Astronomia Si Istoria Astronomiei - Momente Din Istoria Astronomiei

Momente din istoria astronomiei

Diana Neamţu, clasa a IX-a H

Colegiul Naţional “Mihai Viteazul” Bucureşti

 

Câteva definiţii

  1. Astronomia este ştiinţa care se ocupă cu studiul aştrilor, al mişcării şi evoluţiei lor, al structurii şi compoziţiei lor, precum şi cu studiul sistemelor de aştri, al galaxiilor şi al Universului.
  2. Cosmogonia este ramura astronomiei care studiază formarea şi evoluţia corpurilor şi a sistemelor de corpuri cereşti.
  3. Cosmografia este ramura astronomiei care se ocupă de descoperirea corpurilor şi a fenomenelor cereşti.
  4. Cosmologia este ramura astronomiei care studiază  structura şi evoluţia Universului şi legile generale care îl conduc. Cosmologia filozofică este ramura filozofiei care tratează despre structura Universului în termenii primelor principii.            

 

  1. Astronomia preistorică

Primele observaţii sistematice asupra cerului au fost făcute încă din mileniul III î.e.n., în China, India, Mesopotamia şi Egipt.
De la prima civilizaţie a antichităţii, de la asiro-babilonienii stabiliţi în Mesopotamia (în limba greacă “ţara dintre fluvii” Tigru şi Eufrat, pe teritoriul de azi al Irak-ului) s-au păstrat sute de mii de tăbliţe de lut pe care erau înscrise, alături de calcule şi operaţii aritmetice, în sistem hexazecimal şi înregistrări ale observaţiilor lor astronomice. Se pare că instrumenetele lor de observaţii astronomice nu erau cu nimic inferioare celor folosite de grecii antici mult mai târziu. Asiro-babilonienilor li se atribuie pentru prima dată capacitatea de a deosebi o planetă de o stea, determinarea echinocţiilor şi a solstiţiilor, împărţirea eclipticii în douăsprezece semne zodiacale, delimitarea constelaţiilor şi realizarea primei hărţi cereşti, în care erau bine precizate orbitele, conjuncţiile şi eclipsele planetelor. Încă din mileniul III î.e.n., anul sumero-babilonian avea 354 de zile şi 12 luni, corecţia anului calendaristic faţă de anul solar făcându-se prin introducerea unei luni o dată la trei ani. De asemenea, ziua avea 12 ore duble, fiecare având 60 minute duble iar fiecare minut având 60 de secunde duble. Acest principiu de subdiviziune a timpului s-a transmis până la noi prin intermediul evreilor, grecilor şi apoi al romanilor.
Primele observaţii astronomice, consemnate pe “oasele de ghicit” descoperite pe teritoriul Chinei, datând din sec.XIV – XIII î.e.n. se referă la eclipsele de Lună şi de Soare. Vechii chinezi cunoşteau 5 planete (Jupiter, Marte, Saturn, Venus şi Mercur) pe care le puneau în conjuncţie cu cele 5 elemente (pământ, lemn, metal, foc şi apă). În sec.IV î.e.n. anul chinezesc avea 365 zile aşa cum cercul avea şi el 365 de grade. Pentru măsurarea timpului chinezii foloseau clepsidra. Un catalog chinez din sec.III î.e.n. cuprindea 1464 de stele grupate în 284 constelaţii. Primul observator astronomic chinez este datat aproximativ în anul 2500 î.e.n. Pe lângă biblioteca imperială a funcţionat în anul 621 e.n. un alt observator astronomic. Marele observator din Beijing a fost construit în anul 1438 şi a fost încredinţat începând cu anul 1629 astronomilor europeni veniţi aici ca misionari iezuiţi. Chinezul Su Song a inventat în anul 1088 unul din cele mai rafinate instrumente pentru observaţii astronomice, sfera armilară, pe care o vom găsi în Europa abia în secolele XIII – XIV. De asemenea, montajul ecuatorial al telescopului modern a fost inventat în China cu peste 3 secole înaintea apariţiei primului telescop.
În a doua jumătate a mileniului al II-lea î.e.n. sunt consemnate şi primele preocupări astronomice în India: studiul mişcării Soarelui şi a Lunii, împărţirea anului în 360 zile şi alcătuirea de liste a 27 sau 28 constelaţii. Cel mai important tratat indian de astronomie, Suryasiddhanta, datat în sec.IV e.n., cuprinde în cele 500 de distihuri informaţii despre măsurarea timpului, cele mai vechi tabele de sinusuri cunoscute, despre meridiane, puncte cardinale, echinocţii şi solstiţii, despre eclipsele de Lună şi de Soare.            
În Egiptul antic, astronomia şi cosmologia au fost alterate de gândirea mitică: pământul plutea pe un haos de apă, iar deasupra se arcuieşte cerul susţinut de patru stâlpi, pe care navighează soarele în barca serii şi în barca dimineţii, având ca vâslaşi stelele. Soarele, luna şi stelele erau divinizate în timp ce constelaţiile reprezentau nişte fiinţe cereşti. Observând poziţia celor 36 de constelaţii – “decanii” – de-a lungul ecuatorului ceresc şi periodicitatea apariţiei lor la 10 zile, egiptenii au stabilit un ciclu de 360 zile. Din anul 2776 î.en. datează primul calendar lunar, în funcţie de fazele Lunii. El a fost corectat ulterior la 365 zile folosind ca punct de reper poziţia stelei Sirius la orizont, alături de Soare. Anul egiptean avea 12 luni a câte 30 zile şi cuprindea trei anotimpuri, în funcţie de starea Nilului: ”revărsarea”, “acoperirea” şi  “anotimpul uscat”. Calendarul egiptean, modificat de Ptolemeu, a devenit mai târziu calendarul iulian, şi apoi calendarul gregorian de astăzi. Pentru măsurarea timpului egiptenii foloseau clepsidre şi calendare solare. Egiptenii au determinat nordul cu precizie de un grad, şi au construit piramidele cu câte o faţă spre un punct cardinal.
Conform unor cercetători, evreii antici nu au studiat stelele şi planetele, aşa cum au făcut babilonienii, egiptenii şi grecii, pentru a nu cădea în idolatrie. Nici un text biblic nu face referire la cunoştinţe de astronomie, deşi evreii ştiau să fixeze datele diverselor sărbători.               
 

