Историја на астрономијата

Љубопитноста на античките народи за денот и ноќта, Сонцето, Месечината и ѕвездите најпосле ги довела до набљудувања со кои небесните тела изгледале дека се движат по еден вообичаен терк. Ова движење се покажало од голема корист при дефинирањето на времето, локацијата и правците на Земјата. Астрономијата всушност потекнала од самите проблеми со кои се соочиле уште првите цивилизации. Античките народи имале потреба од воспоставување на вистинските периоди на садење и жнеење на житата како и за нивните ритуални и религиозни прослави. Движењето на небесните тела им помагало да го мерат времето при долгите патувања на вршење на стоковата размена.

Рана историја

Најстарите пронајдени цртежи поврзани со небесните набљудувања датираат од пред 3000 година п.н.е. На самите цртежи кои биле нанесувани на коски, а најчесто на пештерските ѕидови, се наоѓаат претставени соѕвездија како Големата Мечка, Касиопеја онака како што тогаш изгледале.

Од периодот од 3000 година п.н.е. се среќаваат и интересни градби меѓу кои се издвојува најстарата астрономска опсерваторија, Стоунхенџ (помеѓу 3000 и 1000 година п.н.е.). Тоа се, всушност, огромни камени блокови кружно распоредени кои се лоцирани близу Солсбери, Англија. Се смета дека за предисториските луѓе Стоунхенџ претставувал еден вид ритуален споменик. Малку се знае за неговата вистинска функција, но се верува дека неговата структура им овозможувала на неговите градители да ги предвидат положбата на Сонцето, рамнодениците, затемнувањата и други настани од Сончевиот календар.

Месопотамија

Месопотамците биле први од античките набљудувачи на ѕвезди кои направиле обид за уредување на деновите, односно месеците во еден постојан временски систем, односно календар. Тие ги делеле светлите тела на небото на подвижни и неподвижни ѕвезди. Петте “подвижни ѕвезди” биле Меркур, Венера, Марс, Јупитер и Сатурн. Подоцна овие тела го добиле името планети (“скитници”). Тие, заедно со Сонцето и Месечината, се движат околу ѕвездената сфера во еден тенок појас кој бил наречен Зодијак. На секое соѕвездие му бил определен период на “владеење” кој се совпаѓал со периодот за кој Сонцето привидно минувало низ тој дел од сферата. Овие соѕвездија подоцна биле именувани од Птоломеј, астроном кој живеел во 2 век од н.е., и тоа со следниве имиња: Овен (Aries), Бик (Taurus), Близнаци (Gemini), Рак (Cancer), Лав (Leo), Девица (Virgo), Вага (Libra), Скорпија (Scorpio), Стрелец (Sagittarius), Јарец (Capricorn), Водолија (Aquarius) и Риби (Pisces).
Помеѓу античките народи кај кои се сретнуваат податоци за небесните набљудувања е и цивилизацијата на Маите кои во тоа време го знаеле точното привидно движење на небесните тела. Археолозите веруваат дека Формативниот период на Маите започнал околу 1500 година п.н.е., но врвот на нивните културни достигнувања бил постигнат за време на Класичниот период кој траел од 300 до 900 година н.е. Во овој временски интервал Маите имаат создадено уникатна уметност и архитектонски стилови, направено зачудувачки астрономски опсерватории и развиено систем на хиероглифи за бележење на значајните настани. Придонесите од оваа цивилизација продолжуваат да се чувтвуваат во Мексико каде многу туристи ги посетуваат руините од времето на Маите, како на пример оние од Посткласичниот град Chichèn Itzà.

Вавилонска астрономија

Иако Египќаните, Маите и Кинезите развиле интересни мапи на соѕвездија, како и корисни календари, сепак културата на Вавилонците бележи поголеми достигнувања. Вавилонската цивилизација растела од XVII до VI век п.н.е. За да го усовршат нивниот календар, тие ги проучувале движењата на Сонцето и Месечината. Тие го назначиле денот после новата месечина за почеток на секој месец. Околу 400 година п.н.е., период кога Вавилон е дел од Персија, вавилонските астрономи забележале дека привидните движења на Сонцето и Месечината од запад кон исток околу Зодијакот немаат постојана брзини. Овие тела наизглед се движат со брзина која расте сé до половината на нивната ротација до одреден максимум по што нивната брзината опаѓа на својот минимум. Вавилонците се обиделе да го претстават овој циклус аритметички со тоа што на Месечината ‘и дале фиксна брзина на движење за време на едната половина од нејзиниот циклус, а различна фиксна брзина за другата половина од циклусот. Подоцна тие го усовршиле математичкиот метод со тоа што ја претставиле брзината на Месечината како фактор кој линеарно расте од минимум до максимум за време на првата половина од револуцијата, за потоа да опадне на минимумот до крајот на циклусот. Со овие пресметки на месечевите и сончевите движења Вавилонските набљудувачи на ѕвезди можеле да гопредвидат времето на новата месечина и воедно првиот ден од месецот. На сличен начин биле пресметани и планетарните позиции претставени заедно со нивните ретроградни и вообичаени движења кон исток. Веројатно е дека од оваа цивилизација потекнуваат астрономите кои го измислиле системот на пресметки.

