Евгений Гусев - Расширяя границы Вселенной: история астрономии в задачах
24. Белый, 1982, с. 43.
26. Циолковский, 1961.
30. Араго, 1861, с. 30–31.
32. Птолемей, 1998, с. 278 и 8 (в первой цитате планеты заменены на блуждающие звёзды); Идельсон, 1947, с. 19.
33. Мороз, 1894, с. 44.
35. Араго, 1861, с. 32–33.
38. Полак, 1934, с. 123.
39. Херрман, 1981, с. 47.
40. Коперник, 1964.
43. Коперник, 1986, с. 351. (Иной перевод: «Коперник», 1947, с. 188.)
44. Климишин, 1990, с. 224.
48. Гребеников, 1982, с. 37.
49. Вильвовская, 1994, с. 83.
50. Белый, 1971, с. 54, 71.
51. Еремеева, Цицин, 1989, с. 163.
52. Клейн, 1897, с. 10.
53. Симоненко, 1985, с. 14.
54. Полак, 1934, с. 137.
56. Боголюбов, 1984.
61. Кларк, 1913, с. 402.
65. Уиппл, 1948, с. 228.
67. Белый, 1971, с. 242.
68. Вознесенский, 1976, с. 27.
71. Клейн, 1897, с. 95–96.
72. Миннарт, 1969, с. 98.
74. Араго, 1861, с. 309.
75. Фламмарион, 1897, с. 157–158. 79. Уиппл, 1948, с. 11; Полак,
1939.
81. Кларк, 1913, с. 415.
84. Араго, 1861, с.413. (Иной вариант: Кларк, 1913, с. 106–107.)
87. Кларк, 1913, с. 100.
91. Кларк, 1913, с. 155.
92. Чурюмов, 1980, с. 6.
93. Мейер, 1902, с. 199.
94. Чурюмов, 1980, с. 51.
95. Кларк, 1913, с. 142.
97. Фламмарион, 1897, с. 517.
98. Ватсон, 1947, с. 40.
99. Белый, 1971, с. 94.
Ответы и решения
1. Зарождение астрономии
1.1. Интерес к небу во все времена играл важную роль в духовной жизни человека, в том числе в мифологии, в религии и при формировании представлений об устройстве мира. Объекты астрономии — небесные светила — всегда были доступны для наблюдения. Строгая периодичность их движения позволила древним людям сформулировать простые правила для прогноза небесных явлений (первые теории!), нашедшие применение в повседневной жизни людей. Найти столь же простые законы для объяснения явлений земной природы, особенно живой, оказалось значительно сложнее. Поэтому физика и химия возникли позже астрономии, а биология, медицина, психология до сих пор находятся в стадии протонауки.
1.2. Развитие любой науки происходит вследствие практических потребностей человека, а также внутренних процессов в самой науке, внедрения в неё методов других наук и новых технических идей. Древнейшая часть астрономии — астрометрия — базировалась на визуальных угломерных измерениях положений светил на небесном своде. С изобретением телескопа родилась космография, изучающая внешний вид Солнца, Луны и планет. В основу небесной механики легли законы Ньютона. Эта наука позволила объяснить движение небесных тел. Астрофизика возникла в результате симбиоза астрономии и физических методов исследования. Звёздная астрономия изучает ансамбли космических тел, что стало возможным после разработки методов статистики. Вопросы происхождения и эволюции космических тел и их систем исследуют космогония и космология. Эти науки могли появиться только при наличии мощных инструментов и методов современной физики.
1.3. Кометы при движении должны были бы пересекать небесные сферы, которые, по представлениям древних учёных, являются прозрачными, но твёрдыми, сплошными образованиями. Правда, неясно, как бы нам удалось убедить древних философов в том, что кометы действительно приближаются к Солнцу и удаляются от него.
1.4. Точки и линии небесной сферы были введены древнегреческими учёными — Фалесом Милетским (VII‑VI вв. до н. э.), Евклидом (III в. до н. э.) и др. Они были необходимы для построения систем сферических астрономических координат и для угломерных измерений.
1.5. Несколько тысячелетий назад в районе Северного полюса мира не было яркой звезды. Ориентация в ночное время проводилась по суточному вращению неба, которое надёжнее указывает направление восток — запад, чем север — юг.
1.6. В начале нашей эры точка пересечения небесного экватора и эклиптики находилась в созвездии Овна (Барана). Астрономический знак этого созвездия — стилизованное изображение рогов (Υ) и принят за знак точки весеннего равноденствия. Сейчас точка пересечения эклиптики и небесного экватора находится в созвездии Рыб, но историческое обозначение сохранилось, утеряв первоначальную связь с созвездием.