3. Astronomia şi teoriile cosmologice din Grecia antică

Începând cu secolul VI î.e.n. grecii au studiat mişcarea aştrilor, forma cerului şi a Pământului, şi de la ei se păstrează până astăzi denumirile stelelor şi ale constelaţiilor, dintre care cele mai celebre sunt următoarele: Orion (numele marelui vânător din mitologia greacă), Canis Major (cu cea mai strălucitoare stea, Sirius), Canis Minor, Lepus şi Taurus, Perseus, Andromeda şi  Cassiopeia. Grecii au fost primii care au încercat să explice, într-o manieră logică şi sistematică, cum funcţionează Universul, folosind modele şi observaţii. Încă din secolul VII î.e.n. grecii au considerat că Universul este un loc raţional guvernat de legi naturale, universale şi că omul poate să afle aceste legi. În acest domeniu ştiinţa nu era capabilă însă să dea răspunsuri sigure, absolute.

harta lumii din timpul lui homer
Harta lumii, pe vremea poetului Homer (sec.VIII Î.e.n.)
şi a istoricului şi geografului Hecateus din Millet (sec.VI î.e.n.)
Se pare că primele preocupări astronomice au aparţinut unuia din cei şapte înţelepţi ai Greciei antice, savantul şi filozoful Thales din Milet (625 – 547 î.e.n.) care a rămas în istorie prin prezicerea unei eclipse de Soare. Thales considera că apa este elementul primar în Univers.
Mai târziu matematicianul şi filozoful Pitagora din Samos (582 – 507 î.e.n.) este cel care numeşte cerul – “cosmos” şi declară că Pământul are formă sferică. Filozoful Parmenide din Eleea  (515 – 440 î.e.n.) susţinea şi el teoria sfericităţii Pământului şi afirma că “Luna mişcându-se în jurul Pământului iluminează nopţile cu o lumină împrumutată”. Numele lui Pitagora este reţinut de istoria astronomiei pentru că a fost primul matematician care a ajutat, prin teoremele sale, la dezvoltarea astronomiei ca ştiinţă. Teorema lui Pitagora a fost extrem de utilă în calculul distanţelor astronomice.    
Totuşi prima teorie cosmologică importantă îi aparţine savantului şi filozofului grec Aristotel (384 – 322 î.e.n), discipolul lui Platon, care considera că în centrul Universului se află Pământul, sferic şi învăluit de mai multe sfere concentrice; primele trei sfere sunt formate din cele trei elemente fundamentale:  apa, aerul şi focul. Ultima sferă este învăluită de alte şapte sfere cristaline, în care sunt fixate cele şapte planete cunoscute, în ordinea următoare: Luna, Mercur, Venus, Soarele, Marte, Jupiter şi Saturn. Dincolo de ultima sferă cristalină se află firmamentul cu stelele fixe, aflat în mişcare permanentă. Permanenta mişcare a stelelor reprezenta în concepţia lui Aristotel “agentul motor primordial” (primum movens), iar mişcarea lor era comunicată mecanic şi sferelor din interiorul sistemului. Pentru a evita interferenţa mişcării sferelor, Aristotel consideră că între sferele planetelor se află alte sfere compensatoare, care se rotesc uniform în jurul aceleiaşi axe, dar în sens invers cu primele. În acest fel, cele 56 de sfere din care este compus Universul asigură perpetuitatea mişcării şi imposibilitatea existenţei vidului, fiecare sferă aderând cu cea imediat învecinată. Conform lui Aristotel, corpurile din sfera Lunii şi cele din sferele următoare se compun din al cincilea element, de natură eterică, subtilă – “quintesenţa” care asigură continuitatea infinită a mişcării sferelor cereşti. Deşi permitea explicarea unor fenomene, modelul cosmologic al lui Aristotel nu putea explica de ce planetele se află la distanţe diferite de Pământ şi nici neuniformitatea eclipselor.
Astronomul Aristarh din Samos (310 – 230 î.e.n.), discipolul lui Straton din Lampsakos, este considerat precusorul lui Nicolaus Copernic pentru că în tratatul său “Despre dimensiunile şi distanţele Soarelui şi Lunii” afirmase că “stelele fixe şi Soarele rămân imobile, iar Pământul se roteşte în jurul Soarelui, descriind un cerc, Soarele aflându-se în centrul orbitei”. Aristarh a descoperit prima metodă de calcul a distanţei relative dintre Pământ şi Soare şi dintre Pământ şi Lună. Ipoteza heliocentrică a lui Aristarh a fost însă respinsă de toţi marii astronomi greci care i-au urmat (Arhimede, Apollonios din Perga şi Hiparchos) cu o singură excepţie, Seleucos (sec. II î.e.n.).
În sec.II î.e.n. cel mai important astronom grec a fost Hiparchos din Niceea (c.190 – c.125 î.e.n.), care a introdus subdiviziunea hexazecimală a cercului în 360 de grade, a gradului în 60 de minute, şi a minutului în 60 secunde, asemeni vechilor babilonieni. Hiparchos a folosit instrumente construite chiar de el pentru observaţiile sale astronomice: dioptru, astrolab, sfera armilară, planetariul, sfera stelelor fixe, care i-au permis efectuarea unor calcule ştiinţifice riguroase ale distanţelor dintre aştri şi a longitudinilor. Hiparchos a scris un tratat de trigonometrie sferică, a descoperit proiecţia stereografică şi a întocmit tabele pentru următorii 600 ani, cu poziţiile zi de zi ale Soarelui, a recalculat datele producerii eclipselor, mai precis decât babilonienii şi intervalele de repetiţie ale fazelor Lunii (lunaţia). Hiparchos a determinat cu o precizie foarte de bună, mai mică de o secundă, durata lunii sinodice (intervalul de timp în care Luna, aflată în una din fazele ei, face o mişcare de rotaţie completă în jurul Pământului şi revine la faza de la care a plecat) la 29 zile 12 ore 44 minute şi 2,5 secunde (valoarea acceptată azi se termină cu 2,8 secunde!). Hiparchos a întocmit primul catalog al stelelor, determinând poziţia a 805 stele fixe, clasificate în funcţie de strălucirea lor aparentă în şase clase de strălucire, principiu păstrat şi astăzi. A stabilit durata anului solar (intervalul de timp în care Pământul efectuează o rotaţie completă în jurul Soarelui) şi a anului sideral (intervalul de timp de 365 zile, 9 ore şi 9 secunde, în care Soarele, în mişcarea lui aparentă, plecând de la o stea ajunge iaraşi acolo) cu o precizie de numai 6 minute, respective 50 secunde, faţă de valorile calculate în timpurile moderne. Cea mai importantă descoperire a lui Hiparchos a fost însă deplasarea anuală a punctelor echinocţiale (cele două puncte de intersecţie ale eclipticii cu ecuatorul ceresc în care se află Soarele la echinocţiu) sau “precesia  echinocţiilor“.
Geograful Posidonius (135 – 51 î.e.n.) a descoperit fenomenul refracţiei atmosferice, şi a calculat distanţa de la Pământ la Soare, valoarea determinată de el fiind cea mai apropiată de valoarea calculată în timpurile moderne dintre toţi astronomii greci.    
Ptolemeu (100 – 170 e.n.) preia teoria lui Hiparchos (sec.II î.e.n) şi, în lucrarea sa “Compendiu de matematică”, cel mai vechi tratat de astronomie cunoscut, înlocuieşte sistemul de sfere concentrice al lui Aristotel cu o serie de traiectorii circulare care permiteau explicarea neregularităţii mişcării aştrilor. Conform teoriei geocentrice ptolemeice, fiecare planetă se mişcă pe o circumferinţă (epiciclu) al cărui centru se află situat pe o altă  circumferinţă (deferenta). În centrul deferentei nu se află Pământul ci un punct mobil care roteşte circular în jurul Pământului. Ptolemeu a descoperit ecveţia Lunii şi a calculat eroarea de paralaxă a Lunii (unghiul maxim sub care se vede raza Lunii de pe Pământ) cu o precizie bună. Documentaţia imensă, observaţiile directe şi demonstraţiile riguroase din punct de  vedere matematic fac din opera lui Pltolemeu moştenirea cea mai importantă a astronomiei antichităţii şi o operă fundamentală până la sfârşitul Evului Mediu şi începutul Renaşterii.

