Historia astronomii – starożytność i średniowiecze

Historia astronomii sięga czasów najdawniejszych. W zasadzie trudno datować jej początki. Pierwsze udokumentowane osiągnięcia astronomiczne pochodzą jeszcze sprzed 3000 r. p.n.e. Na początku celem astronomii była próba opisu ruchu ciał niebieskich na niebie, tych które można było zobaczyć bez użycia specjalistycznego sprzętu, którym ówcześni uczeni nie dysponowali. Tak więc w grę wchodziło jedynie Słońce, Księżyc, gwiazdy oraz niektóre planety. W czasach starożytnych wyraźny był podział astronomii na dwa kierunki. Pierwszy koncentrował się na możliwościach wpływu astronomii na życie codzienne mieszkańców Ziemi natomiast drugi kierunek był czysto teoretyczny. Skupiał się na konstrukcji modeli matematycznych opisujących ruchy ciał niebieskich i pozwalające na przewidywanie ich położeń w przyszłości.

Astronomia rozwijała się niezależnie w starożytnej Grecji oraz na terenie starożytnego Egiptu i Mezopotamii. I tak już w roku 3000 p.n.e. został wprowadzony kalendarz dzielący rok na 365 dni. Przeprowadzono także po raz pierwszy podział nocy i dnia na dwanaście części skąd później wzięła się nasza licząca dwadzieścia cztery godziny doba. Z tamtych także czasów pochodzą pierwsze nazwy gwiazdozbiorów. Zachowały się one zapisane za pomocą pisma klinowego na glinianych tabliczkach. Dokonali tego Sumerowie zamieszkujący starożytną Mezopotamię. Niektóre z tych nazw funkcjonują do dnia dzisiejszego. Chodzi tutaj o gwiazdozbiory Byka, Lwa i Skorpiona.

Na przełomie osiemnastego i siedemnastego wieku przed naszą erą powstały zachowane do dzisiaj astronomiczne teksty babilońskie. Jednym z nich jest dzieło poświęcone w całości planecie Wenus. Jego tytuł brzmi :"Enuma Anu Enlil".

Na terenie starożytnej Mezopotamii widoczny był ścisły związek miedzy rozwojem astronomii a życiem społecznym i politycznym mieszkańców tamtych ziem.

W piątym wieku p.n.e. astronomia babilońska wprowadziła zodiak. Pojęcie to dotyczyło zarówno zbioru gwiazdozbiorów jak i tzw. koła wielkiego , które stało się podstawą układu współrzędnych na niebie. Z tego wyniknęło także pojecie stopnia a także system sześćdziesiętny. Astronomii babilońskiej zawdzięczamy także teksty zawierające spis zaćmień ale przede wszystkim wprowadzenie takich pojęć jak miesiąc synodyczny, rok zwrotnikowy. Astronomowie babilońscy stworzyli także pierwsze modele matematyczne na podstawie których można było obliczać daty występowania niektórych zjawisk astronomicznych. Dotyczyło to przede wszystkim pełni Księżyca, zaćmień oraz położeń planet na niebie.

W starożytnej Grecji astronomowie nauczyli się wykorzystywać geometrię do opisu zjawisk zachodzących na niebie . Bazowali także na doświadczeniach astronomów z Mezopotamii naśladując ich w przewidywaniu położeń ciał niebieskich.

Rozwój astronomii greckiej datuje się na szósty wiek p.n.e. Wtedy to powstało wiele teoretycznych modeli kosmologicznych. Astronomowie starali się wyjaśnić np. naturę światła czy ciał niebieskich. Na czele tej szkoły stali przede wszystkim Tales z Miletu oraz Anaksymander i Pitagoras. Mówi się, że to właśnie Pitagoras po raz pierwszy przewidział, że Ziemia może mieć kształt kuli. Podobno także to on po raz pierwszy wprowadził pojęcie "kosmosu".

Na przełomie piątego i czwartego wieku p.n.e. żył Platon, który zakładał, że ruchy ciał na niebie są kołowe i jednostajne. Takiego założenia zażądał także od innych współczesnych mu uczonych. Jedno z rozwiązań tego problemu podał Eudoksos z Knidos, który był uczniem Platona. Był on autorem modelu Wszechświata zakładającego, że składa się on z systemu sfer o wspólnym środku, którym miała być Ziemia.

