Материал наблюдений, сделанных Гиппархом, был использован знаменитым астрономом Клавдием Птолемеем (II в. н. э.), сочинение которого оказало огромное влияние на все дальнейшее развитие астрономии вплоть до эпохи Коперника. Нам приходилось уже упоминать об этом сочинении, которое в оригинале носило название «Большой трактат Астрономии». Мы имеем в виду знаменитое сочинение, известное под латинизированным заглавием «Альмагест» (Almagestum). При переводе на арабский, а затем с арабского на латинский язык название сочинения Птолемея было искажено, отчего и получилось совершенно бессмысленное слово: «Альмагест». Это название так и осталось за трудом Птолемея.
Из богатейшего и интереснейшего материала, содержащегося в «Альмагесте», нас интересует здесь только птолемеева теория мироздания. Птолемей в своем сочинении принимает точку зрения Аристотеля — Гиппарха о полной неподвижности Земли в центре мира или недалеко от последнего. Вокруг абсолютно неподвижной Земли обращаются все прочие «подвижные» небесные тела в таком порядке: Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер и Сатурн. Все эти семь тел движутся по круговым орбитам, но центр каждой круговой орбиты в свою очередь движется по некоторому другому кругу. Такова система мира Птолемея.
Мы видим, что эта система так же, как и системы Аполлония и Гиппарха, возвращает астрономию «назад», от Аристарха к Аристотелю. Однако, неправильно было бы заключить, что Птолемей настаивает на неподвижности Земли, потому что он не знает или игнорирует учение Аристарха. Напротив, Птолемей весьма обстоятельно разбирает вопрос, покоится ли Земля или движется. Он знает, что видимые движения светил могут быть объяснены, если принять, что Земля движется. Но он отклоняет это объяснение потому, что целый ряд физических соображений, как он полагает, исключает подобное предположение.
Аргументы Птолемея сводятся к следующему: если бы Земля не находилась в центре мира, то мы, — говорит Птолемей, — не всегда могли бы видеть в точности половину небесного свода; далее, из двух звезд, диаметрально друг другу противоположных на небе, мы в таком случае видели бы то обе вместе, то ни одной. Те, — продолжает Птолемей свою аргументацию, — которые допускают, чтобы столь тяжелое тело, как Земля, могло держаться свободно и никуда не упасть, очевидно, забывают, что все падающие тела стремятся двигаться перпендикулярно к поверхности Земли и падать к ее центру, или, что то же, к центру вселенной. Но ведь подобно тому, как свободно падающие тела имеют все без исключения стремление к центру мира, и сама Земля тоже должна была бы иметь подобное же стремление, если бы она была сдвинута из этого центра.
Чтобы оценить силу этих аргументов, мы должны иметь в виду, что, согласно представлениям, господствовавшим в древности и не оставленным и в эпоху Коперника, все «неподвижные» звезды (т. е. все светила, за исключением Солнца, Луны и планет) располагаются на сферической поверхности, так что существует некоторый «центр мира». Вопрос заключался в том, Солнце ли, или Земля помещаются в этом центре.
Но среди аргументов против движения Земли мы находим у Птолемея и такие, которые не связаны необходимо с тем или иным представлением о расположении звезд. Из повседневного опыта мы знаем, что отдельные предметы кажутся то ближе, то дальше друг от друга, по мере того как наблюдатель перемещается и изменяет свое положение по отношению к ним. Это происходит от того, что величина угла, который образуется направлениями, проведенными от глаза к двум каким-нибудь неподвижным объектам, изменяется при изменении положения глаза.
Если Земля обладает поступательным движением, то положение ее, а вместе с тем и положение наблюдателя, изменяется, и потому видимые расстояния между отдельными звездами должны изменяться в зависимости от положения Земли на ее орбите, т. е. в зависимости от времени года. Между тем самые тщательные наблюдения не обнаруживали этого изменения. Отсюда Птолемей делал вывод, что Земля не имеет поступательного движения.
