Аристарх от Самос, Звездната вселена и планетата Земя

Аристарх от Самос - Коперник от Античността, който разширява Вселената

Наред с моделите на света, в чийто център се намира Земята, в древността са съществували и "дисидентски" възгледи, изразяващи съмнения в някои от основните настройки на господстващата космология. Хераклид от Понт (388-315 пр. н. е.), ученик на Платон, вярва, че Земята се върти около собствената си ос и ежедневното въртене на небето е просто привидно явление за наблюдател на въртяща се Земя.

Хераклид почти беше избран за ръководител на Академията след смъртта на Спевзип, приемника на Платон, но Ксенократ спечели с няколко гласа. Може да се предположи, че отношението на Академията към въпроса за движението на Земята би станало по-внимателно, ако беше избран Хераклид. Аристарх от Самос (310-230 г. пр. н. е.) измисля начин за определяне на размера и разстоянието между Луната и Слънцето. Той използва Луната като междинна стъпка към по-далечното Слънце. Запазен е само един негов труд, За размерите и разстоянията на Слънцето и Луната. В тази книга Аристарх обяснява как може да се измери (а) съотношението на разстоянията на Слънцето и Луната и (б) размерите на Слънцето и Луната, приемайки радиуса на Земята за единица дължина. Метод (b) се основава на затъмнението на Луната (използвайки сянката, хвърлена от Земята). Необходимо е също така да се знае съотношението на разстоянията, което се определя по метод (а), от наблюдения на Луната в една от четвъртите.

Каква е причината за лунните фази и лунните затъмнения, разбира Аристотел

Каква е причината за лунните фази и лунните затъмнения, Анаксагор разбира два века по-рано (а Аристотел обяснява подробно). Аристарх вярва, че луната е сфера, която свети само от отразената слънчева светлина. Следователно във фазата на първата или последната четвърт, когато половината от лунния диск е осветен, Земята, Луната и Слънцето съставляватправоъгълен триъгълник с Луната под прав ъгъл (фиг. 3.5). Ако в този момент измерим ъгъла между Луната и Слънцето, тогава можем да разберем стойността на оставащия ъгъл на триъгълника. След това е лесно да се изчисли разстоянието Земя-Слънце в единици за разстоянието на Луната от Земята. С най-простия съвременен калкулатор изчисленията не са трудни, но за Аристарх те са били трудни поради скучните геометрични конструкции. Ъгълът между Луната и Слънцето в неговите изчисления беше приет за 870 и той показа, че съотношението на разстоянията до Слънцето и до Луната е по-голямо от 18:1, но по-малко от 20:1. Изчисленията на калкулатора дават около 19:1.

Аристарх оцени размера на Луната спрямо Земята по много сложен метод, използвайки лунни затъмнения.

Аристарх оцени размера на Луната спрямо Земята по много сложен метод, използвайки лунни затъмнения. Ще го опишем в опростена форма. Представете си, че Слънцето е много далече; тогава зад Земята се образува цилиндрична сянка, чийто диаметър е равен на диаметъра на Земята. По време на затъмнение е лесно да се види, че сянката на Земята е по-голяма от Луната и от продължителността на затъмнението е лесно да се изчисли относителният размер на Луната и Земята. Аристарх определи, че размерът на Луната е 1/3 от размера на Земята. Съвременната стойност е по-близо до 1/4. Слънцето и луната имат приблизително еднакъв ъглов размер, равен на 1/20. Ако Слънцето е 19 пъти по-далече от Луната, която е три пъти по-малка от Земята, тогава се оказва, че Слънцето е 19/3