Każdej planecie odpowiadała jedna lub kilka sfer. Według tych założeń planety miały być przez te sfery unoszone. Sfery natomiast miały wirować wokół naszej planety ze stałą prędkością. Model był tak skonstruowany, że ruch jednak planety miał niejako napędzać ruch kolejnej sfery.

Model ten kilak lat później został nieco poszerzony przez Kalipposa. Zwiększył on liczbę sfer z 26 do 35. Nad tym modelem pracował także Arystoteles, który założył że sfer powinno być ostatecznie 55.

Był to jednak model czysto teoretyczny. W latach następnych astronomia grecka poszła w kierunku łączenia takich właśnie teoretycznym założeń z danymi pochodzącymi z obserwacji. I tak już w trzecim wieku p.n.e. Arystarch z Samos po raz pierwszy opisał metodę pozwalającą na pomiar odległości od Ziemi do Księżyca i do Słońca. Jego obliczenia okazały się błędne, odległości okazały się około 20 razy za małe. Uczony ten po raz pierwszy zasugerował, że Ziemia może wykonywać dwa ruchy, wokół Słońca i wokół własnej osi.

Również w trzecim wieku p.n.e. kolejny z uczonych, Apoloniusz z Pergi skonstruował dwa geometryczne modele orbit planetarnych. Pierwszy z nich zakładał, że planety poruszają się wokół Ziemi po okręgu ze stała prędkością, ale Ziemia nie znajduje się w centrum tego okręgu. To miało tłumaczyć zmieniające się odległości między Ziemią i resztą planet. Drugi z modeli zakładał ruch planet po małych okręgach zwanych epicyklami. I dopiero środki tych epicykli miały poruszać się ze stałymi prędkościami po większym okręgu. Środkiem tego okręgu miała być Ziemia.

Założenia pierwszego z modeli zostały wykorzystane w drugim wieku p.n.e. przez Hipparcha. Podjął on próby opisania ruchu Słońca wokół Ziemi. Wyznaczył on nawet parametry rzekomej orbity słonecznej na podstawie długości trwania wiosny i lata. Hipparch wykorzystał także drugi z modeli Apoloniusza. Tym razem uczony zajął się opisem ruchu Księżyca. Wyznaczył parametry orbity księżycowej bazując jeszcze na danych babilońskich. To jednak jeszcze nie koniec osiągnięć tego uczonego. Według wszelkich danych odkrył on także zjawisko precesji astronomicznej a także rozpowszechnił zwyczaj systematycznych obserwacji astronomicznych. Owocem jego wieloletnich obserwacji był pierwszy katalog gwiazd.

Prace Hipparcha kontynuował Ptolemeusz i to właśnie on rozsławił zasługi swego mistrza w dziele "Almagest". Ptolemeusz zajął się systematyką i dokładnym opisem wszystkich modeli geometrycznych . Obszerne tabele z dokładnymi danymi pozwalały na przewidywanie położeń ciał niebieskich w każdej chwili w przyszłości lub w przeszłości. Uczony ulepszył także model Apoloniusza zakładając, że środek epicyklu miał nie stałą ale zmienna prędkość.

To właśnie Ptolemeusz wprowadził do nauki porządek planet , który Obowiązywał przez bardzo długi czas. I tak według niego w rosnącej odległości od Ziemi występowały: Księżyc, Merkury, Wenus, Słońce, Mars, Jowisz i Saturn.

Ostateczny obraz Wszechświata Ptolemeusz przedstawił w swoim dziele p.t. "Założenia planet" . W przyjętym modelu ruch każdej z planet odbywał się w powłoce o kształcie sfery. Uczony zakładał, że sfery były zlokalizowane w taki sposób, że dolna część sfery jednej planety stawała się równocześnie górna granicą sfery kolejnej planety.

Na dziele Ptolemeusza kończą się osiągnięcia astronomii starożytnej. Nauka ta wkroczyła następnie w nową erę, gdzie największy wpływ w jej rozwój włożyli przede wszystkim astronomowie islamu a także niektórzy z uczonych na terenie Europy. Ukoronowaniem tych wielowiekowych prac była heliocentryczna teoria Kopernika.

Warto jednak prześledzić co działo się w astronomii zanim Mikołaj Kopernik przedstawił swoją teorię.

