Rozwój astronomii od starożytności do XV wieku

Od czasów starożytnych aż po epokę renesansu astronomia skupiała się na jak najdokładniejszym opisie ruchów ciał niebieskich, obserwowanych gołym okiem: gwiazd, a przede wszystkim planet wraz ze Słońcem i Księżycem.

Ziemia zajmowała we wszechświecie miejsce wyróżnione. W starożytności najwyraźniej chyba był widoczny podział astronomii na dwa nurty:  praktyczny, związany z potrzebami życia codziennego, i naukowy, koncentrujący się na budowie modeli matematycznych, które pozwalałyby precyzyjnie opisywać ruchy planet na sferze niebieskiej i przewidywać ich przyszłe położenia. Pierwszy nurt dominował w kulturach Egiptu i Mezopotamii, drugi osiągnął apogeum w Grecji i miał decydujący wpływ na sposób uprawiania astronomii matematycznej w Europie łacińskiej aż po czasy Kopernika.

Późnoegipska (I w. p.n.e.) mapa nieba z babilońskim zodiakiem

Za najtrwalsze osiągnięcia astronomii starożytnego Egiptu można uznać wprowadzenie już około 3000 r. p.n.e. kalendarza wykorzystującego rok liczący 365 dni oraz, zapewne późniejsze, ustalenie podziału nocy, i przez analogię – dnia, na 12 części, skąd wzięła się ostatecznie nasza doba, mająca 24 godziny. Jeszcze Kopernik tak komentował w ks. III O obrotach użyteczność roku egipskiego: „Będę zaś przy obliczaniu ruchów niebieskich posługiwać się wszędzie latami egipskimi, które jedyne spośród cywilnych okazują się równe” (tłum. S. Oświecimski).

W starożytnej Mezopotamii Sumerowie około 3000 r. p.n.e. wnieśli swój wkład do astronomii, nadając gwiazdozbiorom nazwy, z których część dochowała się do czasów współczesnych, np. Byk, Lew czy Skorpion. Najwcześniejsze babilońskie teksty astronomiczne pochodzą z połowy II tysiąclecia p.n.e.; są one zbiorami informacji o różnych zjawiskach, np. warunkach widoczności planet, związanych z przepowiedniami dotyczącymi losów państw i władców. Tak więc rozwój astronomii na ziemiach Mezopotamii bardzo ściśle wiązał się z wielką rolą omenów niebieskich w życiu społecznym i politycznym, choć najważniejsze osiągnięcia naukowe wyszły daleko poza granice tego rodzaju zastosowań.

Astronomii babilońskiej zawdzięczamy bowiem wprowadzenie zodiaku (ok. V w. p.n.e): jako zbioru konstelacji i jako koła wielkiego, podzielonego na 12 znaków i będącego podstawą ekliptycznego układu współrzędnych na sferze niebieskiej. Z tamtejszej tradycji obliczeniowej wziął się stopień – jako podstawowa jednostka miary kątowej – oraz system sześćdziesiętny. Poza tekstami bogatymi w informacje o obserwowanych zjawiskach astronomicznych (np. lista zaćmień sięgająca połowy VIII w. p.n.e.), astronomia babilońska pozostawiła dokładnie wyznaczone podstawowe parametry, takie jak miesiąc synodyczny, rok zwrotnikowy czy okresy obiegów planet. Około 500 r. p.n.e. w astronomii babilońskiej pojawiły się metody matematyczne, które umożliwiały obliczanie – na podstawie opracowanych algorytmów i przy użyciu kilku wyznaczonych parametrów – czasu występowania ważnych zjawisk astronomicznych: nowiu i pełni Księżyca, zaćmień, okresów widoczności planet, ich opozycji stanowisk.

