Первый гелиоцентрист: Аристарх Самосский против всех

Коперник древности

В глубокой древности люди считали размеры Земли «беспредельными». Однако уже к VII веку до н. э. они обратили внимание, что созвездия меняют свою высоту над горизонтом, если двигаться с севера на юг или наоборот. В результате возникла теория «покатой», то есть полукруглой Земли. Умножив длину пройденного по меридиану пути на отношение величины изменения наблюдаемого угла высоты звезд, можно было достаточно точно подсчитать размер окружности Земли. Так планета обрела пределы.

Постепенно представление о Земле и Солнечной системе развивалось, иногда уподобляясь современному. Например, Гераклид Понтийский (387–312 годы до н. э.) впервые установил суточное движение Земли вокруг своей оси. Он же считал, что Венера и Меркурий вращаются вокруг Солнца. О том, что видимое движение неба может быть вызвано вращением Земли вокруг некого огня (причем Солнце лишь отражало его свет), говорили еще пифагорейцы V века до н. э. Идея нецентрального положения Земли во Вселенной также не была для них новой.

Однако никто не пытался рассчитать размер Земли и небесных тел. Его просто измышляли умозрительно. Так, Анаксагор (500–428 годы до н. э.) считал, что Солнце больше Пелопоннеса. Аристарх Самосский первым из известных нам античных философов взялся за математическое решение этой задачи.

Сведений о нем сохранилось немного. Он родился примерно около 320 или 310 года до н. э. на греческом острове Самос в Эгейском море, к тому времени утратившем тот статус культурного центра, что имел во времена Пифагора и Поликрата Самосского (VI век до н. э.). Аристарх был учеником выдающегося афинского философа перипатетической (то есть следовавшей взглядам Аристотеля) школы Стратона из Лампсака (340–268 годы до н. э.), получившего прозвище Физик за пристрастие к естественным наукам.

По свидетельству Птолемея (100–170 годы н. э.), в 280 году до н. э. Аристарх наблюдал за солнцестоянием в Александрии — это единственная надежно отождествляемая дата на жизненном пути самосца. Судя по всему, в Александрии, научном центре эллинистического мира, ученый провел значительную часть жизни. Умер Аристарх Самосский около 250–230 года до н. э.

До наших дней сохранился только один, видимо ранний, труд Аристарха — «О размерах и расстояниях Солнца и Луны». В нем Аристарх задался целью определить размер главных небесных светил, задействовав геометрию и научную интуицию.

Свой труд он начал с шести аксиом:

1. Луна отражает солнечный свет.
2. Земля представляет собой точку и центр по отношению к Луне.
3. Бывают моменты, когда одновременно видны и Луна, и Солнце. Если освещена половина спутника (это называется квадратурой), это значит, что прямые, проведенные от Земли к Луне и Солнцу, образуют прямой (почти) угол, и его можно измерить.
4. Угол из третьей аксиомы равен 87°.
5. Ширина тени Земли во время затмений вмещает две Луны, то есть соответствует двум ее диаметрам.
6. Угловой размер Луны равен 2° (1/15 часть знака зодиака).

Из этих аксиом, последние три из которых не результат наблюдений, а положения, стремящиеся представить космос как выражение определенных числовых пропорций, Аристарх Самосский делал следующий вывод:

«Отсюда можно вывести, что расстояние от Земли до Солнца больше расстояния до Луны более чем в 18, но менее чем в 20 раз — на основании предположения о Луне, рассеченной пополам; что такое же отношение имеет диаметр Солнца к диаметру Луны; что диаметр Солнца к диаметру Земли имеет отношение большее, чем 19 к 3, но меньшее, чем 46 к 6 — на основании найденного для расстояний отношения, сделанного предположения относительно тени, а также допущения, что Луна стягивает пятнадцатую часть зодиака».

Далее шли 18 предложений с геометрическими построениями и математическими выкладками, которые доказывали точку зрения астронома.

Хотя в этой работе Аристарх еще стоял на геоцентрических позициях, благодаря ей он сделал несколько выводов, которые изменили его позицию. Так, из его труда была очевидна мысль о том, что видимые размеры небесных тел не отражают их истинных пропорций относительно друг друга. Солнце, например, намного больше Земли и находится от него на значительном удалении.