4. Astronomia în Evul Mediu

Modelul “matematic” al lui Ptolemeu, încearcă să explice corect mişcarea planetelor pe circumferinţe şi a fost preluat de marea majoritate a astronomilor şi astrologilor Evului Mediu în timp ce o serie de filozofi medievali (de exemplu, Alexander Neckam, “De naturis rerum”, Albert cel Mare (“Magnus”, 1193 – 1280), Toma d’Aquino (1227 – 1274) şi mai apoi Dante Alighieri (1265 - 1321) au îmbrăţişat modelul “fizic” al lui Aristotel. Contribuţia ştiinţifică a gânditorilor medievali la cunoaşterea structurii, evoluţiei şi legilor Universului a fost însă foarte redusă, în special datorită intransigenţei bisericii Evului Mediu, cu dogmele căreia orice teorie cosmologică venea în contradicţie.         
Spre deosebire de teoriile cosmologice, care permiteau speculaţii filozofice şi chiar ingerinţe teologice, astronomia a avut de la început un caracter ştiinţific, fiind bazată pe observaţii directe şi pe experimente, folosind instrumente din ce în ce mai perfecţionate. Cele două ştiinţe, astronomia şi cosmologia, s-au îndepărtat treptat una de alta în timpul Evului Mediu, mergând până la separarea lor completă după apariţia modelului heliocentric al lui Nicolaus Copernic.
Pe de altă parte, încă din secolul VII, astronomia nu a fost doar o ştiinţă pur teoretică ci a avut  un pronunţat caracter practic, servind la: calcularea datei Paştilor, determinarea latitudinii, stabilirea adevăratei direcţii nordice sau a orei cu ajutorul austrolabului.   