Astronomia starożytnej Grecji stworzyła model uprawiania nauki, który łączył dwa elementy: teorię, wykorzystującą do opisu zjawisk niebieskich geometrię (oryginalna idea grecka), i przewidywania położeń ciał niebieskich, mające postać danych liczbowych (tradycja przejęta z Mezopotamii). Astronomia grecka rozwijała się w ramach modelu dwusferycznego świata, według którego kulista Ziemia była otoczona przez sferę gwiazd, a inne ciała niebieskie poruszały się w obszarze pomiędzy tymi granicami. Model ten ukształtował się ostatecznie zapewne w IV w. p.n.e., choć rozpoznanie kulistego kształtu Ziemi przypisuje się już Pitagorasowi (ok. 572–ok. 497 p.n.e.). Natomiast Platon (ok. 427–374 p.n.e.), jak chce tradycja, miał zapostulować, by astronomowie objaśniali obserwowane zachowanie się ciał niebieskich wyłącznie za pomocą ruchów jednostajnych i kołowych oraz ich złożenia.

Urania, Astronomia i Klaudiusz Ptolemeusz w towarzystwie geocentrycznego modelu świata. Astronomia trzyma w prawej ręce astrolabium płaskie. Drzeworyt z XV w.

Program ten zaowocował wprowadzeniem przez Apolloniosa z Perge (ok. 262–ok. 190 p.n.e.) dwóch geometrycznych modeli planetarnych orbit. W pierwszym z nich planeta krążyła wokół Ziemi ruchem jednostajnym po okręgu, ale Ziemia nie leżała w jego środku, lecz była od niego nieco odsunięta; powodowało to zmiany odległości planety od Ziemi, a zatem prędkości tej pierwszej na tle gwiazd. W drugim modelu planeta poruszała się ruchem jednostajnym po małym okręgu, zwanym epicyklem, którego środek wędrował z kolei – również ruchem jednostajnym – po dużym okręgu, czyli deferencie; środek deferentu pokrywał się z Ziemią.

Modele te były sobie równoważne. Pierwszy z tych modeli – tzw. koło mimośrodowe – wykorzystał Hipparch (II w. p.n.e.) do opisania ruchu Słońca wokół Ziemi. Drugi model posłużył mu do przedstawienia ruchu Księżyca; do określenia parametrów orbity księżycowej uczony użył danych ze źródeł babilońskich. Hipparchowi przypisuje się też odkrycie zjawiska precesji astronomicznej, prowadzenie systematycznych obserwacji astronomicznych i sporządzenie pierwszego obszernego katalogu gwiazd.

Informacje o osiągnięciach Hipparcha zachowały się niemal wyłącznie we fragmentach Almagestu Klaudiusza Ptolemeusza (II w. n.e.). Pracując w Aleksandrii, opisał on w swym słynnym dziele kompletny system modeli geometrycznych i związanych z nimi tabel, pozwalający przewidzieć położenia Słońca, Księżyca i planet w dowolnej chwili w przeszłości i przyszłości. Do rozwiązań Apolloniosa Ptolemeusz wprowadził pewne ulepszenie: środek epicyklu poruszał się po deferencie ze zmienną prędkością, ale taką, że pozostawała ona niezmienna względem ekwantu – punktu leżącego po przeciwnej stronie środka deferentu w stosunku do Ziemi, w tej samej co ona odległości od środka. Dzieło Ptolemeusza stanowi ukoronowanie dokonań astronomii starożytnej.

W wiekach średnich największy wpływ na rozwój astronomii miały prace astronomów islamu i prowadzone przez uczonych europejskich poszukiwania doskonalszej wersji systemu Ptolemeusza, które zaowocowały ostatecznie modelem heliocentrycznym Kopernika.