Египет

Прецизната насоченост на египетските пирамиди преставува траен доказ за високиот степен на техничка вештина во посматрањето на небото, остварена во Египет во 3 милениум п.н.е.. Докажано е дека Пирамидите биле порамнети кон поларната ѕвезда, која, поради прецесијата на рамнодениците, во тоа време била Тубан, бледа ѕвезда во соѕвездието Змеј. Истражувањата на храмот на Амон Ра во Карнак, имајќи го предвид наклонот на оската, покажуваат дека Големиот Храм бил насочен кон изгревот на зимското сонце. .Должината на коридорот оневозможувала сончевата светлина да го осветли просторот во друго време од годината.
Астрономијата играла значајна улога во религиозните обреди - при одредувањето на датите на фестивалите и определувањето на часовите на ноќта. Сочувани се неколку книги од храмовите во кои се запишани движењата и фазите на Сонцето, Месечината и ѕвездите. Изгревот на Сириус (египетски: Сопдет, старогрчки: Сотис) на почетокот на поплавите било особено значаен датум за одредување во годишниот календар.

Кина

Културата на древните Кинези датира уште од 3000 година п.н.е. кога почнува да се развива нивната астрономија. Тие уште тогаш знаеле да ги предвидат затемнувањата на Сонцето и Месечината, да ги определат рамнодневниците и горната и долната кулуминација. Времето го мереле со помош на сончеви часовници, а воедно се и првите луѓе кои почнале да зборуваат за сончевите пеги кои случајно ги откриле кога прку густиот чад на голем пожар погледнале кон Сонцето.

Грција и хеленистичкиот период
Цивилизацијата на античките Грци се развивала од околу 1400 до 300 година п.н.е. Ним им се припишуваат значјни теоретски придонеси за астрономијата. Во самата “Одисеја” на големиот Хомер се споменуваат ѕвездени групи како Големата Мечка, Орион и Плеадите, при што е опишана функцијата на ѕвездите како водич во навигацијата на луѓето. Во една од своите поеми познатиот грчки поет Хесиод ги информира фармерите за тоа кое оѕвездие изгрева пред мугри во различни годишни времиња назначувајќи го најпогодното време орање, садење и жнеење.
Важни научни придонеси се поврзуваат со Талес од Милет и Питагора од Сабос, но никакви пишани дела не се сочуавни од овие грчки философи. Постои легенда, чие потеко буди сомнежи, дека Талес точно го предвидел затемнувањето на Сонцето во мај 585 година п.н.е. Околу 450 година п.н.е. Филолас, еден од следбениците на Питагора, верувал дека Земјата, Сонцето, Месечината и планетите се движат околу централен оган. Околу 370 година п.н.е. астрономот Евдокс ги објаснил набљудуваните движења врз претпоставката дека огромна сфера, која ги носи на својата вдлабната страна ѕвездите, се движи околу Земјата со дневна ротација. Додека, пак, за објаснување на движењата на Сонцето, Месечината и планетите, сметал дека внатре во сферата постојат други провидни сфери меѓусебно поврзани на ралични начини.
Најверојатно најоригиналниот антички набљудувач на небото бил Аристарх од Самос. Тој верувал дека движењата на небото можат да се објаснат со хипотезата дека Земјата се свртува околу својата оска еднаш на 24 часа и заедно со другите планети се врти околу Сонцето. Ова објаснување било отфрлено од многу грчки философи кои ја сметале големата, тешка Земја за статична топка околу која кружи светлината како безмасивно тело. Оваа, пак, тeорија, која е позната како геоцентричен систем, останува виртуелно непредизвикана околу 2000 години. Аристарх, исто така, го измерил и радиусот на растојанијата од Земјата до Сонцето и до Месечианта.

