Музыка сфер. Астрономия и математика

Согласно Платону, Земля представляла собой сферу, расположенную в центре Вселенной. Звёзды и планеты вращались вокруг Земли по окружностям в следующем порядке (от внутренних к внешним): Луна, Солнце, Венера, Меркурий, Марс, Юпитер, Сатурн и звёзды. Аристотель описал более сложную систему: сферическая Земля располагалась в центре Вселенной, а все небесные тела были закреплены на 56 концентрических сферах вокруг неё, при этом каждой планете соответствовало несколько сфер.

Учитывая, что в то время были невозможны точные астрономические наблюдения, неудивительно, что все предпочли геоцентрическую модель. В результате вращения Земли нам кажется, что небесная сфера и звёзды на ней движутся. Формы созвездий, названия которых мы позаимствовали у древних греков, в течение года не менялись. Из-за больших расстояний до звёзд параллакс был совершенно не заметен.

Главная проблема возникает при объяснении движения планет. Их считали блуждающими звёздами, которые перемещались по небосводу, порой описывая траектории в форме петель, двигаясь вперёд и назад относительно других звёзд. Концентрические модели того времени не позволяли объяснить и другие наблюдаемые явления, например изменение яркости небесных тел. Многие народы считали подобные небесные тела воплощениями божеств.

На этих наложенных друг на друга фотографиях, где изображён Марс на фоне звёздного неба, чётко видно его ретроградное, или возвратное движение.

Система Птолемея и эпициклы

Во II веке н. э. Клавдий Птолемей представил космологическую модель, которую использовали астрономы исламского и христианского мира на протяжении следующей тысячи лет. В своём шедевре «Альмагест» Птолемей свёл воедино труды древнегреческих астрономов прошлого и предложил своё объяснение странному движению планет. Движение каждой планеты описывалось взаимодействием различных сфер. Первая из них называлась деферентом. На ней не было никаких небесных тел, а центр деферента обычно совпадал с Землёй. Другая сфера, по которой двигалась планета, называлась эпициклом. Её центр находился в произвольной точке деферента. В результате совокупного движения обеих сфер планета удалялась от Земли и приближалась к ней, скорость её движения уменьшалась, после чего планета двигалась в обратном направлении — происходило так называемое ретроградное движение планет.

Порядок сфер в модели Птолемея, начиная от Земли, был таким: Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн и неподвижные звёзды.

Вверху — геоцентрическая модель Птолемея. Внизу — основные элементы этой модели, показывающие планету, расположенную на эпицикле, её деферент и траекторию, описываемую системой эпициклов.

* * *

ПЕТЛИ В ОРБИТЕ МАРСА

Внешние планеты видны с Земли как блуждающие звёзды, которые движутся вперёд и назад вследствие взаимного движения обеих планет. К примеру, когда Земля проходит через точки 1, 2, 3 и 4, как показано на рисунке, мы видим, что внешняя планета движется вперёд. Когда Земля переходит из точки 5 в точку 6, нам кажется, что планета движется назад, после чего она вновь движется вперёд из точки 7 в точки 8 и 9. Такую траекторию имеют все планеты, за исключением Меркурия и Венеры. Заметнее всего петли в траектории Марса, так как Марс движется быстрее других внешних планет, и для наблюдений требуется меньше времени. Изображения можно получить, сделав ряд фотографий со штатива, расположенного в одной и той же точке, с последующим наложением снимков.

* * *