Вселенная. Путешествие во времени и пространстве

Издавна было известно, что планеты движутся по небу неравномерно, меняя направление своего движения с прямого на попятное, выписывают загадочные петли в своем движении по звездному небу. Греческие астрономы, например Гиппарх (190–120 годы до нашей эры), обнаружили, что и Луна, и Солнце движутся также ­неравномерно: то чуть быстрее, то чуть медленнее. Обнаружилось, что даже продолжительность сезонов — весны, лета, осени и зимы — неодинакова (сегодня мы совсем не обращаем на это внимание). Эти факты трудно было примирить с идеей о том, что Земля находится точно в центре мира, а планеты, Солнце и Луна движутся по правильным окружностям.

Гиппарх, выполняя наблюдения и расчеты, использовал сформулированную до него теорему о движении небесного тела по эпициклу.

Тело, движущееся вокруг Земли по эпициклу, за год опишет окружность, центр которой будет отстоять от Земли на расстояние, равное радиусу самого эпицикла, при условии, что период обращения по эпициклу также имеет длительность один год. Эту окружность стали называть эксцентр.

На самом деле идея была глубоко неверна: сегодня мы знаем, что все планеты, включая Землю, движутся вокруг Солнца (а Луна — вокруг Земли), причем не по окружностям, а по вытянутым замкнутым траекториям — эллипсам. Разумеется, поэтому наблюдения реальных движений небесных тел никак не согласовывались с идеальной картиной орбит в виде окружностей.

Великолепный математик Гиппарх предложил следующее объяснение наблюдаемых фактов. Земля находится не точно в ­центре круговых орбит планет, а немного смещена. Тогда для земного наблюдателя расстояние до светил, а заодно и видимые скорости их движения на небе будут все время меняться. Исходя из наблюдений, можно было рассчитать, насколько должна быть смещена Земля относительно геометрического центра системы. И эти расчеты были выполнены.

Итак, в основе системы мира Аристотеля — Птолемея находится неподвижный земной шар. Но у Птолемея он расположен не в геометрическом центре системы, а несколько смещен. Точка, где находится центр Земли, называлась эквант. Смещение экванта от геометрического центра мира позволяло смоделировать наблюдаемые на практике движения небесных тел, как и у Гиппарха.

Гипотеза Гиппарха объясняла неравномерность движения планет расположением Земли не в центре орбит планет, представляющих собой правильные окружности.

Гиппарх объяснял неравенство астрономических времен года и неравномерность движения Солнца вокруг Земли расположением Земли не в центре круговой орбиты Солнца, которая складывается из сочетаний движений по деференту и эпициклу.

ЛСС, ЗСС — летнее и зимнее солнцестояния.

ОРД, ВРД — осеннее и весеннее равноденствия.

Но как описать петлеобразное движение планет? В системе Птолемея каждая планета равномерно движется по окружности, которая получила название эпицикл. Но в центре эпицикла находится вовсе не Земля и даже не эквант. Центр эпицикла у Птолемея двигался по другой окружности, которая называлась деферентом. А вот центр деферента ­совпадал с эквантом.

Планета в рамках такой системы двигалась по эпициклу, а центр эпицикла вращался вокруг экванта по дефе­ренту, — в результате получалось петлеобразное движение. Впрочем, не совсем такое, какое наблюдалось на реальном небе.

Гениальный геометр Птолемей продолжал усовершенствовать систему, подгоняя ее под наблюдения. А что, если планета движется не по одному эпициклу, а, например, по двум?..

…Планета движется по второму эпициклу, центр второго эпицикла — по первому, а центр первого эпицикла — по деференту. Нужно было так подобрать радиусы окружностей и скорости движения, чтобы итоговое движение планеты (одновременно по нескольким окружностям, по каждой со своей скоростью) максимально соответствовало наблюде­ниям. Если соответствие было все еще недостаточным, Птолемей вводил третий, четвертый эпициклы. С каждым шагом итоговое движение планеты все ближе походило на то, что астрономы видели в небе. Для достижения удовлетворительной точности Птолемею пришлось ввести десятки эпи­циклов!

Присмотримся к системе Птолемея.