Математичарот, астрономот и географот Ератостен (276 - 194, лево), кој пред сé бил голем философ и логичар, стигнал дотаму што успеал со голема точност да го одреди радиусот на Земјата.
Приказната за ова негово откритие е широко позната за која пишува и Карл Саган во својата книга “Космос”. Накусо, Ератостен прочитал во некоја папирусна книга дека во Сиена, на пладне, на 21 јуни, стаповите што вертикално се забодени во Земјата не фрлаат никаква сенка. Во денот на летната долгодневница, во најдолгиот ден од годината, додека часовите изминуваат кон пладне, сенките од столбовите на храмовите стануваат сé покуси. На пладне исчезнуваат наполно. Тогаш одразот на Сон­цето може да се види и во водата на дното од најблискиот бунар. Сонцето се наоѓа точно над главата.
Љубоптноста го натерала Ератостен да превземе експеримент - всушност да провери дали вертикално забодените стапови остануваат без сенки и во Александрија на 21 јуни. Но се покажало дека сенки сепак имало. Ератостен се запрашал зошто стапот, забоден вертикално во Сиена, не фрла никакава сенка додека, во истиот тој миг, вертикално забодениот стап во Александрија, далеку на север, има значителна сенка. Единствениот можен одговор бил - површината на Земјата да биде закривена. И тоа: колку што е поголема таа закривеност толку е поголема и разликата во должината на сенките. Сонцето се наоѓа толку далеку што неговите зраци се паралелни кога ќе пристигнат до Земјата. Стаповите што се забодени под различни агли во однос на правецот на доаѓањето на сончевите зраци фрлаат сенка со различна должина. Со оглед на забележаната разлика во должината на сенките, оддалеченоста меѓу Александрија и Сиена морала да изнесува околу седум степени по површината на Земјата; со други зборови, ако замислиме дека стаповите се протегаат сé до центарот на Земјата, тие тука би се сечеле под агол од седум степени.

Седум степени се приближно педесетти дел од триста и шеесетте степени колку што изнесува вкупниот обем на Земјата. Ератостен знаел дека растојанието меѓу Александрија и Сиена е приближно осумстотини километри затоа што ангажирал еден човек да пропешачи и измери. Осумстотини километри по педесет изнесува четириесет илјади километри: значи толкав мора да биде обемот на Земјата. Тоа и е точниот одговор.
Ератостен, меѓу другото, зад себе има оставено и еден нацртан каталог на ѕвезди.
Во астрономијата, големиот грчки философ, Аристотел ја застапувал претпоставкта за конечна сферична вселена со Земјата како најзин центар. Според него, централниот регион е составен од четири елементи: земја, воздух, оган и вода. Во Аристотеловата физика, секој од овие четири елементи има свое одредено место, детерминирано од својата релативна тежина односно “специфична гравитација” (според својата тежина, од полесното кон потешкото, Аристотел ги подредил елементити по овој редослед: оган, воздух, вода, земја). Секој елеманет по природа се движи по права линија - земјата надолу, оганот нагоре - кон своето одредено место каде што ќе остане да мирува. Според тоа, Земјиното движење е секогаш линеарни и секогаш доаѓа до запирање. Небото, меѓутоа, се движи природно и бескрајно со комплексно кружно движење. Затоа небото би морало да биде составено одпетти, различен елемент, кој го нарекол етер. Етерот како супериорен елемент е неспособен за било каква промена освен промена на местото при кружното движење. Аристотеловата теорија дека линеарното движење секогаш се одвива низ отпорна средина е всушност валидна за сите земјини движења кои можат да се набљудуваат. Аристотел, исто така, сметал дека потешките тела од некој материјал паѓаат побрзо од полесните со ист облик. Ова погрешно гледиште било прифатено како факт сé додека италијанскиот физичар и астроном Галилео Галилиеј не го спроведе својот експеримент со пуштањето на различните тежините од Кривата Кула во Пиза.
Во II век н.е., на почетокот на Хелинистичкиот период на грчката цивилизација, Грците ги комбинирале своите теории за небесните тела со внимателно испланирани опсервации. Астрономите Хипарх и Птоломеј ја одредиле положбата на речиси 1000 ѕвезди и ги употребиле тие ѕвездени табели како основа за мерење на планетарните движења. Напуштајќи ја идејата на Евдокс за сферите и прифаќајќи многу пофлексибилен систем на кругови тие поставиле постулати за низа ексцентрични кругови каде Земјата е близу центарот за да ги претстават главните источнонасочни движења при различни брзини на Сонцето, Месечината и планетите околу зодијакот. За да ги објаснат периодичните варијации во брзината на Сонцето и на Месечината и обратните движења на планетите, го поставиле постулатот дека секое од овие тела се врти униформно околу втор круг, наречен епицикл, чиј центар се наоѓа на првиот круг. Па така, при правилен избор на дијаметрите и брзините за две кружни движења припишани на секое тело, неговото набљудувано движење би можело да се претстави. Во некој од случаите се јавува потреба за уште еден, трет круг. Оваа техника била опишана од Птоломеј во неговото големо дело “Алмагест”.
Птоломеј ја дал завршницата на геоцентричниот систем. Основните начела на Птоломеевиот систем се:

• Земјата е топка
  
• Земјата лежи во близина на центарот на вселената
  
• Земјата е неподвижна
  
• Земјата не се движи околу својата оска
  
• Земјата не се движи околу Сонцето
  
• Сите тела се движат околу Земјата по кружни патеки и со непроменлива брзина (исклучок прават планетите)

Индија

Најстарите текстови од индиската астрономија кои може да се најдат во религиозната литература на Индија (2 милениум п.н.е.) прераснале во воспоставена астрономска традиција до 1 милениум п.н.е., кога започнале да се обликуваат индиската астрологија (џотиш) и другите поврзани гранки на учења, наречени Веданги. Во следните неколку века повеќе индиски астрономи изучувале различни аспекти на астрономските науки и биле во контакт со развојот на астономијата во остатокот на светот. Индиската астрономија користи некои специфични инструменти и календари.

Средна Америка

Помеѓу античките народи кај кои се сретнуваат податоци за небесните набљудувања е и цивилизацијата на Маите кои во тоа време го знаеле точното привидно движење на небесните тела. Археолозите веруваат дека формативниот период на Маите започнал околу 1500 п.н.е., но врвот на нивните културни достигнувања бил постигнат за време на класичниот период кој траел од 300 до 900 година н.е. Во овој временски интервал Маите имаат создадено уникатна уметност и архитектонски стилови, направено зачудувачки астрономски опсерватории и развиено систем на хиероглифи за бележење на значајните настани. Придонесите од оваа цивилизација продолжуваат да се чувтвуваат во Мексико каде многу туристи ги посетуваат руините од времето на Маите, како на пример оние од посткласичниот град Чичен Ица.

Исламска астрономија

Арапските астрономи составиле нови ѕвездени каталози во 9 и 10 век, а притоа развиле табели на планетарни движења. Арапите, како добри набљудувачи, направиле неколку корисни придонеси во астрономските теории.
Ал-Бируни (973-1050) бил персиски научник кој пишувал на мноштво различни научни теми. Неговите најважни придонеси како научник биле неговите високо перцептивни набљудувања на природните феномени. Меѓу неговите најголеми дела се наоѓа и Масудиевот Канон што претставува негова најсеопфатна студија за астрономијата. Ал-Бируни принел докази дека Земјата е тркалезна и развил нов метод за мерење на нејзината површина. Наоѓајќи ги разликите помеѓу аглите на Земјините испакнатини, тој извршил пресметка на дијаметарот на Земјата врз основа на различниот видик што се наоѓа пред него.

Средновековна европска астрономија

По значајните придонеси на грчките учени за развојот на астрономијата, науката влегла во релативно статична ера во Европа, која траела сè до 12 век. Овој недостиг на прогрес придонел за тврдењата на некои астрономи дека ништо не се случило со европската астрономија во Средниот век. Скорешните истражувања сепак покажуваат нешто посложена слика за изучувањето и предавањето на астрономијата од 4 до 16 век.

Коперниканска револуција

Полскиот астроном Никола Коперник извршил револуција во науката со тоа што го поставува постулатот дека Земјата и другите тела кружат околу стационарно Сонце. Со тоа тој му се спротивставил на дотогаш многу популарниот геоцентричен систем на Птоломеј. Коперник најпрвин се двоумел околу издавањето на неговото откритие, бидејќи се плашел од критицизмот на научните и религиозните заедници. Иако на почетокот претрпел отфрлање и недоверба, Коперниковиот систем е рангиран за најприфатен концепт за вселената до крајот на 17 век. Всушност системот на Коперник привлекувал многу малку внимание сè додека италијанскиот астроном Галилео Галилеј не изнашол докази за негово поткрепување. Како таен обожавател на Коперниковиот труд, Галилео ја увидел шансата да ја испроба Коперниковата теорија со пронаоѓањето на телескопот во Холандија.
Во 1609 година Галилео направил мал рефракторен телескоп, го насочил кон небото и ги открил фазите на Венера, што било индикација дека оваа планета кружи околу Сонцето: исто така открил четири месечини кои кружеле околу Јупитер, а ги забележал и прстените на Сатурн. Убеден во тоа дека, барем, некои тела нè кружат околу Земјата, тој започнал да зборува и пишува подржувајќи го Коперниковиот систем. Неговите обиди да го публицира Коперниковиот хелиоцентричен систем го довеле до судири со црковните власти. Иако бил принудуван да се откаже од неговите верувања и писанија, оваа моќна теорија не можела да остане потисната.

