Під зоряним небом – історія астрономії

Здавна зоряне небо зачаровувало людей. У рухах зірок вони вбачали дію надприродних сил, що впливають на людську долю. Вони вірили, що на небі можна прочитати віщування, вони прагнули спостерігати його і точно описати. У Шумері й Вавилоні, в Китаї і Єгипті, в Мексиці, Перу та Британії знаходяться рештки астрономічних обсерваторій та приладів, що датуються III тисячоліттям до нашої ери. Отже, історія астрономії дуже давня.

Перші описи зоряного неба і зоряні каталоги з’явилися близько 1700 року до нашої ери у вавилонській астрономії, за часів Хаммурапі. Розрахунки, дотичні до Місяця і планет, передусім до Венери, очевидно, відповідали інтересам астрологів. У давніх єгиптян вважалося, що обожнювана зірка на ім’я Сотіс (Сіріус) приносить новий рік і Нілову повінь. Справді, день, коли вона з’являлася на небі якраз перед сходом сонця, майже збігався з початком Нілової повені, що означало початок сівби, а потім і жнив. Вважалося також, що вона викликає підвищення рівня води.

Дуже давно люди помітили: Сонце, Місяць і п’ять великих планет нашої Сонячної системи (Венера, Меркурій, Марс, Юпітер, Сатурн) поволі пересуваються по небосхилу. Ділянка небесної сфери, де вони рухаються, відповідає стародавньому зодіаку, створеному вавилонцями і запозиченому греками. Він поділений на дванадцять секторів, чи астрологічних символів, відповідно до розміщення сузір’їв близько 2000 років тому (Тілець, Рак, Лев тощо). Вважалося, що саме по цьому зодіакальному колу Сонце описує своє річне коло — екліптику.

Грецький астроном Гіппарх (близько 161 — 127 рр. до н.е.) був автор першого зоряного каталогу, названого його ім’ям. Він уточнив розташування близько тисячі зірок і визначив силу світіння кожної з них.

КАТАЛОГИ ЗІРОК

Для плавання у відкритому морі і для землевимірювання треба було мати точний реєстр зірок. До кінця середніх віків авторитетним був «Альмагест» Клавдія Птолемея. Цей астрономічний трактат (160 р.), що дійшов до нас у арабському перекладі, стисло викладав математичні знання стародавніх людей. Він містив каталог 48 сузір’їв і 1022 зірок, поділених на шість груп за силою світіння.

Одначе перший справді практичний у зоряній астрономії атлас склав і видрукував у своїй книзі «Уранометрія» (1603 р.) Йоганн Байер. У цьому атласі з 51 карти описано розміщення 1277 зірок. Зірки кожного сузір’я позначалися літерами грецької абетки у міру зменшення їхнього світіння. Коли ж бракувало грецьких літер, вчений використовував літери латинської абетки.

Завдяки спостереженням, зробленим за допомогою телескопа у Грінвіцькій королівській обсерваторії, англійський астроном Джон Флемстід значно розширив перелік зірок, описаних на той час. Його каталог «Історія Селестіс Брітанніка» (1725) налічує їх понад 3000. Зірки позначені номерами, місце їхнього розташування вказане з безпрецедентною на той час точністю.

Тривалий час вивчалося лише північне небо, тобто небо північної півкулі. Мореплавці й мандрівники XVI століття були перші європейці, які в усій повноті побачили південне небо, тобто небо південної півкулі, з усіма його сузір’ями. 1676 року на острові Святої Єлени у Південній Атлантиці англійський астроном Едмонд Галлей складає перший каталог зірок південного неба, вказуючи розташування 341 зірки, визначене з допомогою телескопа.

У ході експедиції на ріг Доброї Надії (1750 — 1754) французький астроном Нікола Луї де Кайє спостерігає близько 10000 зірок у 14 сузір’ях та багато нових туманностей. Його каталог з’явився у 1756 році.

Започаткований у середині XIX століття під керівництвом Фрідріха Аргеландера каталог «Боннський Огляд» («Bonner Durchmusterung») і досі лишається фундаментальною працею в галузі зоряної астрономії північного неба. Цей каталог використовує спостереження, зроблені в обсерваторії Бонна; у ньому вказані розміщення й характеристики близько 350 тисяч зірок. По Аргеландеровій смерті каталог доповнено відомостями про південне небо. Обсерваторії в Кордові (Аргентина) та в Кейптауні збагатили його даними про 500 тисяч зірок.

