Десятки тысяч лет назад, когда человек оторвался в своем развитии от братьев меньших – животных, он пытался найти свое место в окружающем мире и представить себе его картину. Осваиваясь в окружающем его земном пространстве, он не мог не обращать свой взор к небу, где, помимо неподвижных друг относительно друга звезд, видел сложные пути перемещения небесных тел: Солнца, Луны, Венеры, Меркурия, Марса, Юпитера и Сатурна. Солнце приносило с собой изменение времен года, Луна вместе с Солнцем сменяли дни и ночи, багровый цвет Марса предвещал войны.
Еще египтяне знали, что движение Солнца и Луны можно предсказать. Те, кто умел это делать, занимали особое положение – они были жрецами, знающими тайны богов. Жрецы объявляли о начале года, о праздниках, о сроках полевых работ. Постепенно формировалась необходимость соизмерять жизнь с календарем.
Греки пошли дальше египтян. Они задумались над тем, как устроена вся Вселенная, как движутся планеты. Еще в III веке до нашей эры Аристарх Самосский высказал идею о гелиоцентрической системе – системе планет с Солнцем в центре. Во II веке до нашей эры на острове Родосе и в Александрии наблюдал звезды Гиппарх, который первым научился предсказывать положение Солнца и Луны, создав первую теорию их движения. Древние астрономы видели, что каждая планета движется по своим особым правилам; поэтому они говорили о теории движения Марса, теории движения Луны и т.д., разделяя сложное движение на несколько более простых. Первым главным движением было суточное движение неба, вторым – его годовое движение. В этих двух движениях участвовали все семь сфер, которые тянули за собой планеты. Восьмая сфера (к ней были прикреплены звезды) была неподвижна. Однако эти простые движения не удовлетворяли “принципу инерции Аристотеля”. Скорости их были непостоянны. Наблюдалось изменение в направлении движения планет (“попятное” движение). Тем не менее теория Гиппарха позволяла определять положение Солнца и Луны с ошибкой меньше одной угловой минуты.
Первую последовательную схему планетной системы дал Клавдий Птолемей, работавший в Александрии в средине II века нашей эры. Он в значительной степени опирался на труды Гиппарха, которые, к сожалению, не дошли до наших дней. Свои представления о мире он изложил в сочинении “Математический трактат в XIII книгах”. В арабском переводе, в котором с ним знакомились средневековые ученые, оно называлось “Альмагест” (от греческого – величайшее).
Птолемей считал, что в центре Вселенной расположена Земля, а вокруг нее вращается семь сфер, которые влекут за собой семь планет в таком порядке: Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн. Однако он ничего не говорил о причине движения небесных тел. Почти вся наука о движении обобщена Аристотелем (384-322 г. до н.э.). Он указывал, что единому и простому телу присуще и простое движение; из простых же движений одно прямолинейное, другое круговое; из прямолинейных одно движение идет вверх, другое вниз. Поэтому всякое простое движение идет или к середине вниз, или от середины вверх, или вокруг середины, и это движение круговое. Только Земле и воде, которые считаются тяжелыми, следует двигаться вниз, т.е. стремиться к середине, воздух же и огонь, обладающие легкостью, должны двигаться вверх и удаляться от середины. И кажется вполне сообразным приписать этим четырем стихиям прямолинейное движение, а небесным телам предоставить вращаться вокруг середины. Вот и вся механика древних в понимании Аристотеля.
Накопление знаний об окружающем мире привело к развитию астрономических исследований не только в Европе, но и в Азии. Самый крупный степной квадрант позволил Бируни (973-1048) измерить положение Солнца с точностью около 2°; им впервые наиболее точно определен радиус Земли, равный 6000 км (против современного 6371 км); Бируни высказывал сомнения по поводу геоцентрической системы Птолемея в своей “Книге истолкования основных начал астрономии”.
Важнейшие достижения астрономии связаны с именем Улугбека (Мухаммед Тарагай) – 1394-1449. Он со своими сотрудниками заново измерил главные астрономические постоянные – наклон эклиптики к экватору, положение на небе точки весеннего равноденствия, уточнил длину тропического солнечного года, составил новый каталог 1018 звезд (через 13 веков после Птолемея!), который получил название “Новые астрономические таблицы”. Свои исследования он выполнял с помощью самого крупного на то время квадранта, радиус которого равнялся 40 м. Обсерватория Улугбека была разрушена, а сам он убит в результате конфликта на идейной почве с мусульманским духовенством.
Геоцентрическая система Птолемея просуществовала 15 веков и дожила, почти не изменившись, до Николая Коперника.
Польский астроном Николай Коперник родился 19 февраля 1473 года в г. Торуни. Учился в Краковском университете, потом почти 10 лет прожил в Италии. В Болонье, Риме, Падуе и Ферраре он изучал медицину, юриспруденцию и астрономию. В Польшу вернулся в 1502 г., работал над книгой “О вращении небесных сфер”. Первые главы этой книги были изданы учеником Коперника Георгом Ретиком в 1542 г. Но значительно раньше, еще в 20-х годах XVI века, в Европе была известна рукопись Коперника, так называемый “Малый комментарий”, в которой содержались новые представления о строении Солнечной системы. Главную же свою книгу Коперник не решался издать почти до самой смерти. Лишь умирая (1543 г.) он смог подержать в слабеющих руках отпечатанные листы этой книги.
Николай Коперник поставил перед собой задачу исключить противоречия в наблюдаемом движении небесных тел и совместить “принцип инерции Аристотеля” на основе кинематики движения.
Однако не вопрос о календарной реформе, который всплыл во времена Коперника, интересовал самого астронома. Вопрос о календарной реформе был лишь поводом. Великий астроном не мог принять сложной системы катящихся сфер Птолемея, всех этих “эпициклов” и “деферентов”.