Contribuţii arabe 

Înţelepţii arabi au fost primii care, în Evul Mediu timpuriu, au valorificat şi au analizat critic moştenirea culturii antice, operele lor influenţând apoi puternic civilizaţia şi cultura noilor popoare europene rezultate în urma invaziilor şi migraţiilor barbare din secolele IV - IX, îndeosebi prin intermediul Spaniei şi Siciliei, ultima fiind ocupată de arabi între anii 902 – 1091.  În Universitate şi în cele 27 de şcoli publice înfiinţate în capitala Spaniei, Cordoba, de califul al-Hakam II (961 – 976) au studiat multe personalităţi ilustre ale culturii occidentale, printre care matematicianul Leonardo Pisano (sau Fibonacci, 1170 – 1240) şi astronomul Roger Bacon (1214 – 1280).
Încă din antichitatea greacă şi până în Evul Mediu, astronomia a fost una din cele patru discipline ale quadrivium-ului, alături de aritmetică, geometrie şi muzică. Astronomia era considerată în lumea islamică “ştiinţa cea mai nobilă, cea mai înaltă şi cea mai frumoasă” pentru că era strâns legată de nevoile cultului şi ale astrologiei dar şi de cele ale navigaţiei şi agriculturii. Suveranii arabi au construit mari observatoare astronomice la Cairo, Isfahan, Bagdad, Granada şi Toledo, dotate cu instrumente astronomice (astrolabul, folosit pentru determinarea latitudinii, cvadrantul, folosit pentru măsurarea unghiurilor şi torquetum, pentru trecerea de la coordonatele ecuatoriale la cele ecliptice şi invers) şi cu personal specializat. Înţelepţii arabi, “al-hakim”, din cele trei mari centre de cultură Bagdad, Cordoba şi Cairo  au continuat tradiţia lui Ptolemeu, îmbogăţind-o cu cunoştinţele perşilor şi ale indienilor (Brahmagupta, autorul tratatului “Siddhanta”). Tratatul de astronomie al lui Ptolemeu este tradus de arabi în anul 827, sub titlul Almageste (magiste = “cel mare” cu sens de tratat, precedat de articolul arab “al”), în timp ce prima traducere în limba latină a acestei faimoase lucrări a apărut mult mai târziu, abia în anul 1160, în Sicilia.
Printre astronomii arabi celebri care au trăit în secolele VIII - XI se numără Abu Mashar, autorul lucrării “Introducere în astrologie”, sec.IX, al-Farghani (“Elemente de astronomie”, sec.IX), al-Battani (cca. 850 – 929, “Despre ştiinţa stelelor”), al-Zarqali (autorul celebrelor tabelele astronomice “Tabele Toledane”, sec. XI) şi al-Biruni (973 – cca.1051,  “Elemente de astrologie”). Principalele probleme de care s-au ocupat astronomii arabi din această perioadă şi cărora le-au adus contribuţii remarcabile, în special datorită observaţiilor lor pertinente şi perseverente, au fost cele despre natura sferelor cereşti, despre mişcarea planetelor şi cele privitoare la calculul distanţelor dintre planete şi a dimensiunilor lor. La calculul distanţelor dintre planete, astronomul iranian al  - Farghani a folosit teoria potrivit căreia nu există “spaţiu gol” în Univers, cu alte cuvinte, că apogeul unei planete este tangent cu perigeul celei următoare. Distanţele calculate de el în lucrarea “Elemente de astronomie” au fost unanim acceptate în Occident până în timpul lui Copernic. Cel mai renumit dintre astronomii arabi, al – Battani, a extins folosirea trigonometriei în astronomie şi a determinat cu mare precizie oblicitatea eclipticii, durata anului tropic şi a anotimpurilor, adevărata mişcare a Soarelui, distrugând definitiv dogma ptolemeică a imobilităţii apogeului solar. Al – Battani a demonstrat, contra lui Ptolemeu, variaţia diametrului aparent angular al Soarelui şi posibilitatea eclipselor anulare ale Soarelui, a corectat cunoştinţele despre mişcarea lunii şi a planetelor. Observaţiile sale privind eclipsele lunare şi solare i-au servit mult mai târziu lui Dunthorne pentru a determina, în 1749, accelerarea seculară a mişcării lunii.
În secolele XII - XIII arabii readuc în discuţie operele ştiinţifice ale lui Aristotel precum şi teoria cosmologică ptolemeică din “Almageste” . Astronomul arab Ibn Ezra (cca.1090 – 1167) a scris opt tratate astrologice, tratatul “Diviziunea sferelor” al lui al-Khwarizmi (sec.XII) reia doctrina sferelor materiale pentru a explica mişcarea corpurilor cereşti, în timp ce Ibn Bagia (1105 – 1198) revizuieşte sistemul ptolemeic. Marele savant Ibn Roşd, cunoscut şi sub numele latin de Averroes, 1126 – 1198, scrie un tratat despre sferele cereşti şi un compendiu al Almagestei. Al-Bitrugi foloseşte teoria aristotelică a sferelor concentrice pentru a contrazice doctrina ptolemeică în lucrarea sa “Theoria Planetarum”. Traduse mai târziu şi în limba latină (la Toledo exista un grup de traducători între care s-a evidenţiat Michael Scotus, 1180 – 1235), aceste lucrări, chiar dacă nu sunt profund originale, au avut rolul de a stimula activitatea astronomilor timpului şi au avut un efect revoluţionar asupra gândirii ştiinţifice europene din perioada Evului Mediu şi a Renaşterii. Pe de altă parte, traducerile arabe din secolele VIII – XIII au salvat de la pieire multe opere antice, al căror text original s-a pierdut.