Ошибка Птолемея, как мы теперь знаем, проистекает из того, что расстояния Земли от звезд так огромны по сравнению с диаметром земной орбиты, что смещение Земли по орбите вызывает ничтожнейшие изменения в их видимом расстоянии. Эти изменения не могли быть обнаружены с помощью тех приборов, которыми пользовались древние астрономы. И в эпоху Коперника техника наблюдений не стояла на необходимой для этого высоте. Лишь около ста лет тому назад (в 1838 году) Бессель впервые обнаружил существование такого «смещения» для одной из ближайших к нам звезд (звезда 61 созвездия Лебедя), а впоследствии эти смещения были найдены и для других звезд. Ниже мы увидим, какими соображениями руководствовался Коперник, когда отводил этот и другие аргументы Птолемея. Здесь же мы отметим, что соображения, которыми Птолемей обосновывал невозможность поступательного движения, были еще и в эпоху Коперника очень убедительны.
Что касается вращательного движения Земли, то и против него Птолемей приводит ряд сильных аргументов. Вот, например, один из них. Известно, что при вращательном движении какого-нибудь тела всякий положенный на него предмет отбрасывается наружу (действие центробежной силы). Эта центробежная сила должна была бы при вращении Земли отрывать от Земли и уносить в пространство все предметы, находящиеся на ее поверхности. Этого, однако, не наблюдается.
Мы видим, что Птолемей не принимает во внимание силы земного тяготения, которое перевешивает центробежную силу. Эта ошибка может показаться очень грубой, если не принять во внимание, что механика во времена Птолемея, да и во времена Коперника, находилась в младенческом состоянии, и сколько-нибудь четкого представления об основных законах движения еще не существовало.
То же незнакомство с учением о движении тел проявляется и в других рассуждениях Птолемея; для примера приведем еще одно из них, которое способно, если его не разъяснить с помощью законов механики, показаться неотразимым. Если Земля имеет вращательное движение с запада на восток, то тело, брошенное вверх, при своем обратном падении вниз должно, — говорит Птолемей, — упасть не на прежнее место, а несколько к западу, чего, однако, не наблюдается. Этот аргумент может быть опровергнут только тогда, когда мы обратимся к закону инерции, согласно которому тело, при отсутствии внешних препятствий, должно сохранять имеющуюся у него скорость. Тело, лежавшее на Земле, имело до бросания ту же скорость, что и та точка Земли, где тело находилось. Будучи брошено кверху, оно этой скорости не теряет и поэтому от Земли не «отстает»[5].
Читатель видит, что «простая» ошибка, сделанная Птолемеем, требует для исправления знания «простых» законов механики. Но эти «простые» законы отнюдь не столь очевидны, как может показаться человеку, свыкшемуся с ними: открытие их составило целую эпоху в истории науки. Коперник, как мы увидим, уже предвосхищал эти законы, но с полной ясностью они были осознаны и сформулированы гораздо позднее, лишь в XVII веке.
Основываясь на соображениях, подобных выше описанным, Птолемей построил свою теорию движения планет, которая поражает своей грандиозностью. В этой системе, как и в системе Гиппарха, для объяснения всех особенностей движения планет, планеты предполагаются движущимися по кругам (эпициклам), центры которых в свою очередь движутся по кругам (деферентам).
Коснемся теперь птолемеевой теории движения планет. Согласно этой теории Земля находится в некоторой точке, вблизи центра деферента планеты; планета движется равномерно по окружности эпицикла. С помощью вычисления можно выбрать относительные размеры деферента (эксцентрика) и эпицикла, а также времена обращения так, что при наблюдений с Земли планета будет казаться движущейся то в одну, то в противоположную сторону, т. е. то с запада на восток, то с востока на запад, и возможно так хорошо подобрать размеры эпицикла и эксцентрика, что видимое движение какой-нибудь планеты, например Марса, по небу будет представляться хорошо.