I tak wiadomo, że w okresie miedzy ósmym a czternastym wiekiem astronomia prężnie rozwijała się w krajach islamu. Chodzi tutaj przede wszystkim o Kraje Bliskiego Wschodu a także Afrykę Północną oraz Hiszpanię. Do wieku dziewiątego większość dzieł greckich astronomów została już przetłumaczona na język arabski. Następnie szlakiem prowadzącym przez Hiszpanię dzieła te dostawały się do krajów europejskich. Astronomom islamu nauka zawdzięcza przede wszystkim rozwój astronomii sferycznej. To właśnie z tamtego okresu pochodzą takie pojęcia jak zenit, nadir czy azymut. W dziesiątym wieku dokonano także weryfikacji starożytnego katalogu gwiazd. Powszechne stało się budowanie dużych obserwatoriów astronomicznych skupiających wielu naukowców chętnych poznawać tajniki nieba. Jednym z najbardziej popularnych obserwatoriów w tamtym okresie była palcówka w Maladze.

Astronomia islamu skupiała się także na doskonaleniu modelu Ptolemeusza poprzez dokładniejsze poznanie parametrów orbit planetarnych. Zaczęto dostrzegać także rozbieżności pomiędzy modelem Ptolemeusza a danymi obserwacyjnymi. Stało się jasne, że należy skonstruować lepszy model Wszechświata.

Pracami tymi zajmował się między innymi Muhammad al-Battani. Był on między innymi twórcą tablic astronomicznych, które cieszyły się dużą popularnością w krajach europejskich.

Pojawiły się także prace wielu innych uczonych islamu zawierające krytykę systemu Ptolemeusza i proponujące nowe rozwiązania tego problemu.

W Europie nawiązywanie do osiągnięć starożytnej astronomii greckiej nie było popularne. Niemniej jednak dzięki niektórym twórcom zachowały się informacje o ważnych odkryciach z tamtego okresu. I tak np. rzymski pisarz Kapello opisał odkrycie Heraklidesa, który przypuszczał, że Merkury i Wenus krążą wokół Słońca i dopiero taki układ trzech ciał niebieskich okrąża Ziemię.

Pod naciskiem Kościoła zaczęły rozwijać się metody pozwalające na precyzyjne ustalenie daty Wielkanocy. Specjalne reguły obliczeniowe zostały zawarte w traktacie autorstwa Beda Czcigodnego.

W jedenastym wieku na terenie Europy Zachodniej coraz popularniejsze stawały się arabskie dzieła astronomiczne. Do łask wróciły więc teorie Ptolemeusza przetłumaczone wcześniej na język arabski. W wieku trzynastym na podstawie właśnie założeń Ptolemeusza powstały nowe tablice astronomiczne pozwalające na obliczanie położeń planet.

W kolejnych wiekach rozwinęły się szczególnie dwa ośrodki stawiające na rozwój astronomii. Był to ośrodek wiedeńsko - norymberski oraz krakowski. Pierwszy ośrodek zajmował się propagowaniem teorii Ptolemeusza oraz dzieł innych twórców starożytnych. Powstały także nowe tablice astronomiczne.

Ośrodkowi krakowskiemu wykształcenie swoje zawdzięczał Mikołaj Kopernik. Warto przyjrzeć się bliżej tej postaci i jego przełomowym dla nauki osiągnięciom.

Mikołaj Kopernik przyszedł na świat w roku 1473, 19 lutego w Toruniu. Pochodził z rodziny, która swoje korzenie miała w Krakowie. Mały Kopernik naukę rozpoczął w Toruniu. Niedługo potem stracił ojca i dostał się pod opiekę swojego wuja, Łukasza Watzenrode. Był on biskupem warmińskim.

Pod jego wpływem Kopernik po szkole parafialnej rozpoczął studia w Krakowie, w Akademii Krakowskiej. Wybrał wydział sztuk wyzwolonych. W Krakowie nauki pobierał w latach 1491-1495. Następnie studiował jeszcze w Bolonii, Padwie i Ferrarze. Właśnie w Ferrarze otrzymał tytuł doktora prawa kanonicznego.

Po tym wydarzeniu powrócił do Polski i osiedlił się w Lidzbarku Warmińskim. Tam pracował u swojego wuja jako jego sekretarz i lekarz. Właśnie w tym czasie uczony zaczął formułować swoją rewolucyjna teorię heliocentryczną.