Contribuţii europene

Primele contribuţii originale ale gândirii astronomice şi cosmologiei europene le-au avut Robert Grosseteste şi Roger Bacon. În lucrarea sa “De generatione stellarum”, Robert Grosseteste susţine, în opoziţie cu Aristotel, că aştrii sunt compuşi din aceleaşi elemente fundamentale ca şi Pământul: pământ, aer, apă şi foc, iar în lucrarea “De cometis et causis ipsarum” formulează pentru prima dată o interesantă teorie despre comete: cometa este un “foc sublimat” atras de aştri cu o forţă asemănătoare celei magnetice. Teoria influenţei aştrilor asupra mareelor este expusă în lucrarea “De impressionibus aeris” iar în lucrarea “De luce” susţine că lumina este la originea materiei şi că prin rarefiere sau condensare a dat naştere sferelor cereşti şi celor patru sfere ale elementelor naturii. Robert Grosseteste a stabilit principiul inducţiei şi deducţiei cu aceeaşi claritate ca şi Newton.
Roger Bacon, 1214 – 1280, considerat pionierul metodei experimentale şi a ştiinţei moderne în Occident, foloseşte observaţiile şi datele învăţatului arab al-Farghani afirmând că Pământul este de 18 ori mai mic decât cea mai mică stea fixă şi evidenţiază erorile ştiinţifice prezente în Biblie pe baza Almagestei lui Ptolemeu.
În secolul XIV, cei mai reprezentativi astronomi au fost fizicianul Jean Buridan, rectorul Universităţii din Paris,  Levi ben Gerson (numit şi Leon Ebreul, 1288 – 1344) şi teologul Nicolas Oresme (1323 – 1382). Jean Buridan a criticat doctrina referitoare la “inteligenţele îngereşti”, opunându-i propria teorie despre impetus: în momentul creaţiei Dumnezeu a imprimat diferitelor corpuri cereşti un impuls (impetus), un elan imanent corpurilor cereşti, datorită căruia acestea se mişcă la infinit, fără a se ciocni şi fără a întâmpina vreo rezistenţă, prin urmare fără a avea nevoie de inteligenţa îngerească.
Leon Ebreul a inventat arbalestrila (sau “bastonul lui Iacob”), un instrument folosit de el pentru măsurarea înălţimii soarelui şi a aştrilor. Adaptând acest instrument la camera obscură (folosită prima dată de fizicianul arab Ibn al-Haytham (în latină, Alhazen, 965 – 1039), Leon Ebreul a determinat diametrul aparent al Soarelui şi al Lunii. “Bastonul lui Iacob” a fost folosit mai târziu pentru măsurarea distanţelor unghiulare dintre două stele sau ca instrument de navigaţie, observând înălţimea Soarelui la orizont.
Nicolas Oresme, traducător în limba franceză al operelor lui Aristotel, de la curtea regelui Carol V, este autorul celebrului “Tratat despre cer şi lume”, în care demonstrează matematic că raporturile dintre mişcările sferelor cereşti nu pot fi calculate. Oresme admite că teza lui Jean Buridan, referitoare la impulsul iniţial, impetus, este posibilă dar susţine că între mecanica corpurilor cereşti şi cea a corpurilor de pe Pământ este o deosebire substanţială. Oresme este cel dintâi în Evul Mediu care afirmă că Pământul are, pe lângă mişcarea efectuată în cadrul sistemului planetar, şi o mişcare giratorie în jurul axei sale, probabil sub influenţa sistemului semi-heliocentric al lui Heraclid din Pont (sec.IV î.e.n.). Argumentaţiile folosite de el sunt însă pur filozofice şi nu i-au convins pe astronomi care au continuat să-l urmeze, până în secolul XVII, pe Ptolemeu.
Tot în secolul XIV, Giovanni Dondi construieşte timp de 16 ani, folosind principiul orologiului, un planetariu, pentru a reproduce mişcările Soarelui, ale Lunii şi ale planetelor.  
În secolul XV se dezvoltă mai puternic astronomia teoretică şi experimentală. Astronomii acestui secol renunţă la contribuţiile astronomilor arabi şi, pe baza propriilor observaţii, formulează noi teorii mult mai riguroase din punct de vedere ştiinţific. Nicolaus Cusanus, sau Nicolas Krebs, 1401 – 1464, a fost primul astronom din Evul Mediu care a afirmat că Universul este infinit. În lucrarea “De docta ignorantia”, Nicolaus Cusanus respinge poziţia de inferioritate pe care cosmologia tradiţională o acorda Pământului, afirmând că “Terra este o stea nobilă, care are o lumină, o căldură şi o influenţă proprii şi distincte de cele ale tuturor celorlalte stele”. Astronomii occidentali au fost aceia care au stabilit principiile metodei ştiinţifice, teoretice.

Astrologia reprezintă o deviere a astronomiei în direcţia superstiţiei care postulează că viaţa omului, caracterul şi destinul său sunt dependente de aştri. Originară din Babilonia, astrologia s-a dezvoltat în paralel cu astronomia, cu care s-a şi confundat uneori. Primul şi ultimul astronom grec care a fost şi astrolog, a fost Ptolemeu, care fundamentează astrologia ca “ştiinţă” în lucrarea sa “Tetrabiblos”. Această lucrare este folosită ca referinţă şi în zilelele noastre, fiind doar adaptată la progresul şi la descoperirile moderne. Succesul astrologiei se explică atât prin puterea superstiţiei specifică popoarelor primitive cât şi prin asocierea sa de către astronomii arabi, în secolele IX  - XII, cu magia, alchimia şi medicina. În secolul XIV biserica a ars pe rug pe astrologul Cecco d’Ascoli pentru că a încercat să explice dogmele şi evenimentele biblice cu ajutorul fenomenelor cereşti. Apogeul succesului astrologiei a fost atins în secolul XVI când fiecare rege, prinţ şi papă avea astrologul său. Ea s-a menţinut până în zilele noastre chiar şi în ţări cu cultură străveche, precum Franţa şi Germania, datorită naivităţii credulilor.
Astrologia a împiedicat dezvoltarea astronomiei în Evul Mediu, tot aşa cum alchimia a întârziat dezvoltarea chimiei.  