Другое важное положение, которое выходило из труда «О размерах и расстояниях Солнца и Луны», касалось космических масштабов нашей планеты. Измеряя расстояния до небесных светил, Аристарх, выйдя за рамки чувственной картины Вселенной, пришел к выводу, что Земля с ее орбитой — лишь маленькая точка по сравнению с бесконечной чернотой космоса.

Всё это привело Аристарха Самосского к нескольким важным выводам. Во-первых, Солнце не может вращаться вокруг Земли, которая в разы меньше его. В центре системы, как логично предположил Аристарх, должно быть более массивное тело. Во-вторых, если орбита Земли в масштабах космоса ничтожно мала, значит, неудивительно, что жители планеты не видят параллаксов (видимых изменений положения) звезд, которые подобны Солнцу, но находятся бесконечно далеко. Именно «неподвижность» сферы звезд, находящейся, по мнению древних, сразу за Сатурном, долгое время была аргументом в пользу того, что Земля стоит на месте, а все небесные тела вращаются вокруг нее.

Так, Аристарх Самосский первым объяснил видимое движение неба годичным обращением Земли вокруг Солнца, попутно представив простое объяснение смены дня и ночи, а также времен года. Он стал первым известным гелиоцентристом, Коперником древности.

К сожалению, знаем мы всё это не по трудам самого астронома, а по свидетельствам других мыслителей. В первую очередь младшего современника Аристарха Архимеда (III век до н. э.) и Плутарха (45/50—119/125). Так, в «Псаммите» («Исчисление песчинок») Архимед обращается к Гелону Сиракузскому со словами:

«Ты знаешь, что, по представлению некоторых астрономов, мир имеет форму шара, центр которого совпадает с центром Земли, а радиус равен длине прямой, соединяющей центры Земли и Солнца. Но Аристарх Самосский в своих „Предположениях“, написанных им против астрономов, отвергая это представление, приходит к заключению, что мир гораздо больших размеров, чем только что указано. Он полагает, что неподвижные звезды и Солнце не меняют своего места в пространстве, что Земля движется по окружности вокруг Солнца, находящегося в его центре, и что центр сферы неподвижных звезд совпадает с центром Солнца, а размер этой сферы таков, что окружность, описываемая, по его предположению, Землей, находится к расстоянию неподвижных звезд в таком же отношении, в каком центр шара находится к его поверхности».

Как писал Плутарх, Аристарх также признавал вращение Земли вокруг своей оси. Из свидетельств других античных философов известно, что, помимо астрономии, он занимался усовершенствованием календаря и солнечных часов, а также оптикой.

Античный еретик

С точки зрения современных представлений Аристарху удалось создать корректную геометрическую модель ближних космических объектов, в первую очередь системы Земля — Луна — Солнце. Однако концепция философа противоречила господствовавшей тогда перипатетической школе и античной мысли в целом. Поэтому современники идеи Аристарха не приняли.

Более того, на него начались нападки. Так, поэт и философ, а по совместительству тогдашний глава стоиков Клеанф (331/330—230 годы до н. э.) обвинил Аристарха в безбожии и неблагочестии. Он считал, что математик должен быть привлечен к суду за то, что «двигает с места Очаг Мира», то есть Землю, и написал целую книгу «Против Аристарха».

Неизвестно, как эти обвинения повлияли на судьбу астронома, хотя при всей кажущейся сегодня нелепости они могли нести за собой серьезные последствия. Упреки в безбожии и безнравственности были вполне в духе не только средневекового, но и античного мира. Например, Анаксагора тоже объявили безбожником за то, что он считал Солнце не божественным Гелиосом, а раскаленным булыжником, и изгнали из Афин. А Сократ (469–399 годы до н. э.) и вовсе выпил яд после того, как на него подали в суд за неуважение к богам и приговорили к казни.

Как бы там ни было, концепция Аристарха почти не нашла последователей. А три века спустя, составляя свою энциклопедию «Естественная история», Плиний Старший, говоря о том, что Луна гораздо (в 19 раз) ближе к Земле, чем Солнце, предпочел не упоминать о том, у кого взял эти сведения (у Аристарха).

Однако в то же время Самосский оставался одним из самых значимых и признанных ученых эпохи. Например, его труды считались обязательными при изучении астрономии.