W roku 1510 Kopernikowi powierzono funkcje kanonika warmińskiego. Wiązało się to z przeprowadzką Kopernika do Fromborka. Tam oprócz codziennych czynności administracyjnych prowadził intensywne badania i obserwacje astronomiczne. Zaowocowały one pracą p.t. "Commentariolus", w której Kopernik przedstawiał założenia nowego systemu świata. Uczony stwierdził, że to Słońce jest centrum Wszechświata, a planety, w tym nasza Ziemia krążą wokół Słońca. Dodatkowo teoria Kopernika mówiła, że Ziemia wykonuje również obrót wokół własnej osi. Był to traktat wstępny i nie zawierał żadnych obliczeń astronomicznych.

W latach 1520 - 1521 Kopernik brał udział w obronie Olsztyna podczas wojny polsko - krzyżackiej. Interesował się również życiem społecznym i politycznym. Zwracał uwagę na konieczność przeprowadzenia reformy monetarnej. W latach 1517 - 1526 opublikował liczne prace dotyczące tej reformy. Podał w nich swoja teorię mówiącą, że gorszy pieniądz jest wypierany przez lepszy.

Właściwy model matematyczny kopernikowskiego porządku Wszechświata pojawił się dopiero w kolejnym dziele Kopernika zatytułowanym "De revolutionibus orbium coelestium" czyli " O obrotach ciał niebieskich". Pisanie tego dzieła Kopernik rozpoczął już w 1515 roku. Niemniej jednak nieustannie był niezadowolony ze swojej pracy i wprowadzał coraz to nowe poprawki. W rezultacie praca nad dziełem trwała bardzo długo.

I być może nigdy nie doczekałaby się wydania drukiem gdyby ni wpływ niemieckiego uczonego zwanego Retykiem, który namówił Kopernika do publikacji swojej pracy. Zanim ukazało się dzieło Kopernika, młody naukowiec napisał rozprawę " Narratio prima", która miała przygotować świat na przyjęcie tez Kopernika.

"De revolutionibus orbium coelestium" zostało wydane w Norymbergii w roku 1543, czyli w roku śmierci Kopernika. Mimo, że było zadedykowane ówczesnemu papieżowi Pawłowi III nie spotkało się z przychylnością Kościoła. "De revolutionibus orbium coelestium" miało postać sześciu tomów i zostało wydane w około tysiącu egzemplarzy.

Dzieło Kopernika już w 1616 roku zostało wciągnięte do indeksu ksiąg zakazanych, a zwolennicy poglądów Kopernika popadali w konflikty z Kościołem.

Z tego indeksu "De revolutionibus orbium coelestium" usunięto dopiero ponad 200 lat później, w 1828 roku

Mikołaj Kopernik zmarł w roku 1543 wskutek wylewu krwi do mózgu. Przed śmiercią zdążył jeszcze zobaczyć swoje dzieło wydane drukiem. Grób Kopernika znajduje się pod posadzką katedry we Fromborku, gdzie uczony mieszkał przez wiele lat.

Dzieło Kopernika było przede wszystkim dziełem teoretycznym opartym na niezbędnych tylko obserwacjach, zarówno jego jak i astronomów żyjących wcześniej. Ale już w drugiej połowie szesnastego wieku badaniem modeli astronomicznych zajął się inny astronom, Tycho Brahe. To właśnie on rozpropagował obserwacje astronomiczne , które miały być podstawą wszelkich modeli. W roku 1956 Z inicjatywy tego astronoma rozpoczęła się budowa dużego obserwatorium na wyspie Hven. Obserwacje w tym obiekcie Brahe rozpoczął w roku 1957. Od tamtego momentu prowadził systematyczne obserwacje ruchu planet i gwiazd, notował ich położenia na niebie. I właśnie dzięki tym obserwacjom odkrył, że kometa porusza się w takim obszarze, który według modelu Ptolemeusza był zarezerwowany dla ruchu planet. Tym samym podważył teorię o istnieniu sfer , które miałyby unosić planety. W ciągu ostatnich lat swojego życia Brahe współpracował z Keplerem, który pomagał mu w opracowywaniu danych z obserwacji. I właśnie między innymi dzięki tym danym uzyskanym przez Brahego Kepler odkrył jaka naprawdę jest natura orbit planetarnych. Następnie sformułował trzy prawa rządzące ruchem planet po tych orbitach.