Величайший Николай Коперник[9] в 1540 году без оптического телескопа, с помощью своего визирного прибора «трикветрума», с огромной для того времени точностью проанализировал видимые движения планет вокруг Солнца и, «включив» свою гениальную интуицию, обосновал гелиоцентрическую систему, совершив революцию в астрономической науке. Допустив движение планет, в том числе и Земли, вокруг Солнца, он показал, что можно гораздо проще и изящнее объяснить наблюдаемые движения планет. Однако Коперник сохранил в своей модели идею круговых орбит, поместив Солнце в центр земной орбиты. Вследствие этого Коперник был вынужден сохранить некоторые из эпициклов Птолемея. Своё учение он изложил в сочинении «Об обращении небесных сфер» (1543). Книга вышла в свет в день его смерти. Этот величайший труд надолго был запрещён католической церковью.

Следующий шаг был сделан датским астрономом Тихо Браге, которому удалось с величайшей точностью определять положения планет. Его судьба сложилась иначе. Датский король Фридрих II подарил ему целый остров Гвеен, назначил ему постоянное годовое содержание, построил ему на этом острове великолепную обсерваторию Ураниенбург, оснастив её самыми лучшими инструментами того времени. Учёные дальних стран и даже многие государи посещали Браге на его острове. Его постоянно окружали студенты, приходившие учиться под его руководством. Ему удалось определить продолжительность года — 365 суток, 5 часов, 48 минут и 45 секунд. Это измерение на одну секунду отличается от современных измерений. Вот что означает астрономическая точность великого наблюдателя! Но вот беда: из своих сверхточных измерений (в 1 минуту дуги) он не извлёк ни одного астрономического закона.

После кончины Тихо Браге архив его наблюдений оказался в руках Иоганна Кеплера[10]. Именно эти точные астрономические наблюдения, выполненные Тихо Браге, привели Кеплера к открытию кинематических законов движения планет, а Исаака Ньютона[11] к закону всемирного тяготения и созданию основ небесной механики. Кеплер доказал, что планеты движутся по эллиптическим орбитам, в одном из фокусов которых находится Солнце. Более того, он заметил, что планеты, приближаясь к Солнцу, движутся быстрее, а удаляясь от него, замедляют своё движение. Ему удалось заметить, что воображаемая линия, соединяющая планету с Солнцем, описывает за одинаковые промежутки времени одинаковые площади внутри эллипса. Но самое поразительное соотношение, которое получил Кеплер, это то, что квадрат периода обращения по орбите каждой планеты пропорционален кубу её среднего расстояния от Солнца. Он окончательно избавил астрономов от необходимости вводить эпициклы для объяснения строения Солнечной системы. Но стоит заметить, что ещё Тихо Браге не принимал гелиоцентрическую систему.

Гелиоцентрической системе суждено было достичь полного признания благодаря Галилео Галилею[12], который первым наблюдал за планетами систематически. В его время, около 1600 года, в Голландии появились умелые стекольных дел мастера и, как гласит легенда, дети стекольщиков случайно заметили «увеличение» предметов с помощью выпуклых стёклышек. Голландские стеклоделы догадались изготовлять и продавать мореплавателям зрительные трубы. Галилей воспользовался идеей голландских мастеров и в 1609 году самостоятельно изготовил первый телескоп с трёхкратным увеличением. Впоследствии он изготовил телескоп с 30-кратным увеличением, с помощью которого открыл пятна на Солнце, лунные горы, спутники Юпитера — Ио, Европу, Ганимед и Каллисто.

До Галилея было общепринятым представление Аристотеля о «спокойном небе». Считалось, что раз и навсегда сотворённый мир живёт неизменной жизнью. Все замеченные изменения в звёздном мире считались незакономерными, курьёзными явлениями. Великому астроному Галилею принадлежала мысль о нестационарности «звёздного мира». Католическая церковь жестоко преследовала Галилея за провозглашение нестационарности мироздания. Нестационарность Вселенной впоследствии стала основным объектом астрофизических исследований Амбарцумяна.

Универсальность закона всемирного тяготения Ньютона получила подтверждение в работах Уильяма Гершеля[13] по исследованию двойных звёзд, вращающихся одна вокруг другой. Гершель наметил общую форму нашей Галактики, оценив её размеры, и сделал вывод, что она является одним из многочисленных звёздных «островов» во Вселенной.

После открытия Гершелем галактик одной из насущных проблем космогонии стала проблема расстояний до них. Первоначально для определения расстояний до галактик астрономы изучали в этих галактиках новые звёзды и цефеиды. Однако фундаментальному решению этой проблемы способствовало появление в XIX веке спектральных методов исследования. Её решил в 1920 году американский астроном Эдвин Хаббл[14], анализируя смещения спектральных линий далёких галактик. Он установил прямую пропорциональность красного смещения (смещения спектральных линий в сторону длинных волн) скорости удаления галактик, а также и расстояния до них (закон Хаббла). Этот закон является одним из фундаментальных законов астрономии. Он же с помощью наблюдений установил факт разбегания галактик. Оказалось, галактики удаляются со скоростями, пропорциональными их расстояниям от нас. Это означает, что если одна из них расположена от нас в сто раз дальше, чем другая, то она удаляется от нас в сто раз быстрее, чем первая.

Таким образом, Хабблом было установлено, что Вселенная не статична, а находится в состоянии расширения.

Сравнение расстояний, измеренных различными методами, подтвердило безукоризненную точность метода определения расстояний по величине красного смещения спектров звёзд. Современная астрофизика при определении расстояний пользуется в основном этим методом, особенно для самых далёких объектов, находящихся на «краю» Вселенной.

Современные крупные наземные и орбитальные телескопы способны прощупать край Вселенной, простирающийся почти до двадцати миллиардов световых лет, и измерить скорость самого далёкого, быстро удаляющегося объекта, приближающуюся к скорости света (300 ООО км/с), но не превышающую её. Блез Паскаль, блестяще опередив своё время, прекрасно сказал: «Не огромность мира вызывает восхищение, а человек, который измерил её».

Неоспоримый факт расширения Вселенной многими исследователями был принят в штыки. Долгое время упорно отвергал возможность расширения Вселенной Альберт Эйнштейн, так как это противоречило его теоретическим исследованиям.

Естественно, заманчиво «пустить» мысленно расширение Вселенной в обратном направлении и проследить эволюцию Вселенной во времени в прошлое (экстраполяция назад). Несмотря на то, что при этом возникает масса сомнений, такой подход создаёт некую полезную методическую наглядность в представлении возможной картины происхождения и эволюции Вселенной.

Тогда мы можем по измеренному расширению Вселенной (разбеганию галактик) прийти к тому, что примерно 20 миллиардов лет назад Вселенная была сосредоточена в малом сверхплотном теле и в результате его катастрофического взрыва образовалась наша Вселенная. Это — так называемая теория Большого взрыва. Впервые об этом догадался блестящий физик XX века Георгий Гамов. Этой теории отдаётся сейчас большее предпочтение, чем альтернативным теориям. Она действительно даёт сравнительно удовлетворительную схему для объяснения многого из того, что наблюдают астрономы. Итак, будем считать, как общепринято в научной литературе, что Вселенная (точнее её наблюдаемая часть — Метагалактика) возникла 20 миллиардов лет назад. Вначале она была невероятно горячей и плотной. Температура и давление были столь высоки, что она взорвалась, и осколки взрыва всё ещё разлетаются. Астрономы рассчитали подробные варианты развития Большого взрыва и в целом согласны с этой картиной, но всё ещё серьёзно расходятся в массе вопросов.