Тут надо заметить, что в те времена гелиоцентризм не мог обрести популярность по многим возможным причинам. Так, в Античности геоцентризм не переживал того кризиса, что случился на излете Средневековья, более того, за него выступали такие авторитеты, как Платон, Аристотель и Гиппарх (II век до н. э.). К тому же как раз в годы жизни Аристарха наука античной Греции, потерявшей независимость, стала приходить в упадок.

Свою роль играл и тот факт, что единой науки не было, а были не очень считавшиеся друг с другом философские школы, из-за чего многие века могли сосуществовать математическое доказательство шарообразности Земли и убеждение о том, что планета плоская. Так, на несовместимых с Аристарховыми идеях стояли эпикурейцы, не решились взять гелиоцентризм на вооружение и стоики.

Наконец, не всё было гладко с научным доказательством «солнечной» гипотезы. Система Аристарха Самосского предполагала равномерное круговое движение Земли и других планет по орбите, в то время как более точные наблюдения говорили против этого («странность» движения планет прояснится, когда много веков спустя Иоганн Кеплер откроет эллиптические орбиты).

Аристотелевская физика не знала инерции, поэтому Птолемей, например, вопрошал, почему не связанные с Землей тела не отстают от ее движения. Да и в целом теория тяготения Аристотеля не предполагала перемещения Земли.

К тому же расчеты Аристарха были не лишены ошибок, а его методы оставались далеки от совершенства. В отсутствие оборудования он вычислил угловой размер Луны неверно (2° вместо 0,5°), равно как и угол между Луной и Солнцем. Даже из второй аксиомы Аристарха понятно, что тот должен быть примерно равен 90°, а не 87°. То же касается отношения размера Луны к земной тени (не 2, а 2,6). Наиболее критично это сказалось на расчетах солнечных размеров. Расстояние до звезды у Аристарха получилось в 20 раз меньше, чем оно есть на самом деле. Соответственно, и размер светила у него вышел гораздо меньшим.

Зато основанные на аксиомах Аристарха схемы были более наглядны, чем если бы они отражали реальные пропорции. В целом ему важно было просто показать относительные, достаточно правдоподобные расстояния и размеры небесных тел в любых единицах, то есть решить задачу только в общем виде. Так же поступают авторы современных книг, где в схемах практически никогда не отражены реальные масштабы Солнца и планет, что, с одной стороны, наглядно, а с другой, искажает читательское восприятие.

Возможно, в более поздних трудах, до нас не дошедших, Аристарх приводил более точные измерения, получив правильные значения для Луны. Об этом можно судить по следующему отрывку из «Псаммита» Архимеда:

«Диаметр Солнца больше стороны тысячеугольника, вписанного в большой круг мира. Это я допускаю, опираясь на мнение Аристарха, утверждающего, что видимый размер Солнца составляет одну семьсот двадцатую часть его орбиты (0,5°. — Прим. авт.), называемой зодиаком».

Не исключено, что ошибка просочилась в книгу Аристарха Самосского из-за невнимательности переписчика.

Однако геоцентрическая модель осталась господствующей, и ее главным обоснователем стал Птолемей, который старательно замалчивал достижения Аристарха. К моменту своего появления птолемеевская теория еще не обросла громоздким аппаратом вложенных циклов, превративших доказательство геоцентризма из самого очевидного и простого в чрезвычайно сложное, а потому стала практически общепринятой.

От Коперника древности до непосредственно Коперника

Среди последователей Аристарха называют вавилонянина Селевка (190–150 годы до н. э.). Есть даже сведения, что Самосский лишь выдвинул гелиоцентрическую гипотезу, а Селевк уже оформил ее в полноценную теорию. После Аристарха вычисления на ту же тему провели величайшие античные математик и астроном Архимед и Гиппарх, которым удалось уменьшить ошибку в расчетах Самосского вдвое. Позднее еще более точные цифры получил математик Папп Александрийский (IV век н. э.).

Однако это не способствовало распространению гелиоцентризма. Так, на основе расчетов Аристарха и собственных наблюдений Архимед предложил компромиссный вариант — геогелиоцентрическую модель, ставшую популярной. В ней Меркурий, Венера и Марс вращались вокруг Солнца, но само светило, Юпитер и Сатурн находились на орбитах вокруг Земли. Возможно, Архимед рассматривал и другие гипотезы, но поздние авторы от них избавились, оставив только те выводы, что наиболее соответствовали идеям Платона.

