Выдающиеся достижения ученых в астрономии

Кто из ученых был первым астрономом

Самыми ранними письменными документами (т.е. историей) были астрономические наблюдения вавилонян (~1600 г. до н.э.), которые фиксировали положение планет, время затмений и т.д. Есть также свидетельства интереса к астрономическим явлениям со стороны ранних культур Китая, Центральной Америки и Северной Европы, например Стоунхендж, который представляет собой большой «компьютер» для вычисления положения планет и Солнца (т.е. когда устраивать этот большой праздник солнцестояния).

Фалес Милетский был одним из первых великих математиков западной цивилизации и первым (585 г. до н.э.), кто успешно предсказал время затмения. Поскольку телескоп еще не был изобретен, многие ранние споры велись вокруг небесных тел, которые можно было легко увидеть с Земли, и структуры Солнечной системы.

Самые известные астрономы и их открытия

Греческие астрономы

Гераклид Понтийский (387-312 гг. до н.э) впервые предложил концепцию, согласно которой Земля совершает суточное вращение, хотя он также считал, что Солнце и другие планеты обращаются вокруг Земли каждый день. Эта геоцентрическая (центрированная на Земле) модель Солнечной системы была самой популярной теорией устройства Солнечной системы среди греческих философов, хотя она была стандартизирована и усовершенствована более поздним астрономом, Птолемеем.

Аристотель (384-322 г. до н.э.) верил в геоцентрическую Вселенную и в то, что планеты и звезды являются идеальными сферами, хотя сама Земля таковой не является. Считал, что движения планет и звезд должны быть круговыми, поскольку они совершенны, а если движения круговые, то они могут продолжаться вечно. Сегодня мы знаем, что все это не так, но Аристотель был настолько уважаем, что эти неверные ответы преподавались очень долго. За пределами астрономии Аристотель был выдающимся наблюдателем. Он одним из первых начал изучать растения, животных и людей с научной точки зрения, при этом он верил в необходимость экспериментировать, когда это возможно, и развивал логическое мышление. Это важнейшее наследие для всех ученых, которые последовали за ним.

Во 2-ом веке до н.э. астроном Гиппарх из Никеи открыл прецессии равноденствий, сравнив свои записи с данными более ранних наблюдателей; осознание того, что точки солнцестояния и равноденствия медленно перемещаются с востока на запад на фоне неподвижных звезд, стало одним из его самых значительных достижений.

Используя тонкую трубку, называемую диоптрой, для наблюдения за небом, Гиппарх провел обширные наблюдения за положением звезд и составил первый известный каталог звезд. Ему также приписывают первое использование геометрических моделей для учета астрономических движений. Геометрические расчеты также помогли ему определить расстояние между Землей и Луной. Он открыл прецессии равноденствий и вычислил продолжительность года с точностью до шести с половиной минут.

Экваториальное кольцо Гиппарха

Источник: dic.academic.ru

Клавдий Птолемей (ок.100-170 гг.) считал, что Земля является центром Вселенной. Даже начав с этой неверной теории, он смог объединить увиденные им движения звезд с математикой, особенно с геометрией, чтобы предсказать движение планет. Его знаменитая работа получила название «Альмагест». Чтобы его предсказания сбылись, он решил, что планеты должны двигаться по эпициклам (кругам меньшего размера), а сама Земля — по экванту. Все это не соответствовало действительности, но математика работала на его предсказания. Этот ошибочный взгляд на Вселенную был принят на протяжении многих веков.

Астрономия в период Средневековья

Многие важные труды по греческой, индийской и персидской астрономии были переведены на арабский язык, хранились и использовались в библиотеках по всей исламской земле.

