождением богов и космических стихий «богиней-матерью», «первой божественной парой», «богом-андрогином» или борющимися богами. В дуалистических (двойственных) космогониях демиург творит все благое, его противник – злое. Традиционная тема многих космогонических мифов – творение космоса из тела «первосущества» или «первочеловека». Широко распространенными были представления о цикличности истории: мир возникает, а потом разрушается, чтобы родиться снова (то, что иногда называется «дурной бесконечностью»).

С VIII–VII вв. до р.Х. космогония является сюжетом множества философских трактатов. Позднее самыми распространенными в натурфилософии становятся аристотелевские космогония и космология. Согласно системе Аристотеля, шарообразная Земля находится в центре, а мироздание представляет собой ряд взаимосвязанных концентрических сфер, движущихся с различными скоростями и приводимых в движение нематериальным Перводвигателем Вселенной, с которым входит в соприкосновение самая крайняя кристальная сфера неподвижных звезд. Мир сложен четырьмя стихиями (земля, вода, воздух, огонь), а вещественность неба и небесных тел восходит к особо тонкой субстанции – эфиру. Влияние геоцентрической космологии Аристотеля сохранялось в науке вплоть до времен Н. Коперника ( Nicolaus Copernicus ; 1473–1543). И кусок из вики: Древняя Греция, как и многие другие древние цивилизации, создала своё представление о Вселенной. Но уникальность древней Греции состояла в том, что она имела не одну модель: различные философские школы выдвинули крайне различные модели мира, и каждая была тем или иным образом «аргументирована».

Ранние философские школы выделяли те или иные вещества или фигуры как основополагающие. Через эти основы и строились ранние представления о Вселенной. Так, то земной диск плавает в воде, как это было уФалеса из Милета, то просто цилиндр плавает в бесконечном пространстве, как это было у Анаксимандра и т. д.

Пифагорейцы предложили пироцентрическую модель Вселенной, в которой звёзды, Солнце, Луна и шесть планет обращаются вокруг Центрального Огня (Гестии). Чтобы в сумме получилось священное число — десять — сфер, шестой планетой объявили Противоземлю (Антихтон). Как Солнце, так и Луна, по этой теории, светили отражённым светом Гестии^[8]. Эта система мира была описана Филолаем Кротонским.

Большинство древнегреческих учёных, однако, были сторонниками геоцентрической системы мира, также основанной пифагорейцами.

Расстояния между светилами у пифагорейцев соответствовали музыкальным интервалам в гамме; при вращении их звучит «музыка сфер», не слышимая нами. Пифагорейцы считали Землю шарообразной, а некоторые из них (Экфант и Гикет из Сиракуз) — даже вращающейся вокруг оси, отчего и происходит смена дня и ночи.

Платон (ок. 428-ок 347) анализировал весь мир через призму своих представлений о духовной сущности. Неизбежно это сказывалось и на устройстве мира. Звезды у него были «божественными сущностями» с телом и душой. Их видимая форма — это огонь, и он светит для того, чтобы они выглядели самыми яркими и прекрасными. А для сходства со Всецелым они были созданы шарообразными. Космос в представлении Платона не вечен, так как всё, что ощущается, есть вещь, а вещи старятся и умирают. Более того, само Время родилось вместе с Космосом.

Платон же первым предложил разложить неравномерные движения светил на «совершенные» движения по окружностям. На этот призыв откликнулся Евдокс Книдский. В своих (несохранившихся) сочинениях он изложилтеорию гомоцентрических сфер — кинематическую схему движения планет, объясняющую попятное движение планет (с несколькими наложенными круговыми движениями) всего по четырём сферам, в центре которых находилась Земля.

Структура Вселенной по Аристотелю. Цифрами обозначены сферы: земли (1), воды (2), воздуха (3), огня (4), эфира (5), Перводвигатель (6). Масштаб не соблюдён

Космологическую систему, имевщую большое значение в Средневековье, создал Аристотель. Он полагал, что небесные тела переносятся в своём движении твёрдыми небесными сферами, к которым они прикреплены. По его мнению, всё, что движется, приводится в движение чем-нибудь внешним, которое, в свою очередь, также чем-то движется, и так далее, пока мы не дойдем до двигателя, который сам по себе неподвижен — до Перводвигателя. Землю он считал неподвижной.