У минулому столітті візуальне спостереження зірок змінилося фотографуванням. Воно дозволило відкрити мільйони раніше невідомих зірок, світність яких була занадто слабкою для ока, навіть озброєного телескопом. Практична астрономія послуговується не так картами, як каталогами та довідниками зоряних координат: можливо, вони вичерпніші, а може, важить те, що фундаментальні каталоги дають надзвичайно точний опис обмеженого числа зірок.

ПРОЕКЦІЯ ЗІРОК

Навіть із Меркаторовою циліндричною проекцією не можна одержати на плоскій поверхні відбиття неба, яке було б повним і враховувало відстані: відбувається деформація кутів, відстаней чи поверхонь. Така сама проблема постає у випадку географічних карт, коли треба зобразити великі площі земної кулі.

Для складання карти неба визначається позиція зірок із допомогою двох перпендикулярних одна до одної дуг за принципом географічної довготи й широти. Щоб зобразити окремі небесні тіла, такі, як Сонце, Місяць або планети, звичайно, використовують перспективну розгортку сфери. Спостерігач міститься у якійсь частині Всесвіту подібно до камери на космічному кораблі. Зображується видимий або невидимий бік зірки — як у випадку Місяця, або ж сфера розтинається на три частини з двома додатковими частинами для зображення полярних сегментів.

Точки або поверхні, розташовані на крайньому заході й сході, або вгорі чи внизу сфери, зображують у значно скороченій перспективі. Для наукових цілей використовують Меркаторову циліндричну проекцію, що доповнюється зображенням полюсів. Годі відтворити без значних викривлень неймовірні відстані, з якими зустрічаємось у зоряних системах, як от віддалі між планетами нашої Сонячної системи з їхніми кільцями, з їхніми супутниками. Шкали скорочення, розраховані математично, дозволяють показати їхнє розташування, траєкторії і фази обертання.

РУХ ВСЕСВІТУ

Хоча ми говоримо про нерухомі зірки, які щоночі з’являються над обрієм, у Всесвіті все перебуває в постійному русі. Сонце, Місяць і планети, комети й падучі зірки мандрують своїм шляхом і не лишають на небі щонайменшого сліду. Що може тут зробити картографія? У давнину створювали хитромудру конструкцію з рухомих кілець, щоб зобразити рух планет, та з астролябій, що давали зображення неба в даний момент. Такі прилади використовувались аж до XVII століття.

Тривалий час Землю розташовували в центрі Всесвіту у вигляді плоского диска, над яким розгорталась і рухалась небесна сфера з нерухомими зірками. Проте, починаючи з античного періоду, грецькі любомудри, такі, як піфагорійці Гіппарх і Ерастофен, помітили у своїх спостереженнях викривлення руху планети. Вони дійшли висновку, що Земля, безперечно, сферична, а також що вона, можливо, обертається як планета навколо Сонця.

Анаксагора звинуватили в атеїзмі за його твердження, що Сонце — вогняна куля, більша за Пелопоннес. Ці погляди коштували йому переслідувань, як і на 1500 років пізніше італійському математикові й астрономові Галілею (1564 — 1642), який мусив відмовитися від свого відкриття сферичності Землі. Геліоцентрична концепція не могла утвердитись в античний період. Геоцентрична модель Всесвіту лишалась незаперечною від часів Птолемея до Середніх віків — доби, коли церква боронила її ще затятіше. Треба було чекати праць славетних астрономів, таких, як Коперник, Галілей і Кеплер, — відкривачів закону тяжіння, що керує рухами планет, аби почала сприйматися геліоцентрична система.

ЗНАКИ І ОБРАЗИ

Дослідження нашої Сонячної системи за допомогою космічних кораблів, як пілотованих, так і безпілотних, або космічного телескопа «Хаббл» дали новий імпульс картографії сонця, планет і їхніх супутників. Електронні відеокамери постійно передають зображення високої чіткості на Землю. Потім ці зображення відповідно монтуються, найчастіше у сферичній перспективній проекції або у Меркаторовій проекції.

Щоб зобразити зірки, китайці малювали кола і точки, араби — маленькі кольорові диски, єгиптяни та греки — зірки з променями. Саме цей останній образ домінував на європейських картах аж до наших часів. Однак із використанням фотографії в астрономії зірки стали зображати точками, величина яких відповідала ступеню світіння. Дуже важко зображувати туманність, галактики, подвійні зірки, зоряні скупчення і комети, а особливо небесні тіла, виявлені не оптичними астрономічними приладами, а завдяки радіохвилям — пульсари, квазари, чорні діри. Нині вже починають зображувати магнітні поля і сонячні вітри у вигляді кривих на спеціальних картах. НАСА опублікувало кольорові карти формацій мінералів на місячній поверхні.

Автор: Вернер Мерклі.