    1. Renaşterea în astronomie

Sfârşitul veacului al XV-lea şi începutul veacului al XVI-lea au fost vremuri minunate pentru cărturari, vremea marilor descoperiri geografice, a marilor giganţi ai renaşterii în artele plastice - Leonardo da Vinci şi Michelangelo Buonarotti, a marilor filozofi. În această efervescenţă culturală se dezvoltă şi ştiinţa astronomiei, după ce astronomul polonez Nicolaus Copernic (1473 – 1543) a fundamentat sistemul heliocentric (1543). Primul sâmbure al acestui concept revoluţionar a apărut în anii 1512 – 1513, în urma unui exerciţiu de gândire liberă, în lucrarea sa „Nicolai Copernici de hypothesibus motuum coelestium a se constitutis commentariolus”, cunoscută mai ales sub titlul prescurtat „Commentariolus” („Micul comentariu”). După mulţi ani de studii şi reflecţii, Nicolaus Copernic publică în 1543 celebrul tratat “De revolutionibus orbium coelestium, libri VI” (“Despre revoluţia sferelor cereşti”) în care contrazice, cu argumente matematice de aceast dată, sistemul geocentric al lui Ptolemeu care supravieţuise timp de peste paisprezece secole. Copernic afirma, pentru prima dată după grecul Aristarh din Samos (310 – 230 î.e.n.) că Soarele şi nu Pământul se află în centrul orbitelor planetare. În momentul apariţiei teoriei heliocentrice şi în anii care au urmat, Biserica Catolică a criticat dur negarea rolului privilegiat al Pământului în Univers. Martin Luther, fondatorul Bisericii Luterane, declara: “acest nebun vrea să răstoarne întreaga ştiinţă a astronomiei, dar Sfânta Scriptură ne spune că Joshua a poruncit Soarelui să rămână nemişcat, şi nu Pământului.” Sistemul heliocentric imaginat de Copernic avea, faţă de sistemul geocentric al lui Ptolemeu, avantajul simplităţii, regularităţii şi al coerenţei, dar nu aducea dovezi bazate pe observaţii, fiind doar o teorie. Abia în secolul XVII,  după inventarea lunetei de către Galileo Galilei, teoria heliocentrică a lui Copernic a fost definitiv şi unanim recunoscută.         
Danezul Tycho (în daneză, Tyge) Brache (1546 – 1601) este considerat cel mai mare observator al astrelor de până la inventarea telescopului. Dovedind calităţi de copil-minune, Tycho Brache a intrat la Universitatea din Copenhaga la doar 13 ani, pentru a studia politica, dar s-a reorientat spre astronomie după ce a văzut prima eclipsă de Soare, la 14 ani. Pe o insulă din apropierea oraşului Copenhaga, dăruită tatălui său vitreg de regele Frederick al II-lea, Tycho Brache, care a mai moştenit şi o avere impresionantă, a construit în 1580 propriul observator astronomic (valoarea sa ar depăşi astăzi 1,5 milioane de dolari). Încă înainte de terminarea observatorului, în anul 1572, Tycho Brache observă o supernovă – o stea variabilă, a cărei strălucire este egală cu cea a unui întreg sistem solar. Era a treia supernovă observată vreodată după cele observate în China în 1006 şi în Japonia în 1054. În 1577 Tycho determină, prin măsurători exacte, că traiectoria unei comete este o elipsă şi nu un cerc, aşa cum susţinea Aristotel. După această descoperire, Tycho afirma:  “Acum îmi este cât se poate de limpede că nu există nici o sferă solidă în cer”, punând la îndoială teorii care supravieţuiseră de secole. Cu toate acestea, Tycho nu a acceptat ideea lui Copernic, că Pământul se roteşte în jurul Soarelui, pentru că spunea el “dacă ar fi fost aşa aş fi simţit-o”. A acceptat doar ideea că celelalte planete orbitează în jurul Soarelui şi a sugerat ideea că Soarele efectuează o mişcare de revoluţie în jurul Pământului, păstrând astfel ideea universului geocentric tradiţional. Mai târziu, pe baza observaţiilor sale, Tycho Brache a determinat precesia echinocţiilor la 51’’ pe an, cu lichidarea definitivă a “trepidaţiei”. Tot el a mai determinat cu precizie înclinarea eclipticii la 23º31’ şi mişcarea anuală a perigeului Soarelui la 45’’ (în loc de 61’’). Catalogul său cuprindea poziţiile precise a 777 stele, cu o eroare mai mică de 1’. În 1599 Tycho Brache s-a întâlnit cu Johannes Kepler a cărui primă carte, publicată în 1596 o citise. După moartea lui Tycho Brache, Kepler a preluat de la acesta, pe lângă nenumăratele date rezultate din observaţiile sale, şi funcţia de matematician imperial.   

