Сонячна система

     Удосконаленням системи світу Евдокса зайнявся учень Платона Аристотель (384 – 322 рр. до н. е.). Оскільки погляди цього видатного філософа – енциклопедиста неподільно панували у фізиці і астрономії протягом майже двох тисяч літ, то зупинюся на них детальніше.

     Аристотель, вслід за філософом Емпедоклом (близько 490 - 430 рр. до н. е.), припустив існування  чотирьох «стихій»: землі, води, повітря  і вогню, із змішення яких ніби відбулися  всі тіла, що зустрічаються на Землі. По Аристотелю, стихії вода і земля  природним чином прагнуть рухатися до центру світу («вниз»), тоді як вогонь і повітря рухаються «вгору» до периферії і то тим швидше, чим ближче вони до свого «природного місця». Тому в центрі світу знаходиться Земля, над нею розташовані вода, повітря і вогонь. По Аристотелю, Всесвіт обмежений в просторі, хоча її рух вічно, не має ні кінця ні початку. Це можливо якраз потоиу, що, окрім згаданих чотирьох елементів, існує ще і п'ята, незнищувана матерія, яку Аристотель назвав ефіром. З ефіру ніби і полягають всі небесні тіла, для яких вічний круговий рух – цей природний стан. «Зона ефіру» починається біля Місяця і тягнеться вгору, тоді як нижче за Місяць знаходиться мир чотирьох елементів. 

3.1 Система Птоломея

     Становлення астрономії як точної науки почалося завдяки роботам видатного грецького вченого Гіппарха. Він перший почав систематичні астрономічні спостереження і їх всесторонній математичний аналіз, заклав основи сферичної астрономії і тригонометрії, розробив теорію руху Сонця і Місяця і на її основі – методи передобчислювання затьмарень.

     Гіппарх знайшов, що видимий рух Сонця  і Місяця на небі є нерівномірним. Тому він став на точку зору, що ці світила рухаються рівномірно по кругових орбітах, проте центр круга  зміщений по відношенню до центру Землі. Такі орбіти були названі ексцентрами. Гіппарх склав таблиці, по яких можна було визначити положення Сонця і місяця на небі на будь-який день року. Що ж до планет, то, по зауваженню Птолемея, він не «зробив інших спроб пояснення руху планет, а задовольнявся приведенням в порядок зроблених до нього спостережень, приєднавши до них ще набагато більшу кількість своїх власних. Він обмежився вказівкою своїм сучасникам на незадовільність всіх гіпотез, за допомогою яких деякі астрономи думали пояснити рух небесних світил».

     Завдяки роботам Гіппарха астрономи відмовилися від уявних кришталевих сфер, припущених Евдоксом, і перейшли до складніших побудов за допомогою епіциклів і деферентів, запропонованих ще до Гіппарха Аполлоном Пергськім. Класичну форму теорії епіциклічних рухів надав Клавдій Птоломей.

     Головний  твір Птолемея «Математичний синтаксис  в 13 книгах» або, як його назвали  пізніше араби, «Альмагест» («Найбільше») став відомим в середньовічній Європі лише в XII в. В 1515 р. він був надрукований на латинській мові в перекладі з арабського, а в 1528 р. в перекладі з грецького. Тричі «Альмагест» видавався грецькою мовою, в 1912 р. він виданий на німецькій мові.

     «Альмагест» - це справжня енциклопедія античної астрономії. В цій книзі Птоломей зробив те, що не вдавалося зробити жодному з його попередників. Він розробив метод, користуючись яким можна було розрахувати положення тієї або іншої планети на будь-який наперед заданий момент часу. Це йому далося нелегко, і в одному місці він помітив: «Легше, здається, рухати самі планети, ніж осягнути їх складний рух...»

     «Встановивши» Землю в центрі світу, Птолемей представив видимий складний і нерівномірний  рух кожної планети як суму декількох простих рівномірних кругових рухів.

     Вслід за Аристотелем Птоломей спробував  спростувати уявлення про можливий рух Землі. Він писав:

     «Існують  люди, які затверджують, ніби ніщо не заважає допустити, що небо нерухомо, а земля обертається біля своєї  осі від заходу на схід, і що вона робить такий оборот кожні доби. Правда, кажучи про світила, ніщо не заважає для більшої простоти допустити це, якщо враховувати тільки видимі рухи. Але ці люди не усвідомлюють, до якого ступеня смішно така думка, якщо придивитися до всього, що скоюється навкруги нас і в повітрі. Якщо ми погодимося з ними, – чого насправді немає, – що найлегші тіла зовсім не рухаються або рухаються так само, як і тіла важкі, тоді як, очевидно, повітряні тіла рухаються з більшою швидкістю, ніж тіла земні; якби ми погодилися з ними, що предмети найщільніші і найважчі мають власний рух, швидкий і постійний, тоді як насправді вони насилу рухаються від повідомляються вони поштовхів, - все-таки ці люди повинні були б признатися, що Земля унаслідок свого обертання мала б рух значно швидше за всі тих, які відбуваються навкруги неї, бо вона скоювала б таку велику, коло в такий малий проміжок часу. Таким чином, тіла, які підтримували б Землю, здавалися б тими, що завжди рухаються по протилежному з нею напряму, і ніяка хмара, ніщо летить або кинуте ніколи не здавалося б прямуючим на схід, бо Земля випередила б всякий рух в цьому напрямі».

