Под звездным небом – история астрономии

Издавна звездное небо завораживало людей. В движениях звезд они видели действие сверхъестественных сил, влияющих на человеческую судьбу. Они верили, что на небе можно прочитать предсказания, они стремились наблюдать его и точно описать. В Шумере и Вавилоне, в Китае и Египте, в Мексике, Перу и Британии находятся остатки астрономических обсерваторий и приборов, датируемые III тысячелетием до нашей эры. Итак, история астрономии очень древняя.

Первые описания звездного неба и звездные каталоги появились около 1700 года до нашей эры в вавилонской астрономии, во времена Хаммурапи. Расчеты, касались Луны и планет, прежде всего Венеры, очевидно, они отвечали интересам астрологов. У древних египтян считалось, что обожаемая звезда по имени Сотис (Сириус) приносит новый год и разлив Нила. Действительно, день, когда она появлялась на небе как раз перед восходом солнца, почти совпадал с началом разлива Нила, означавшего начало сева, а затем и жатвы. Считалось также, что она вызывает повышение уровня воды.

Очень давно люди заметили: Солнце, Луна и пять больших планет нашей Солнечной системы (Венера, Меркурий, Марс, Юпитер, Сатурн) медленно передвигаются по небосводу. Участок небесной сферы, где они движутся, соответствует древним зодиакам, созданным вавилонянами и позаимствованным затем греками. Он разделен на двенадцать секторов, или астрологических символов, в соответствии с размещением созвездий около 2000 лет назад (Телец, Рак, Лев и т.д.). Считалось, что именно по такому зодиакальному кругу Солнце описывает свой годовой круг – эклиптику.

Греческий астроном Гиппарх (около 161 – 127 г. до н.э.) был автором первого звездного каталога, названного его именем. Он уточнил расположение около тысячи звезд, и определил силу свечения каждой из них.

КАТАЛОГИ ЗВЕЗД

Для плавания в открытом море и для измерения земли надо было иметь точный реестр звезд. К концу средних веков авторитетным был «Альмагест» Клавдия Птолемея. Этот астрономический трактат (160 г.), дошедший до нас в арабском переводе, кратко преподавал математические знания древних людей. Он содержал каталог 48 созвездий и 1022 звезд, разделенных на шесть групп по силе свечения.

Однако первый действительно практический в звездной астрономии атлас составил и напечатал в своей книге «Уранометрия» (1603) Иоганн Байер. В этом атласе в 51 карту описано размещения 1277 звезд. Звезды каждого созвездия обозначались буквами греческого алфавита по мере уменьшения их свечения. Когда же не хватало греческих букв, ученый использовал буквы латинского алфавита.

Благодаря наблюдениям, сделанным с помощью телескопа в Гринвичской королевской обсерватории, английский астроном Джон Флемстид значительно расширил перечень звезд, описанных в то время. Его каталог «История Селестис Британника» (1725) насчитывает их более 3000. Звезды обозначены номерами, место их расположения указанно с беспрецедентной на то время точностью.

Долгое время изучалось только северное небо, то есть небо северного полушария. Мореплаватели и путешественники XVI века были первыми европейцами, которые во всей полноте увидели южное небо, то есть небо южного полушария, со всеми его созвездиями. В 1676 году на острове Святой Елены в Южной Атлантике английский астроном Эдмонд Галлей составляет первый каталог звезд южного неба, указывая расположение 341 звезды, определенное с помощью телескопа.

В ходе экспедиции на мыс Доброй Надежды (1750 – 1754) французский астроном Никола Луи де Кайе наблюдает около 10000 звезд в 14 созвездиях и много новых туманностей. Его каталог появился в 1756 году.

Основанный в середине XIX века под руководством Фридриха Аргеландера каталог «Боннский Обзор» («Bonner Durchmusterung») до сих пор остается фундаментальным трудом в области звездной астрономии северного неба. Этот каталог использует наблюдения, сделанные в обсерватории Бонна; в нем указаны размещения и характеристики около 350 000 звезд. После смерти Аргеландера каталог был дополнен сведениями о южном небе. Обсерватории в Кордове (Аргентина) и в Кейптауне обогатили его данными о 500 000 звезд.

В прошлом веке визуальное наблюдение звезд изменилось фотографированием. Оно позволило открыть миллионы ранее неизвестных звезд, светимость которых была слишком слабой для глаза, даже вооруженного телескопом. Практическая астрономия пользуется не так картами, как каталогами и справочниками звездных координат: возможно, они более исчерпывающие, а может, важно то, что фундаментальные каталоги дают чрезвычайно точное описание ограниченного числа звезд.