Johannes Kepler

Astronomul german Johannes Kepler (1571 – 1630), a descoperit în 1604 în galaxia noastră a doua supernovă  după  cea  descoperită de  Tycho Brache în ultimii 40 de ani, supernovă care-i va purta numele, “steaua lui Kepler”. Pe baza observaţiilor personale şi ale lui Tycho Brache, Johannes Kepler a publicat în 1609 lucrarea “Astronomia nova” (“Noua astronomie”) în care sunt enunţate primele două legi din cele trei cunoscute şi sub numele de “legile lui Kepler privind mişcarea planetelor”. Legea I spune că “planetele se mişcă pe orbite eliptice, având Soarele în unul din focare”; legea a II-a spune că “raza vectoare mătură arii egale în timpuri egale”. În anul 1619 publică lucrarea “Harmonices Mundi” („Armoniile lumii”), în care apare şi legea a III-a: “pătratele perioadelor siderale de revoluţie a oricărei planete sunt proporţionale

cu cuburile semiaxelor mari”. Kepler considera această ultimă lege ca pe o dovadă puternică a supremei armonii şi a perfecţiunii Universului. Ulterior s-a dovedit că legile lui Kepler nu se aplică doar planetelor ci tuturor corpurilor cereşti. Pentru cele trei legi de mişcare ale planetelor, Kepler a fost supranumit “legiuitorul cerului”.  Spre deosebire de greci, Kepler n-a făcut nici o încercare să explice de ce se mişcă planetele, ci doar cum, bănuind doar că Soarele exercită un fel de atracţie magnetică care menţine planetele în mişcare orbitală în jurul său. La descrierea mişcării planetelor el s-a folosit doar de matematică şi de observaţii astronomice, deşi cunoştea lucrarea despre magnetism a medicului şi fizicianului englez William Gilbert (1544 – 1603), publicată în anul 1601. Putem spune că, prin descoperirile sale, Kepler a pregătit terenul pentru cei care l-au urmat în secolul al XVII–lea.
           

5. Bazele astronomiei moderne

În secolele XVII şi XVIII se pun de fapt bazele astronomiei moderne, prin contribuţiile majore ale celor doi titani ai revoluţiei ştiinţifice: Galileo Galilei şi Isaac Newton.
Prima lunetă refractoare simplă a fost construită de un fabricant de ochelari, olandezul Hans Lippershey, în anul 1608, pentru a vedea detaliile de pe corăbiile aflate în largul mării.  Luneta refractoare foloseşte o lentilă de sticlă pentru a forma imaginea în focar. Lentila este convexă iar puterea unei astfel de lunete de a aduna razele de lumină este proporţională cu mărimea obiectivului. Lentilele refractoare sunt afectate de aberaţiile cromatice care constă în focalizarea în focare diferite a fiecărei culori din spectrul luminii albe, deoarece fiecare culoare are propriul său unghi de refracţie. Aberaţia cromatică face ca imaginea unei stele sau planete să fie înconjurată de cercuri de diferite culori.


Galileo portrait

Pe baza informaţiilor care circulau în acea vreme, astronomul italian Galileo Galilei (1564 – 1642) construieşte în 1609 o variantă îmbunătăţită a lunetei lui  Lippershey, telescopul optic, cu care începe  observaţiile sale sistematice asupra cerului, făcând câteva descoperiri experimentale de o importanţă capitală. În primul rând, observând Luna, Galilei descoperă că suprafaţa acesteia nu este netedă, aşa cum îşi închipuiseră astronomii de la Aristotel până la el, ci are denivelări care pot depăşi ca mărime denivelările scoarţei terestre: munţi lunari şi formaţiuni asemănătoare craterelor vulcanice sau circurilor. Desenând o hartă a Lunii, destul de rudimentară, Galilei denumeşte zonele mai închise “mări”.

Observând câmpurile stelare, el descoperă nenumărate stele noi: în Pleiade (Cloşca cu pui) vede 36 de stele, iar în Calea Lactee, o mulţime de stele. Observând planeta Jupiter, cea mai mare din sistemul nostru solar, Galilei descoperă în câteve zile cei mai mari 4 sateliţi ai săi, invizibili cu ochiul liber, cunoscuţi astăzi ca sateliţii galileeni: Io, Europa, Ganymede şi Callisto.
Galilei îşi îndreaptă apoi atenţia asupra planetei Venus şi descoperă fazele acesteia, asemănătoare celor ale Lunii, şi faptul că strălucirera lui Venus nu reprezenta o lumină proprie ci era reflexia luminii provenite de la Soare.

Harta lumii

Galileo Galilei mai observă petele solare şi le interpretează corect, determinând şi perioada de rotaţie a Soarelui. Toate aceste observaţii făcute cu ajutorul telescopului l-au convins pe Galilei de corectitudinea modelului heliocentric imaginat de Copernic. În anul 1610 Galilei şi-a publicat observaţiile în lucrarea “Sidereus nuncius” (“Mesagerul stelelor”), câştigând în notorietate: este numit filozof şi mare matematician al marelui duce al Toscaniei, Cosimo al II-lea de Medici. Ideile şi scrierile sale au fost considerate ofensatoare la adresa religiei astfel că în 1616 Sfântul Oficiu al Bisericii de la Roma i-a interzis în mod expres lui Galilei să-şi propage ideile sau să le apere în scris. Mai târziu, când Biserica a căutat să rescrie lucrările lui Copernic pentru a le adapta la teologia curentă, Galilei s-a oferit să facă el însuşi acest lucru.