Основой исламской астрономии стали работы Птолемея. После падения Римской империи текст «Альмагеста» был переведен с греческого на арабский к 827 г. н.э. и стал влиятельным среди исламских астрономов. Ранние исламские астрономы следовали концепции геоцентрической системы Птолемея, но начали находить недостатки в его математических расчетах. Например, Птолемей рассчитал, что «колебание» Земли, или прецессия, изменяется на 1 градус каждые 100 лет. Ибн Юнус (950-1009 гг.) исправил это на 1 градус каждые 70 лет, что и используется с тех пор. Сложная геометрия, которую когда-то использовали вавилоняне и которую игнорировали греки, была принята и превзойдена Юнусом, который использовал тригонометрию для расчета 40 планетарных соединений и 30 солнечных затмений.

Графическое изображение наклона Земли

Источник: computerra.ru

Одним из важнейших трудов по исламской астрономии была «Книга неподвижных звезд». Это был звездный каталог, написанный Абд аль-Рахманом аль-Суфи (Азофи) около 964 года нашей эры. Особенность заключалась в том, что она была не просто переводом «Альмагеста» Птолемея на арабский язык, а значительным расширением, включавшим арабские созвездия в более раннюю работу Птолемея. Арабские созвездия традиционно использовались путешественниками-бедуинами, которым нужно было преодолевать большие расстояния по суше, особенно по торговому маршруту Шелкового пути. Арабские названия многих звезд были сохранены, когда книга стала влиятельной в западном мире, и по сей день большинство ярких звезд имеют названия, заимствованные из арабского языка.

После того как греческие ученые внесли значительный вклад в развитие астрономии, в Западной Европе с римских времен до XII века она вступила в относительно статичный период.

Золотой век астрономии

В этот период появились новые астрономы, которые бросили вызов многовековой геоцентрической теории, чему способствовало изобретение телескопа. Астрономы увидели Вселенную в гораздо большем количестве деталей, чем когда-либо прежде.

Коперник (1473-1543 гг.) заново изобрел гелиоцентрическую теорию и бросил вызов церковной доктрине. Коперник не был первым астрономом, бросившим вызов геоцентрической модели Птолемея, но он был первым, кто успешно сформулировал гелиоцентрическую модель и опубликовал ее. Ему удалось преодолеть многовековое сопротивление гелиоцентрической модели по ряду политических и научных причин. С политической точки зрения, в XV веке в Северной Европе ослабевал авторитет церкви, что позволило внести больше разнообразия в научное мышление (хотя новые протестантские конфессии также не сразу приняли гелиоцентрическую модель). С научной точки зрения, более глубокое понимание движения (в частности, инерции) подрывало всю концепцию неподвижной Земли. Вращающаяся Земля — это гораздо более простое объяснение суточного движения звезд, Земля, которая вращается, находится всего в одном шаге от Земли, которая вращается вокруг Солнца. Гелиоцентрическая модель оказала большее влияние, чем просто улучшение решения проблемы ретроградного движения. Поместив Солнце в центр Солнечной системы, Коперник заставил изменить наше мировоззрение = смена парадигмы или научная революция.

Однако Коперник, как и Птолемей, также использовал круговые орбиты и был вынужден прибегнуть к эпициклам и деферентам для объяснения ретроградных движений. Более того, Коперник был вынужден использовать больше эпициклов, чем Птолемей, то есть более сложную систему кругов на кругах. Таким образом, модель Коперника не соответствовала бы нашим современным критериям, согласно которым научная модель должна быть как можно более простой (бритва Оккама).

Тихо Браге (1546-1601 гг.) был первым настоящим наблюдателем в астрономии. Он построил Датскую обсерваторию (используя секстант, поскольку телескопы еще не были изобретены), с помощью которой измерил положение планет и звезд с высочайшей для того времени точностью (первая современная база данных). Он показал, что Солнце находится гораздо дальше, чем Луна, от Земли, используя простую тригонометрию угла между Луной и Солнцем в 1-й четверти.

Иоганн Кеплер (1571-1630 гг.), ученик Тихо, использовал базу данных Браге для формулировки Законов движения планет, которые исправляют проблемы эпициклов в гелиоцентрической теории, используя эллипсы вместо кругов для орбит планет.