     З сучасної точки зору можна сказати, що Птоломей дуже переоцінив роль відцентрової сили. Він також дотримувався помилкового  затвердження Аристотеля, що в полі тяжкості тіла падають з швидкостями, пропорційними їх масам...

     Основні параметри своєї моделі світу Птоломей визначив надзвичайно майстерно і з високою точністю. З часом, проте, астрономи почали переконуватися в тому, що між істинним положенням планети на небі і розрахунковим існують розбіжності. Так, на початку 12 століття планета марс виявилася на два градуси в стороні від того місця, де їй належало бути по таблицях Птоломея.

Щоб пояснити всі особливості руху планет на небі, доводилося вводити для кожної з  них до десяти і більш епіциклів  з радіусами, що все зменшуються, так, щоб центр меншого епіциклу звертався по кругу більшого. До 16 століття рух Сонця, Місяця і п'яти планет пояснювався за допомогою більш ніж 80 кругів! Та все ж спостереження, розділені великими проміжками часу, було важке «підігнати» під цю схему. Доводилося вводити нові епіцикли, дещо змінювати їх радіуси, зміщувати центри деферентів по відношенню до центру Землі. Зрештою геоцентрична система Птоломея, переобтяжена епіциклами і еквантами, звалилася від власної тяжкості. 

3.2 Світ Коперніка

     Книга Коперника, що вийшла в рік його смерті, в 1543 році, носила скромну назву: «Про обертання небесних сфер». Але це було повне скинення Аристотеля погляду на світ. Складна махина порожнистих прозорих кришталевих сфер відійшла в минуле. З того часу почалася нова епоха в нашому розумінні Всесвіту. Продовжується вона і по нині.

     Завдяки Копернику ми взнали, що Сонце займає належне йому положення в центрі планетної системи. Земля ж ніякий не центр світу, а одна з рядових  планет, що звертаються навкруги Сонця. Так все стало на свої місця. Будова Сонячної системи була нарешті розгадана.

     Подальші  відкриття астрономів поповнили  сім'ю великих планет. Їх дев'ять: Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун і Плутон. В такому порядку вони займають свої орбіти навкруги Сонця. Відкрито безліч малих тіл Сонячної системи – астероїдів і комет. Але це не змінило нової Коперникової картини світу. Навпаки, всі ці відкриття тільки підтверджують і уточнюють її.

     Тепер ми розуміємо, що живемо на невеликій  планеті, схожій на кулю. Земля обертається навкруги Сонця по орбіті, не дуже відмінній від кола. Радіус цього кола близький до 150 мільйонів кілометрів.

     Відстань  від Сонця до Сатурна – найдальшої з відомих за часів Коперника  планет – приблизно вдесятеро  більше радіусу земної орбіти. Цю відстань абсолютно правильно визначив ще Коперник. Розміри Сонячної системи – відстань від Сонця до орбіти дев'ятої планети, Плутона, ще майже в чотири рази більше і складає приблизно 6 мільярдів кілометрів.

     Така  картина Всесвіту в нашому безпосередньому оточенні. Це і є світ по Копернику.

     Але Сонячна система ще не весь Всесвіт. Можна сказати, що це тільки наш маленький  світ. А як же далекі зірки? Про них  Коперник не ризикував виказувати ніякої певної думки. Він просто залишив  їх на колишньому місці, не дальній сфері, де були вони у Аристотеля, і лише говорив, і абсолютно правильно, що відстань до зірок в множину разів більше розмірів планетних орбіт. Як і античні учені, він представляв Всесвіт замкнутим простором, обмеженим цією сферою.

     В ясну безмісячну ніч, коли ніщо не заважає спостереженню, людина з гострим зором побачить на небозводі не більше двох–трьох тисяч мерехтливих крапочок. В списку, складеному в 2 столітті до нашої ери знаменитим старогрецьким астрономом Гіппархом і доповненому пізнє Птоломеєм, значиться 1022 зірки. Гевелій же, останній астроном, що робив такі підрахунки без допомоги телескопа, довів їх число до 1533.

