Птолемей и его система

Птолемей

Астроном Клавдий Птолемей, работавший в Александрии во II веке н. э., подвел итоги работ древнегреческих астрономов, главным образам Гиппарха, а также собственных наблюдений и построил совершенную теорию движения планет на основе геоцентрической системы мира Аристотеля.

Кла́вдий Птолеме́й (Κλαύδιος Πτολεμαῖος, лат. Ptolemaeus), реже Птоломе́й (Πτολομαῖος, Ptolomaeus) (ок. 87—ок.165) — древнегреческий астроном, астролог, математик, оптик, теоретик музыки и географ. В период с 127 по 151 год жил в Александрии, где проводил астрономические наблюдения.

Несмотря на то, что Клавдий Птолемей — одна из крупнейших фигур в астрономии позднего эллинизма, о его жизни и деятельности нет никаких упоминаний у современных ему авторов.

Собрание астрономических знаний древней Греции и Вавилона Птолемей изложил в своем труде «Великое построение», больше известном под названием «Альмагест» (до европейцев его труд донесли арабы, так звучит в переводе с греческого «мэгистос» — величайший) – труд из 13 книг.

В «Альмагест» изложена геоцентрическая система мира, согласно которой Земля находится в центре мироздания, а все небесные тела обращаются вокруг нее.

В основе этой модели лежат математические расчеты, сделанные Евдоксом Книдским, Гиппархом, Аполлонием Пергским и самим Птолемеем. А практическим материалом послужили астрономические таблицы Гиппарха, который опирался, помимо греческих наблюдений, на записи вавилонских астрономов.

Система Птолемея

Ключевые положения, на которых строится система Птолемея

  • Небосвод представляет собой вращающуюся сферу.
  • Земля является шаром, помещённым в центре мира.
  • Земля может считаться точкой по сравнению с расстоянием до сферы неподвижных звёзд.
  • Земля неподвижна.

Свои положения Птолемей подтверждает опытами. Других мнений и взглядов не признает.

О движении светил

Каждая планета, согласно Птолемею, равномерно движется по кругу (эпициклу), центр которого движется по другому кругу (деференту). Это позволяет объяснить видимую неравномерность движения планет и в некоторой степени изменение их яркости.

Для Луны и планет Птолемей вводит дополнительные деференты, эпициклы, эксцентрики и широтные колебания орбит, в результате чего положение всех светил определялось с ничтожной по тем временам ошибкой — порядка 1°. Это надолго обеспечило надёжность вычисления планетных эфемерид (звёздные эфемериды — таблицы видимых положений звёзд). Но по теории Птолемея расстояние до Луны и её видимый размер должны были сильно меняться, чего реально не наблюдается. Кроме того, в рамках геоцентризма было необъяснимо, почему базовый период обращения по первому эпициклу для верхних планет был в точности равен году и почему Меркурий и Венера никогда не отходят далеко от Солнца, вращаясь вокруг Земли синхронно с ним.

Движение планет по Птолемею

Движение планеты по деференту у Птолемея представлялось равномерным не по отношению к центру деферента, а по отношению к особой точке, симметричной с центром Земли относительно центра деферента.

Звездный каталог

Птолемей дополнил звездный каталог Гиппарха; число звёзд в нем увеличено до 1022. Положения звёзд из каталога Гиппарха Птолемей, по-видимому, скорректировал, приняв для прецессии (прецессия - явление, при котором момент импульса тела меняет своё направление в пространстве под действием момента внешней силы) неточное значение 1˚ в столетие (правильное значение ~1˚ за 72 года).

Отклонение движения Луны

В «Альмагесте» содержится описание открытого Птолемеем явления отклонения движения Луны от точного кругового. Он дает астрологические характеристики так называемых «неподвижных звёзд».

Астрономические инструменты Птолемея

Здесь же описаны астрономические инструменты, которыми пользовался Птолемей: армиллярная сфера (астролабон) — инструмент для определения эклиптических координат небесных тел, трикветрум для измерения угловых расстояний на небе, диоптр для измерения угловых диаметров Солнца и Луны, квадрант и меридианный круг для измерения высоты светил над горизонтом, и равноденственное кольцо для наблюдения времени равноденствий

Математические задачи для астрономических расчетов

В «Альмагесте» решены некоторые математические задачи, имевшие практическое значение для астрономических расчётов: построена таблица хорд с шагом в полградуса, доказана теорема о свойствах четырёхугольника, известная ныне как теорема Птолемея (вокруг четырехугольника можно описать окружность тогда и только тогда, когда произведение его диагоналей равно сумме произведений его противоположных сторон).

Теорема Птолемея

Расчётные методы Птолемея вавилонского происхождения: употребляются шестидесятеричные дроби, полный угол делится на 360 градусов, введён специальный символ нуля для пустых разрядов и т. д.

Для астрономических расчетов используется подвижный древнеегипетский календарь с фиксированной длиной года в 365 дней.

До появления гелиоцентрической системы «Альмагест» оставался важнейшим астрономическим трудом, книгу Птолемея изучали и комментировали во всём цивилизованном мире. В VIII в. она была переведена на арабский язык, а ещё через век она дошла и до средневековой Европы. Гелиоцентрическая система мира Птолемея господствовала в астрономии до XVI века, т.е. почти 15 веков.

Но его труд неоднократно подвергался и критике, а в 1977 г. американский физик Роберт Рассел Ньютон опубликовал книгу «Преступление Клавдия Птолемея», в которой обвинял Птолемея в фальсификации данных, а также в выдаче достижений Гиппарха за свои.

Но ученые считают эти обвинения малообоснованными, так как анализ данных, изложенных Птолемеем в труде «Альмагеста», показывает, что значительная их часть, особенно для самых ярких звёзд, принадлежит самому Птолемею.

Другие труды Птолемея

Птолемей. Неизвестный художник XVI века

Он написал трактат о музыке «Гармоника», в котором создал теорию гармонии, в трактате «Оптика» экспериментально исследовал преломление света на границе воздух-вода и воздух-стекло и предложил свой закон преломления (приближенно выполняющийся лишь для малых углов), впервые верно объяснил кажущееся увеличение Солнца и Луны на горизонте как психологический эффект. В книге «Четверокнижие» Птолемей подвел итог своих статистических наблюдений о продолжительности жизни людей: так, пожилым считался человек в возрасте от 56 до 68 лет, и только после этого он считался старым. В труде «География» он оставил подробное руководство по составлению атласа мира с указаниями точных координат каждого пункта.