Między VIII i XIV w. astronomia rozwijała się bujnie w krajach islamu: na Bliskim Wschodzie, w Afryce Północnej i mauretańskiej Hiszpanii. Zadecydowały o tym dwa czynniki: geograficzna bliskość tych obszarów w stosunku do światowych ośrodków nauki starożytnej, gdzie przechowywano teksty naukowe, oraz praktyki religii islamu, które stawiały przed astronomią wiele zadań, dotyczących rachuby czasu (kalendarz księżycowy, wymóg pięciokrotnego odmawiania modlitwy w ciągu dnia) i wyznaczania kierunku ku Mekce w dowolnym miejscu na Ziemi. W IX w. większość greckich traktatów naukowych, w tym Almagest Ptolemeusza, została już przełożona na arabski. Poprzez Hiszpanię dzieła te trafiały do Europy Zachodniej. Uczeni islamu wnieśli duży wkład w rozwój astronomii sferycznej (rozwiązywanie trójkątów na sferze), co odzwierciedla terminologia przejęta z języka arabskiego: zenit, nadir, azymut.

Świadectwem zainteresowania uczonych islamu katalogiem 1022 gwiazd z Almagestu jest jego krytyczna rewizja, opracowana w X w. przez Abd ar-Rahmana as-Sufiego (903–986). Wraz z rozprzestrzenianiem się w Europie arabskiej wersji astrolabium płaskiego – przyrządu służącego do rozwiązywania zadań astronomii sferycznej, będącego jednocześnie miniaturową mapą nieba – upowszechniały się arabskie nazwy najjaśniejszych gwiazd, często w formie mocno zniekształconej.

Astronomowie islamu próbowali wyznaczyć dokładniejsze parametry orbit w systemie Ptolemeusza. Tabit Ibn Qurra (IX w.) opracował nową teorię zjawiska precesji. Al-Battani (ok. 854–929) na podstawie własnych obserwacji poprawił wiele parametrów modelu geocentrycznego (m.in. orbitę Słońca). Wielką popularnością cieszyły się tablice astronomiczne Az-Zarqalego (Arzachel; XI w.), które, nazywane Tablicami toledańskimi, szybko zostały przetłumaczone na łacinę.

W Europie po powstaniu Almagestu uprawianie astronomii matematycznej zgodnie z tradycją nauki greckiej uległo zahamowaniu. W późnym antyku i wczesnym średniowieczu niewiele prac napisanych na Zachodzie nawiązywało do osiągnięć astronomii starożytnej. Substytutem astronomii matematycznej była komputystyka kościelna, która zajmowała się ustalaniem daty Wielkanocy.

Odrodzenie astronomii w Europie Zachodniej wiąże się z przyswajaniem arabskich przekładów autorów greckich i oryginalnych dzieł uczonych islamu w XI i XII w. w ośrodkach hiszpańskich. Na podstawie przekładu pracy Al-Farghaniego Johannes de Sacrobosco (Jan z Holywood) napisał na początku XIII w. Traktat o sferze, popularyzujący w czterech księgach podstawy astronomii Ptolemeusza. W drugiej połowie XIII w. pod protektoratem Alfonsa X Mądrego, króla Kastylii i Leonu, powstały Tablice alfonsyńskie (ich ostateczną redakcję przypisuje się środowisku naukowemu Paryża), które zgodnie z modelami Ptolemeusza podawały sposoby obliczania położeń planet. Zastąpiły one Tablice toledańskie i na długie lata zyskały popularność wśród astronomów i astrologów. W posiadanie egzemplarza Tablic alfonsyńskich z 1492 r. wszedł Kopernik już w czasie swoich krakowskich studiów.

Znaczący postęp w astronomii europejskiej przyniósł XV w. Istotną rolę odegrały tu dwa ośrodki: wiedeńsko-norymberski i krakowski. Z pierwszym z nich związane są nazwiska dwóch uczonych: Georga Peurbacha (1423–1461) i Johannesa Müllera (Regiomontanus; 1436–1476).

 

Literatura

1. Dobrzycki Jerzy, Astronomia przedkopernikowska, Toruń 1971.
2. Historia astronomii, pod red. Michaela Hoskina, Warszawa 2007.
3. North John, Historia astronomii i kosmologii, Katowice 1997.
4. Historia nauki arabskiej, T. 1: Astronomia teoretyczna i stosowana, pod red. Roshdie Rasheda, Warszawa 2000.