Спојување на физиката и астрономијата

Од научна гледна точка Коперниковата теорија била само еден вид преуредување на планетарните орбити на Птоломеј. Теоријата на античките Грци за движењето на планетите по кружници со фиксни брзини претставува, всушност, продолжение на Коперниковиот систем. Од 1580 до 1597 година данскиот астроном Тихо Брахе ги набљудувал Сонцето, Месечината и планетите од опсерваторијата близу Копенхаген, а подоцна продолжил и во Германија. Врз основа на податоците собрани од Брахе, неговиот германски асистент, Јоханес Кеплер, ги формулирал законите за планетарните движења, притоа давајќи точен математички опис на планетарните орбити. Со тоа тој го изнесол заклучокот дека планетите се движат околу Сонцето не по кружни орбити со униформирано движење, туку по елиптични орбити при различни брзини и дека нивните релативни растојанија од Сонцето можат да се одредат од набљудуваните периоди на нивната револуција.
Иако во Италија храброста на Галилеј да навести постоење на други светови и храброста на Џордано Бруно да се впушти во размислување за други облици на живот им донела многу страдања, во Холандија астрономот Кристијан Хајгенс, кој отворено ги застапувал идеите на Галилеј и на Бруно, бил опсипуван со почести. Хајгенс (1629-1695) конструирал повеќе дурбини, како и часовник со секундарно клатно. Тој ја открил тајната на Сатурновиот прстен, а малку подоцна го извел и законот за центрифугална сила. Во времето на Хајгенс светлината претставувала предмет на научно истражување. Додека Вилеброрд Снелиус ја испитувал рефракцијата, а Антони ван Левенхук го измислил микроскопот, самиот Хајгенс ја поставил теоријата за брановата природа на светлината. Тој тврдел дека поведението на природата на светлината е како ширење на бранови низ вакуум, слично на движењето на брановите во морето. Многу особини на светлината, вклучувајќи ја тука и дифракцијата, можат природно да се објаснат со брановата теорија, така што идејата на Хајгенс доминирала во годините потоа.
Британскиот физичар Сер Исак Њутн (1643-1727) се восхитувал од Хајгенс. Тој верувал дека светлината се однесува така како да претставува струја од ситни честички, делумно и поради тоа што сенките се одликуваат со остри рабови. Сметал дека црвената светлина се состои од најголеми честички, а виолетовата од најмали. Тој усовршил едноставен принцип за да ги објасни Кеплеровите закони за планетарните движења. Преку математичко резонирање, тој дошол до заклучокот дека постои одредена привлечна сила помеѓу Сонцето и секоја од планетите. Оваа сила, која зависи од масите на Сонцето и планетите како и од растојанијата меѓу нив, претставува основа за физичко интерпретирање на Кеплеровите закони. Њутновото математичко откритие е наречено Теорија на гравитација.

Модерна астрономија

По Њутн астрономијата се разгранува во неколку насоки. Со неговиот закон за гравитација, старото прашање за планетарното движење е одново проучувано како небесна механика. Усовршените телескопи дозволиле скенирање на површините на планетите, откривање на многу послабо сјајни ѕвезди како и мерење на ѕвездените растојанија. Во 19 век, новиот инструмент наречен спектроскоп овозможил да се добијат информации за хемискиот состав и движењето на небесните тела.
За време на 20 век се изградени значително поголеми рефлексиони телескопи со огледала од 1000 цм во дијаметар. Проучувањата со овие инструменти довеле до откривање на структурата на големите далечни збирови на ѕвезди, наречени галаксии и на групациите на галаксии. Во втората половина на 20 век развојот во физиката довела до појава на нови класи на астрономски инструменти од кои некои се поставени на сателитите-опсерватории кои орбититраат околу Земјата. Овие инструменти се чувствителни на широк спектар на радијациски бранови должини, вклучувајќи ги гама-зраците, х-зраците, ултравиолетовите зраци, инфрацрвените зраци и радио регионите на електромаг-нетниот спектар. Астрономите започнуваат да ги проучуваат не само планетите, ѕвездите и галаксиите, туку и плазмата (топли јонизирани гасови) која ги опкружува двојните ѕвезди, меѓуѕвездениот простор во кој се раѓаат нови ѕвезди, ладниот прав кој е невидлив во оптичките региони, енергетските јадра на галаксиите кои можеби содржат во себе црни дупки и фотоните кои потекнуваат од Биг Бенг кои можеби носат информации за раната историја на вселената.