Гераклид Понтийский (2-я половина IV века до н. э.) предполагал вращение Земли вокруг оси. Кроме того, на основании дошедших до нас скудных сведений можно предположить, что Гераклид считал Венеру и Меркурий обращающимися вокруг Солнца, которое, в свою очередь, обращается вокруг Земли. Существует и другая реконструкция система мира Гераклида: и Солнце, и Венера, и Земля вращаются по окружностям вокруг единого центра, причём период одного оборота Земли равен году^[9]. В таком случае теория Гераклида являлась органическим развитием системы мира Филолая и непосредственным предшественником гелиоцентрической системы мираАристарха.

В первой половине III в до н. э. Аристарх Самосский предложил гелиоцентрическую систему мира. Исходя из гелиоцентрической системы и ненаблюдаемости годичных параллаксов звёзд он сделал вывод, что расстояние от Земли до Солнца пренебрежимо мало по сравнению с расстоянием от Солнца до звёзд. Кроме того, он предложил метод измерения расстояния до Солнца и Луны и их размеров. По его оценке, Земля по объёму в 250 раз меньше Солнца. Хотя численно он и ошибся, его метод позволил установить, что Земля намного меньше Солнца.

С III века до н. э. греческая наука усвоила достижения вавилонян, в том числе достижения в астрономии и математике. Но греки пошли значительно дальше. Около 230 года до н. э. Аполлоний Пергский разработал новый метод представления неравномерного периодического движения через базовую окружность — деферент — и кружащуюся вокруг деферента вторичную окружность — эпицикл; само светило движется по эпициклу. В астрономию этот метод ввёл Гиппарх, работавший на Родосе.

В I веке до н. э. Гемин обнародовал мнение, что звёзды только кажутся лежащими на одной сфере, а на самом деле они располагаются на разных расстояниях от Земли. Есть все основания полагать, что это мнение также зародилось ранее, в III или II веке до н. э., поскольку оно ассоциируется с возможностью существования собственных движений звёзд, возможность которых предполагал Гиппарх: наличие таких движений несовместимо с представлением о звёздах как о телах, закреплённых на одной сфере.

Эпицикл и деферент, согласно теории вложенных сфер.

После длительного упадка в конце I в н. э. — начале II в н. э. возобновляются исследование небесных и разработка моделей мира. Теон Смирнский описывает теорию вложенных сфер — физическую теорию, пытающуюся объяснить теорию эпициклов. Суть её в следующем. Представим себе две сделанные из твёрдого материала концентрические сферы, между которыми помещена маленькая сфера. Среднее арифметическое радиусов больших сфер является радиусом деферента, а радиус малой сферы — радиусом эпицикла. Вращение двух больших сфер заставит маленькую сферу вращаться между ними. Если поместить на экватор малой сферы планету, то её движение будет в точности таким, как в теории эпициклов; таким образом, эпицикл является экватором малой сферы.

Этой теории, с некоторыми модификациями, придерживался и Птолемей. Она описана в его труде Планетные гипотезы^[10]. Там отмечается, в частности, что максимальное расстояние до каждой из планет равно минимальному расстоянию до планеты, следующей за ней, то есть максимальное расстояние до Луны равно минимальному расстоянию до Меркурия и т. д. Максимальное расстояние до Луны Птолемей смог оценить с помощью метода, аналогичного методу Аристарха: 64 радиуса Земли. Это дало ему масштаб всей Вселенной. В результате вышло, что звезды расположены на расстоянии около 20 тысяч радиусов Земли. Птолемей также сделал попытку оценить размеры планет. В результате случайной компенсации ряда ошибок Земля у него оказалась средним по размеру телом Вселенной, а звезды — имеющими примерно тот же размер, что и Солнце.

По мнению Птолемея, совокупность эфирных сфер, принадлежащих каждой из планет — это разумное одушевленное существо, где сама планета выполняет роль мозгового центра; исходящие от него импульсы (эманации) приводят в движение сферы, которые, в свою очередь, переносят планету. Птолемей приводит следующую аналогию: мозг птицы посылает в её тело сигналы, заставляющие двигаться крылья, несущие птицу по воздуху. При этом Птолемей отвергает точку зрения Аристотеля о Перводвигателе как причине движения планет: небесные сферы совершают движения по своей воле, и только самая внешняя из них приводится в движение Перводвигателем^[11].

Были и другие попытки придать физический смысл теории эпициклов, которые также основывались на геоцентрической системе мира^[12].

Развивались также взгляды, выходящие за рамки геоцентризма. Так, Птолемей дискутирует с некоторыми учёными (не называя их по имени), которые предполагают суточное вращение Земли. Латинский автор V в. н. э. Марциан Капеллав сочинении Брак Меркурия и филологии описывает систему, в которой Солнце обращается по окружности вокруг Земли, а Меркурий и Венера — вокруг Солнца.