Также Архимед, опираясь на труды Аристарха Самосского, в том числе не сохранившиеся, впервые рассчитал диаметры всех планетных сфер, то есть орбит, включая сферу «неподвижных звезд», то есть границы космоса. Пользовался он при этом приблизительной оценкой размера Земли, завышенной в пять с половиной раз и происходящей из мифологической традиции. Соответственно, у Архимеда расстояние от Земли до Луны было значительно преувеличено, а до Солнца преуменьшено, как и для всех орбит, за исключением Меркурия, Венеры и Марса, ошибки для которых оказались в пределах 5–8%.

Идею Аристарха Самосского о том, что смещение звезд при вращении Земли незаметно из-за крошечного размера планеты в сравнении со Вселенной, Архимед решительно отринул.

Моделируя космос, Архимед также взял за основу наблюдаемые изменения яркости планет, связав их с удалением от Солнца. Анализ этих параметров впоследствии стал частичным обоснованием гелиоцентризма. Так, в системе Архимеда оказывалось, что Марс в определенные моменты оказывается дальше от Земли и Солнца, чем Сатурн. Затем система Архимеда была развита в Египте, в первом тысячелетии нашей эры получив известность как система Марциана Капеллы (V век н. э.). В ней Марс оставался на геоцентрической орбите.

Об Аристархе же больше толком не вспоминали до самой эпохи Возрождения. Лишь в 1498 году латинский перевод его единственного сохранившегося труда опубликовал Джорджо Валла в Венеции. С этой книгой мог быть знаком и Коперник (1473–1543). В своем труде «О вращениях небесных сфер» он писал, что если Меркурий и Венера обращаются вокруг Солнца, то же самое может касаться и других планет, в том числе Земли. По Копернику, между орбитами Венеры и Марса оставалось дополнительное пространство, которое (судя по всему, по требованию гармонии) должно было быть заполнено сферой. Вот как говорил об этом сам астроном:

«Поэтому нам не стыдно признать, что весь этот подлунный мир и центр Земли движутся по упомянутому Великому кругу между другими планетами, заканчивая свое обращение вокруг Солнца в один год, и что около Солнца находится центр мира. Если же Солнце остается неподвижным, то все видимое движение его должно, скорее, найти себе объяснение в подвижности Земли. Величина же мира является столь большой, что, хотя расстояние Земли от Солнца и имеет достаточно заметную величину по отношению к размерам любых планетных орбит, оно по сравнению со сферой неподвижных звезд не будет заметным.

Я полагаю, что это допустить легче, чем устремлять свой ум почти в бесконечное множество сфер, а ведь это принуждены делать те, которые удерживают Землю в середине мира. Но должно, скорее, следовать мудрости природы, которая как бы больше всего боится произвести что-нибудь излишнее или бесполезное, но зато часто одну вещь обогащает многими действиями».

Хотя Коперник упоминал Аристарха как сторонника «подвижности Земли», из финальной версии его сочинения имя античного предшественника исчезло. Знал ли польский астроном о приверженности Аристарха гелиоцентризму, неизвестно. Позднее приоритет Самосского признавали коперниканцы Галилей (1564–1642) и Кеплер (1571–1630).

Но всё это не значило, что гелиоцентризм сразу восторжествовал. За продвижение коперниканства век спустя Галилей предстал перед судом инквизиции. Книги обоих астрономов были включены в список запрещенных сочинений.

Одновременно предпринимались попытки сохранить Землю неподвижной. Так, Тихо Браге (1546–1601) опубликовал в 1588 году работу, отстаивавшую геогелиоцентрическую систему. В целом она повторяла модель Архимеда, за исключением того, что у Браге вокруг Земли вращались только Луна и Солнце. Эта концепция еще долго была популярна среди геоцентристов.

Но развитие гелиоцентризма было уже не остановить. И в этом смысле Аристарх Самосский первым дал ключ к пониманию масштабов Солнечной системы, Млечного Пути и Вселенной. Причем сделал это еще до развития тригонометрии. В честь античного астронома названы лунный кратер, астероид ((3999) Аристарх), а также аэропорт на его родине — острове Самос.