În principala sa operă astronomică, “Dialog despre cele două sisteme principale ale lumii”, publicată în 1632, Galilei imaginează o dezbatere ştiinţifică aprinsă între trei personaje care îi reprezintă pe Aristotel (numele personajului care-l reprezintă, Simplicio, indică adevărata părere a lui Galilei despre Aristotel), Platon şi Copernic. Biserica Catolică şi-a dat seama de tentativa lui Galilei de a evita directiva din 1616, şi l-a condamnat la închisoare pentru erezie. Temându-se de tortură, la biserica Santa Maria Sopra Minerva, bătrânul Galilei (avea 70 de ani) abjură rostind celebra replică: “Nu susţin şi nu am susţinut această idee a lui Copernic de când mi s-a adus la cunoştinţă că trebuie s-o abandonez”. Conform legendei, pe când fragilul şi bătrânul om de ştiinţă se îndepărta, a mormăit cu încăpăţânare

celebra expresie: “E pur si muove !” (Şi totuşi (Pământul) se mişcă !). Galilei nu a fost închis niciodată, dar marea sa carte a fost interzisă până în 1835; abia în 1992 papa a declarat că Galilei nu s-a înşelat! Galilei însuşi a exprimat rolul său de pionierat astfel: “am deschis drumul spre această ştiinţă vastă şi de cea mai bună calitate, pentru care opera mea nu reprezintă decât începutul, oferind căi şi mijloace cu ajutorul cărora alte minţi, mai agere decât a mea, vor explora cotloanele cele mai îndepărtate”. Galilei a murit pe 8 ianuarie 1642, în aceeaşi perioadă în care se stingea marea Renaştere italiană dar şi în acelaşi an în care, un alt mare om de ştiinţă, Isaac Newton, se năştea în Anglia.
Isaac Newton s-a născut la 25 decembrie 1642 într-o fermă din satul Woolsthorpe din Lincolshire, Anglia. Între 1660 – 1665 a absolvit cursurile Universităţii Cambridge, fără să dea semne deosebite de inteligenţă. În timpul marii ciume bubonice, timp de aproape optsprezece luni, Newton s-a retras la fermă, punând bazele calculului infinitezimal. Tot la ferma din Lincolshire Newton a observat un măr căzând pe pământ şi s-a întrebat dacă nu cumva forţa care atrage mărul spre Pământ era aceeaşi cu cea care menţine Luna pe orbită. Această idee contravenea teoriei lui Aristotel care susţinea că pe Pământ şi în cosmos funcţionează două seturi de legi diferite. În aceeaşi perioadă de izolare forţată, Newton descoperă că o prismă poate descompune lumina albă în componentele sale şi că tot o prismă le poate recompune. În 1667 Newton revine la Universitatea din Cambridge, unde va începe să predea matematica din 1669. În 1672, Newton a fost admis ca membru al Societăţii Regale (Royal Society), înfiinţată în 1662 .


Isaac Newton

În anul 1668 sir Isaac Newton (1642 – 1727), marele savant englez, a construit la Cambridge primul telescop cu oglindă ce a putut fi folosit. Adeptul teoriei naturii corpusculare a luminii (1675), Newton a venit în contradicţie cu savanţii Robert Hooke (1635 – 1703) (autorul legii lui Hooke: deformaţia elastică a unui corp este direct proporţională cu forţa aplicată asupra sa) şi Cristian Huygens (1629 – 1695). În 1687 Newton publică, la insistenţele astronomului britanic Edmond Halley (1656 – 1742), preşedintele Societăţii Regale şi viitorul descoperitor al cometei Halley (1705), cele trei volume ale lucrării Philosophiae naturalis principia mathematica (Principiile matematice ale filozofiei naturale),  în care  Newton foloseşte aparatul

matematic pentru analiza fenomenelor naturale, în special a mişcării Lunii, planetelor şi cometelor. Mecanica newtoniană, acceptată şi în prezent, are la bază principiul inerţiei (legea I, un corp aflat în repaus sau în mişcare uniformă păstrează această stare atât timp cât asupra sa nu acţionează forţe externe), proporţionalitatea forţei cu acceleraţia (F=m*a, legea a II-a) şi egalitatea acţiunii şi a reacţiunii (legea a III-a, pentru fiecare acţiune există o reacţiune egală şi de sens contrar, principiu capital în funcţionarea rachetelor moderne). Legea atracţiei universale a stat la baza descoperirii celei de a treia legi a lui Kepler. Pe baza acestei lucrări fundamentale se va constitui o nouă ramură a astronomiei, mecanica cerească. În 1689, Newton a devenit membru al Parlamentului, în 1699 a devenit directorul Monetăriei, iar în 1703 a fost ales preşedinte al Societăţii Regale, post pe care l-a deţinut până la moartea sa, în 1727. În anul 1705 a primit rangul de cavaler din partea reginei Anne. Isaac Newton a fost, fără îndoială, unul din cei mai mari oameni de ştiinţă ai tuturor timpurilor, despre care Albert Einstein, marele savant al secolului XX, afirma: “În aceeaşi persoană el a combinat experimentatorul, teoreticianul, mecanicul şi, nu în ultimul rând, un artist al expunerii. El se înalţă în faţa noastră puternic, sigur şi singur: bucuria creaţiei şi precizia minuţioasă sunt evidente în fiecare cuvânt şi în fiecare cifră”. Conştient de valoarea propriilor descoperiri, Isaac Newton afirmase cu modestia caracteristică marilor personalităţi:

”Dacă am văzut mai departe, e pentru că m-am ridicat pe umerii unor giganţi

 

 

Bibliografie

  1. Ovidiu Drâmba – Istoria culturii şi civilizaţiei, vol. 2, Editura ştiinţifică şi enciclopedică, Bucureşti, 1985.
  2. Ray Spangenburg, Diane K.Moser – Istoria ştiinţei, de la grecii antici la revoluţia ştiinţifică, vol.1 şi 2, Editura Lider, Bucureşti, 2003.
  3. Dicţionarul enciclopedic, vol.1 şi 2, Editura enciclopedică, Bucureşti, 1993.

 

download