Создание высокоточной системы определения движений всех планет положило начало концепции Вселенной с часовым механизмом и стало еще одной сменой парадигмы в философии науки.

Галилей (1564-1642 гг.) разработал телескоп, который мог увеличивать видимость объектов в восемь раз. После последующей модернизации он мог увеличивать объекты в 20 раз. Одним из первых открытий, сделанных Галилеем с помощью телескопа, стала природа поверхности Луны: он обнаружил на ней множество кратеров, расщелин и холмов, что противоречило прежним представлениям о Луне как об «идеальном» небесном объекте. Первым заметил, что Млечный Путь — группа звезд, а не облака на ночном небе. Галилей также открыл луны Юпитера и наблюдал фазы Венеры в 1610 году. С помощью этого телескопа он смог доказать истинность гелиоцентрической системы Коперника.

Иоганн Кеплер порвал с классической традицией в астрономии, предпочтя методы науки размышлениям древних мудрецов. В 1600 году Тихо Браге попросил Кеплера изучить его орбиту. Восемь лет спустя он обнаружил, что не только она эллиптическая, но и все остальные планеты тоже имеют эллиптические орбиты. В 1604 году Кеплер также наблюдал звезду, которая внезапно стала ярче. Теперь ее называют звездой Кеплера, и она стала последней сверхновой, замеченной в Млечном Пути.

Исаак Ньютон, один из величайших ученых всех времен, в основном запомнился своими работами по гравитации. Он также внес большой вклад в астрономию благодаря своим работам по оптике, экспериментируя с поверхностями линз, чтобы понять, можно ли устранить хроматическую аберрацию. Из этих исследований он сделал правильный вывод, что для уменьшения цветовых искажений потребуются либо составные линзы, либо кривые зеркала. Хотя он сделал небольшие телескопы по этой (ньютоновской) схеме, они пригодились лишь последующим поколениям наблюдателей.

Современные астрономы

Планетолог Каролин Порко возглавляла группу по съемке миссии «Кассини» к Сатурну и является экспертом по планетарным кольцевым системам и сатурнианской луне Энцеладу. Ее карьера началась на "Вояджере", где она анализировала изображения и делала открытия в кольцах Сатурна, Урана и Нептуна, а также помогала создавать изображение Земли в виде бледно-голубой точки, полученное с «Вояджера-1». Предсказание, сделанное ею и ее коллегами в начале 1990-х годов, о том, что внутренние колебания внутри Сатурна создают особые особенности кольца Сатурна, было подтверждено, когда «Кассини» добрался до Сатурна, что положило начало новой области сейсмологии планетарного кольца.

Линда Морабито присоединилась к миссии "Вояджер" в качестве инженера в навигационной группе, работая в составе команды, в задачу которой входило улучшить знания об орбитах лун Юпитера, чтобы использовать их для оптической навигации космического аппарата.
Через несколько дней после встречи «Вояджера-1» с Юпитером она сделала одно из самых известных открытий "Вояджера": шлейф на луне Юпитера Ио, который показал, что спутник вулканически активен.

Юджин Шумейкер считается основателем астрогеологии. Он работал в Геологической службе США и внес большой вклад в изучение данных, собранных космическим аппаратом «Рейнджер», который облетел Луну.
В течение многих лет Шумейкер совмещал преподавание в Калтехе с астрогеологическими исследованиями и принимал участие в наблюдениях за кометами и околоземными астероидами, которые он проводил вместе со своей женой Кэролин.

Нэнси Грейс Роман заложила основы нашего понимания того, как растут галактики, и основала программу космической астрономии НАСА, благодаря чему ее стали называть «матерью Хаббла».
В обсерватории Йеркса Чикагского университета она изучала движение звезд, которые образовались в том же скоплении, что и Плуг, но отдалились друг от друга. Позже она расширила свои исследования, включив в них звезды, похожие на Солнце, видимые невооруженным глазом, и заметила, что расположение звезд на орбите в Млечном Пути связано с их металличностью.