ПРОЕКЦИЯ ЗВЕЗД

Даже с Меркаторовой цилиндрической проекцией нельзя получить на плоской поверхности отражения неба, которое было бы полным и учитывало расстояния: происходит деформация углов, расстояний или поверхностей. Такая же проблема возникает в случае географических карт, когда надо изобразить большие площади земного шара.

Для составления карты неба определяется позиция звезд с помощью двух перпендикулярных друг к другу дуг по принципу географической долготы и широты. Чтобы изобразить отдельные небесные тела, такие, как Солнце, Луна или планеты, конечно, используют перспективную развертку сферы. Наблюдатель находится в какой-то части Вселенной подобно камере на космическом корабле. Изображается видимая или невидимая сторона звезды – как в случае Луны, или же сфера вскрывается на три части с двумя дополнительными частями для изображения полярных сегментов.

Точки или поверхности, расположенные на крайнем западе и востоке, или вверху или внизу сферы, изображают в значительно сокращенной перспективе. Для научных целей используют Меркатора цилиндрическую проекцию, дополненную изображением полюсов. Невозможно воспроизвести без значительных искажений невероятные расстояния, с которыми встречаемся в звездных системах, такие как расстояния между планетами нашей Солнечной системы с их кольцами, с их спутниками. Шкалы сокращения, рассчитанные математически, позволяют показать их расположение, траектории и фазы вращения.

ДВИЖЕНИЕ ВСЕЛЕННОЙ

Хотя мы говорим о неподвижных звездах, которые каждую ночь появляются над горизонтом, во Вселенной все находится в постоянном движении. Солнце, Луна и планеты, кометы и падающие звезды путешествуют своим путем и не оставляют на небе малейшего следа. Что может здесь сделать картография? В древности создавали хитроумную конструкцию из подвижных колец, чтобы изобразить движение планет, и астролябии, показывавшие изображение неба в данный момент. Такие приборы использовались вплоть до XVII века.

Долгое время Землю располагали в центре Вселенной в виде плоского диска, над которым разворачивалась и двигалась небесная сфера с неподвижными звездами. Однако, начиная с античного периода, греческие любомудры, такие, как пифагорейцы Гиппарх и Эрастофен, заметили в своих наблюдениях искривление движения планеты. Они пришли к выводу, что Земля, безусловно, сферическая, а также что она, возможно, вращается как планета вокруг Солнца.

Анаксагора обвинили в атеизме за его утверждение, что Солнце – огненный шар, больше чем Пелопоннес. Эти взгляды стоили ему преследований, как и на 1500 лет позже итальянскому математику и астроному Галилею (1564 – 1642), который должен был отказаться от своего открытия сферичности Земли. Гелиоцентрическая концепция не могла утвердиться в античный период. Геоцентрическая модель Вселенной оставалась неоспоримой со времен Птолемея до Средних веков – эпохи, когда церковь защищала ее с еще большим рвением. Надо было ожидать работ знаменитых астрономов, таких, как Коперник, Галилей и Кеплер, – открывателей закона тяготения, руководящего движениями планет, чтобы начала восприниматься гелиоцентрическая система.

ЗНАКИ И ОБРАЗ

Исследования нашей Солнечной системы с помощью космических кораблей, как пилотируемых, так и беспилотных, или космического телескопа «Хаббл» дали новый импульс картографии солнца, планет и их спутников. Электронные видеокамеры постоянно передают изображение высокой четкости на Землю. Затем эти изображения в соответствии монтируются, чаще всего в сферической перспективной проекции или в Меркаторовой проекции.

Чтобы изобразить звезды, китайцы рисовали круги и точки, арабы – маленькие цветные диски, египтяне и греки – звезды с лучами. Именно этот последний образ доминировал на европейских картах до наших дней. Однако с использованием фотографии в астрономии звезды стали изображать точками, величина которых соответствовала степени свечения. Очень трудно изображать туманности, галактики, двойные звезды, звездные скопления и кометы, а особенно небесные тела, обнаруженные не оптическими астрономическими приборами, а благодаря радиоволнам – пульсары, квазары, черные дыры. Сейчас уже начинают изображать магнитные поля и солнечные ветры в виде кривых на специальных картах. НАСА опубликовало цветные карты формаций минералов на лунной поверхности.

Автор: Вернер Меркли.