1.7. Упомянутый закон носил чисто политический характер. До его принятия высшие магистраты имели право наблюдать за небесными явлениями накануне и во время народных собраний и, под предлогом того, что расположение светил неблагоприятно, могли распускать народные собрания. Данный исторический факт косвенно свидетельствует об интересе римлян к астрономическим явлениям.
1.8. Гиппарх открыл прецессию (предварение равноденствий) — смещение точки весеннего равноденствия по эклиптике навстречу годовому движению Солнца. Это происходит вследствие перемещения небесного экватора относительно эклиптики. Физический механизм годичной прецессии был понят только после создания механики.
1.9. Упомянутые явления совпадали в 3100 г. до н. э. В настоящее время из‑за прецессии они разошлись на 43 дня.
1.10. Промежуток времени между сближениями Солнца с Сириусом на небесной сфере равен тропическому году, продолжительность которого была установлена древними египтянами в 365,25d. Высокая точность достигалась путём многолетних наблюдений: если одно сближение определялось с ошибкой в неделю, то через 300 лет наблюдений ошибка в определении периода этого явления составляла всего 0,02d.
1.11. Наблюдения показали, что одинаковые длины тени от гномона, измеренные в полдень дня зимнего солнцестояния, повторяются через 1461 сутки. За это время происходит четыре смены полных циклов природных сезонов. Отсюда древние китайцы поняли, что год не кратен суткам, и смогли достаточно точно определить продолжительность года в 365,25 суток.
1.12. Несомненно, начало календарного года имеет косвенную связь с астрономическими и погодными явлениями. В марте происходит переход Солнца из южного небесного полушария в северное, и день становится длиннее ночи. В сентябре происходит обратное явление, к тому же в это время заканчивается сельскохозяйственный год. В конце декабря наступает день зимнего солнцестояния, а 5–6 января Земля проходит перигелий своей орбиты.
1.13. В Древнем Китае с XXVI в. до н. э. существовал счёт времени по циклам, которые использовались вначале для счёта суток, а потом и лет. У древних китайцев исходными были представления о пяти первоэлементах (вода, огонь, металл, дерево, земля) и о 12–летнем цикле земных лет, носящих имена животных. Возможно, 12–летний цикл был как‑то связан с цикличностью природных явлений, обусловленной активностью Солнца. Оба эти счёта составляли шестидесятилетний цикл. Шестидесятилетняя система счёта времени из Китая распространилась и в близлежащие азиатские страны. Существует также предположение, что в основе шестидесятеричной системы счисления лежит периодичность в движении Юпитера и Сатурна. За 60 лет Юпитер и Сатурн совершают почти целое число оборотов вокруг Солнца: Юпитер 5 раз (× 11,86 лет), Сатурн 2 раза (× 29,457 лет).
1.14. Самые первые измерения продолжительности земного года (Шумер и Древний Египет) дали результат 360 суток. Один градус, по мнению древних наблюдателей, — это путь, проходимый Солнцем по эклиптике за одни сутки.
1.15. Обычай измерять время семидневной неделей возник в Древнем Вавилоне. Неделя соответствует четверти синодического месяца и хорошо фиксируется по лунным фазам. Вавилонские астрономы обнаружили также, что число перемещающихся относительно звёзд ярких небесных объектов тоже семь: Солнце, Луна, Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн. Названия дней недели у некоторых европейских народов и в настоящее время основаны на именах упомянутых космических тел. Месяц как единица измерения времени первоначально связывался с периодом изменения лунных фаз (синодическим месяцем). Но следует заметить, что не у всех народов неделя содержала семь дней: например, у египтян она состояла из 10 дней, у майя и ацтеков — из 13.
1.16. Названия месяцев сохранились от старого римского календаря, в котором счёт месяцев начинался с марта. В этом календаре январь 11–й месяц, февраль—12–й.
1.17. При установлении продолжительности суток в 24 часа использовалась десятичная система счисления, которая была изобретена в Египте раньше, чем в Индии. День делили на 10 часов и по одному часу добавляли на вечерние и утренние сумерки. Позднее на 12 часов была разделена и ночная часть суток, при этом ночные и дневные часы не были равными. Только с IV в. до н. э. был введён одинаковый час для любого времени суток.
1.18. С появлением железных дорог и телеграфно — телефонной связи возникла потребность в едином времени на больших территориях при сохранении преимуществ местного (среднего солнечного) времени. Такой вид счисления времени и получил название поясного времени.
1.19. Недоразумение с Гомером не имело бы места, если бы наша планета, перемещаясь в пространстве, выполняла только два рода движения — вокруг Солнца и вокруг собственной оси. Тогда на протяжении миллиардов лет над северным полюсом Земли красовалась бы одна и та же «Полярная звезда», например, привычная нам а Малой Медведицы. Незаходящие звёзды для каждой данной широты земного шара всегда оставались бы незаходящими, а заходящие — вечно «купались бы в морских волнах».
