Як античні вчені дізналися, що Земля обертається навколо Сонця

Ідея про те, що саме Земля обертається навколо Сонця, а не навпаки, була відома ще давньогрецьким філософам. І найцікавіше те, що вона базувалася на розрахунках і спостереженнях, які кожен може повторити самотужки.

Аристарх Самоський

Зазвичай, коли говорять про геліоцентричну систему світу, згадують Миколая Коперника. Однак видатний польський астроном, хоча і зробив багато для зміцнення ідеї обертання Землі навколо Сонця, автором її не був.

Насправді ця ідея була добре відома ще в античності, і з нею пов’язують ім’я зовсім іншого вченого — Аристарха Самоського. Він жив у III столітті до нашої ери й уже тоді відстоював таке бачення устрою світу. Античні автори жваво обговорювали його: одні підтримували, інші заперечували. Та факт залишається фактом — вона була поширеною і не здавалася неймовірною.

А найцікавіше те, що базувалася вона не на інтерпретації священних текстів чи пустопорожніх спекуляціях, а на спостереженнях, вимірюваннях і підрахунках. Причому вони були легко доступними для перевірки що тоді, що зараз.

Почалося все з питання про те, наскільки далеко від Землі розташовані Місяць та Сонце. Здавалося б, ні до першого, ні до другого не дістатися, здаються вони приблизно однакового розміру, а наскільки великі насправді — хтозна. Проте спосіб встановити це є.

Щоправда, він потребує прийняття як факту того, що Місяць є кулею, яка сама по собі світла не випромінює, а лише відбиває сонячне. Але до такого висновку неважко дійти навіть просто спостерігаючи за фазами нашого супутника. Особливо очевидним це є в перші дні нового місяця, коли видно тоненький ріжок і решту кулі, ніби привид. Це явище пізніше отримало назву сяйва Да Вінчі.

Відстані до Сонця та Місяця

З припущення, що Місяць — куля, на яку падають промені Сонця, витікає наслідок, що коли вона освітлена наполовину, то кут між лініями, що сполучають Місяць та Сонце й Місяць та Землю, є прямим. А розв’язувати задачі з прямокутними трикутниками вміли ще стародавні елліни.

Якщо виміряти в цей момент кут між Місяцем та Сонцем, то його тангенс буде співвідношенням відстаней від Місяця до Сонця та від  Землі до Місяця.

Що таке тангенс, Аристарх ще не знав, однак у нього був математичний інструментарій, для того, аби хоча б приблизно вирахувати необхідне значення. Однак тут існує одна велика проблема. Точно визначити момент, коли Місяць освітлений Сонцем рівно наполовину (така конфігурація зветься квадратурою), надзвичайно важко.

А кут, який треба виміряти, дуже близький до 90°, і у його вимірюванні легко помилитися. У Аристарха Самоського вийшло 87°. Відповідно, Сонце, за його розрахунками, розташовувалося від 18 до 20 разів далі від Землі, ніж Місяць, тоді як насправді відстань до Сонця приблизно у 390 разів більша.

Проте така помилка все ж не завадила вченому зробити правильний висновок, що Сонце розташоване набагато далі від нас, ніж Місяць. А оскільки обидва вони на небі здаються приблизно однакового розміру, то насправді денне світило має бути приблизно у 19 разів більшим, ніж прикраса ночі.

Сонячне затемнення і розміри світил

Але наскільки більшим або меншим за Землю є сам Місяць? Аристарху Самоському допомогли спостереження місячних затемнень і розуміння того, що вони відбуваються, коли супутник потрапляє в тінь Землі. Давньогрецький учений вважав, що тінь Землі дорівнює її діаметру, тоді як насправді вона приблизно на 25 % менша через те, що Сонце не є точковим джерелом світла.

Однак ця похибка не була такою вже принциповою. Аристарх підрахував, що тривалість повного затемнення складає 3,5 години. А ще він знав, що період обертання Місяця навколо Землі — 27,3 доби. Знову ж таки, він не знав, що швидкість її руху орбітою не є постійною. Можна скласти рівняння 2r/t = 2πR/T, де r — радіус Землі, t — тривалість затемнення, R — відстань до Місяця і T — період його обертання.

З цього рівняння можна легко визначити, що співвідношення відстані до Місяця і радіуса Землі (R/r) становить приблизно 59,6 — зовсім недалеко від справжньої величини. Використовуючи цей показник і кутовий радіус Місяця, Аристарх визначив, що його розмір приблизно втричі менший за земний, що досить близько до сучасного значення у 0,273 радіуса нашої планети.

Знаючи це і співвідношення відстаней від Землі до Сонця та від Землі до Місяця, можна обчислити, наскільки ж більшим за нашу планету є саме наше світило. У Аристарха Самоського вийшло, що його радіус співвідноситься із земним більше, як 19 до 3, але менше, ніж 43 до 6. Звичайно ж, це було неправильно через неточне вимірювання кута під час квадратури, але все одно було очевидно, що Сонце набагато більше за Землю.

Аристарх також припустив, що менше тіло зазвичай обертається навколо більшого — з точки зору здорового глузду це здається логічним. Сучасні астрофізики, звісно, могли б посперечатися, наскільки такий аргумент переконливий.

Проте Аристарх, знову ж, зробив правильний висновок: Земля справді обертається навколо Сонця. За античних часів астрономи неодноразово поверталися до вимірювання відстаней до Сонця та Місяця. Наприклад, у Посідонуса вже у I ст. до н. е. вийшло, що воно розташоване на відстані 9893 радіусів Землі від нас. Це все ще було вдвічі менше, ніж справжнє значення, але все одно наше світило здавалося справжнім гігантом у порівнянні з нашою планетою, що було аргументом на користь геліоцентризму.

Але зрештою стародавні елліни та римляни втратили інтерес до ідеї, що Земля обертається навколо Сонця. Про причини цього історики сперечаються досі. Можливо, причиною цього стали релігійні питання, адже в ті часи віра у нерухомість Землі була навіть важливішою для авторитету священників, ніж у часи Відродження.

Інша можлива причина суто наукова: відсутність видимого річного паралакса зір. Якби Земля оберталася навколо Сонця, то ми б мали бачити, як вони трохи зміщуються у міру зміни пір року. Але нічого подібного не відбувається.

Пояснення цьому дав ще сам Аристарх Самоський, правильно припустивши, що зорі просто дуже далеко, тому й паралакс їхній малий. Однак підтверджено це було тільки у XIX столітті. А доти це було справжньою проблемою, яка весь час примушувала сумніватися у геліоцентризмі. Хай там як, а домінувати у науковій думці він став за багато століть після завершення епохи античності.