6 пъти по-голям от земята. Съвременните данни дават различни стойности: 400 пъти по-далече и 400/4 = 10 пъти по-голямо от Земята. Малко странно е, че Аристарх не е определил разстоянието до Луната и Слънцето, защото те биха били лесно изчислени в единици радиус на Земята. Може да е направил това в творба, която не е оцеляла. В случая с данните, с които е разполагал, тойтрябваше да получи: (1) разстоянието до Слънцето, равно на 1500 радиуса на Земята, (2) разстоянието до Луната, равно на 80 радиуса на Земята. Верните данни са следните: съответно 23 500 и 6o земни радиуси. Математическите изчисления на Аристарх са правилни, откъде идва такава разлика? Ъгълът Слънце-Луна по време на четвъртините на Луната е близо до 900 (89,85°), така че дори малка грешка в измерванията дава голяма грешка при определяне на съотношението на разстоянията. Хипарх и Птолемей по-късно триангулират разстоянието до Луната на 60 земни радиуса. Така древните астрономи са знаели добре както размера на спътника, така и разстоянието до Луната. Но разстоянието до Слънцето остава подценявано до настоящата ера. Дори Коперник е бил на мнение, че разстоянието до Слънцето е равно на 1142 земни радиуса, като е грешил с коефициент 20.

Аристарх установи, че Слънцето е многократно по-голямо от Земята

Аристарх установи, че Слънцето е многократно по-голямо от Земята. Това вероятно го е довело до предположението, че малката Земя се върти около Слънцето. Неговата собствена работа по темата е изгубена, но имаме надежден източник, неговият съвременник Архимед (287-212 г. пр. н. е.). След като учи в Александрия, този велик математик се завръща в родната си Сицилия, където служи като съветник на крал Йеро II. Той разбра, че ако тежко тяло се постави в съд, пълен с вода, тогава количеството вода, преливащо през ръба, е равно на обема на тялото. Следователно теглото на тялото, разделено на теглото на излятата вода, е равно на плътността на веществото, от което е съставено тялото. Без да повреди елегантната корона, той успя да разкрие измамата на бижутер, който използва нискокачествено злато при производството ѝ. В книгата на Архимед The Calculus of Sands се споменава загубена работа на Аристарх за размера на Вселената. Тук Архимед въвежда нова системасмятане, предназначено за операции с големи числа1. В тази връзка той предполага, че диаметърът на Вселената е по-малък от 100 милиарда етапа (което е само малко по-голямо от орбитата на Юпитер). Архимед изчислява възможно най-голямото число, броя на песъчинките, които могат да запълнят цялата вселена. В резултат на това той получи u63, тоест единица с 63 нули. След като отбеляза "общото мнение", изразено от астрономите, Архимед преминава към това, което той смята за наистина алтернативен възглед:

Той смята, че неподвижните звезди и Слънцето не променят позицията си в пространството.

Архимед споменава, че според Аристарх сферата на неподвижните звезди далеч надвишава разстоянието до Слънцето. Това обяснява защо няма годишни промени в позициите на звездите (паралакс), които биха се очаквали, когато Земята се върти около Слънцето.

Моделът на Аристарх за света е радикален за времето си

Моделът на Аристарх за света е радикален за времето си. Сега знаем, че е вярно, но по това време все още не беше възможно да защитим нашите възгледи, които противоречаха на конвенционалната космология. Само един учен подкрепи този модел. Беше Селевк, който живя във Вавилон сто години по-късно. И това не е изненадващо, като се има предвид колко точни наблюдения са необходими, за да се убедим в реалното движение на Земята. Подобни ефекти (светлинна аберация, звездни паралакси) са толкова малки, че са открити едва след две хилядолетия. Що се отнася до „размера на Вселената“, тоест разстоянието до най-отдалечената звездна сфера, в онази епоха не е имало надеждни начини за измерването му. Птолемей се ограничи до минимум, неговите орбити на планетите са опаковани изключително плътно, не остава място между тях, така че максималното разстояние, коетопланета на нейния епицикъл, е равно на минималното разстояние до следващата планета. По този начин той определи разстоянието до най-отдалечената планета Сатурн и то се оказа 19 865 земни радиуса (съвременната стойност надхвърля 200 ooo). Същото беше и разстоянието до мистериозната звездна сфера, отвъд която няма нищо.