     Але вже в старовині підозрювали  про існування великого числа  зірок, невидимих оком. Демокрит, великий  учений старовини, говорив, що біляста смуга, що протягнулася через все небо, яку ми називаємо Чумацьким Шляхом, є насправді з'єднання світла безлічі невидимих по окремості зір. Суперечки про будову Чумацького Шляху продовжувалися століттями. Рішення – на користь здогадки Демокрита – прийшло в 1610 році, коли Галілей повідомив про перші відкриття, зроблені на небі за допомогою телескопа. Він писав із зрозумілим хвилюванням і гордістю, що тепер вдалося «… зробити доступними оку зірки, які раніше ніколи не були видимими і число яких щонайменше вдесятеро більше числа зірок, відомих спрадавна».

     Але і це велике відкриття все ще залишало світ зірок загадковим. Невже всі  вони, видимі і невидимі, дійсно зосереджені  в тонкому сферичному шарі навкруги Сонця? 
 
 

4. СОНЯЧНА СИСТЕМА,  КОМПЛЕКС ТІЛ ЯКІ МАЮТЬ СПІЛЬНЕ ПОХОДЖЕННЯ

     Розв'язання питання про походження Землі  і Сонячної системи в цілому значною  мірою ускладнюється тим, що інших  подібних систем ми не спостерігаємо. Нашу Сонячну систему поки що ні з чим порівняти, хоч системи  подібні до неї, мають бути досить поширені і їх виникнення повинно бути не випадковим, а закономірним явищем.

     У наш час, перевіряючи ту чи іншу гіпотезу про походження Сонячної системи, великою  мірою виходять із даних про хімічний склад і вік порід Землі  та інших тіл Сонячної системи. Найточніший метод визначення віку порід полягає в обчисленні відношення кількості радіоактивного урану до кількості свинцю, що містяться в розглядуваній породі. Справа в тому, що свинець є кінцевим продуктом самодовільного розпаду урану. Швидкість цього процесу відома точно, і змінити її не можна жодним способом. Чим менше урану лишилось і чим більше свинцю стало в породі, тим більший її вік. Найдавніші гірські породи земної кори мають вік кілька мільярдів років. Земля в цілому виникла, очевидно, дещо раніше, ніж земна кора.

     Вивчення  скам'янілих решток тварин і рослин показує, що за останні сотні мільйонів  років випромінювання Сонця істотно  не змінилося. За сучасними оцінками, вік Сонця становить близько 5 млрд. років. Сонце лише ненабагато старше від Землі.

     У розвитку матеріалістичного світогляду величезну роль відіграли вже  перші наукові припущення про  походження Сонячної системи. Такою  була гіпотеза німецького філософа І. Канта, розроблена на основі закону всесвітнього тяжіння. У середині XVIII ст. він висловив ідею про виникнення Сонячної системи з хмари холодних пилинок, що перебували в хаотичному русі. У 1796 р. французький учений П. Лаплас докладно описав гіпотезу про утворення Сонця і планет з газової туманності, яка вже оберталась. Лаплас врахував основні характерні риси Сонячної системи, що їх повинна пояснити будь-яка гіпотеза про її походження: основна маса системи зосереджена в Сонці; орбіти планет і супутників майже колові й лежать майже в одній площині; відстані між ними зростають за певним законом; майже всі планети обертаються не тільки навколо Сонця, а й навколо своїх осей в одному напрямі. Свою гіпотезу він будував на основі уявлень про те, що й планети, і речовина, з якої вони утворились, первісно були в гарячому, розплавленому стані.

     Нині  вчені дійшли висновку, що Земля  ніколи не була ні газовою, ні вогняно-рідкою.

     На  сьогодні найдокладніше розроблено гіпотезу, основи якої закладені працями радянського академіка О.Ю. Шмідта (1891 —1956) в середині нашого століття.

     За  гіпотезою Шмідта, планети виникли з речовини величезної холодної газопилової хмари, частинки якої по найрізноманітніших орбітах оберталися навколо Сонця, що незадовго до цього сформувалось. З часом форма цієї хмари змінювалась. Зіткнення частинок та обмін енергією між ними призводили до того, що хмара поступово сплющувалася, а орбіти частинок ставали коловими. Більші частинки приєднували до себе менші. Став переважати рух в одному напрямі. Виникали згустки речовини, яка тепер розподілялась у вигляді диска, що мав товщину, в тисячу разів меншу від його діаметра. Найшвидше зростала маса найбільших згустків. Потім з великої кількості «розсипчастих» грудок речовини, що утворилися спочатку, виникло кілька великих тіл — планет. За розрахунками, Земля виросла до її сучасної маси за кілька сотень мільйонів років. Холодна на поверхні, вона почала розігріватися всередині внаслідок розпаду радіоактивних елементів. Це зумовило розплавлення земних надр. Важкі елементи утворили ядро, а легкі спливли й утворили кору. У рої частинок, що оточував зародки планет, теж відбувався процес злипання частинок, і виникли супутники планет.