Другая история науки. От Аристотеля до Ньютона - Дмитрий Калюжный

В Византии, где было развито мореплавание, и вопросы ориентирования были крайне актуальными, в особенности до изобретения компаса, получили развитие способы ориентирования по звездам.

Наукой астрономия стала лишь тогда, когда от разрозненных сведений о небе перешли к их систематическому изучению, стали исследовать как особую часть природы, вне зависимости от того, нужно это для хозяйственной деятельности или нет.

Календари человечества

Мы настолько привыкли к календарю, что даже не отдаем себе отчета в том, как велико его значение в нашей жизни. Без упорядоченного счета времени никакая культура невозможна!

Календарем называют определенную систему счета продолжительных промежутков времени с подразделениями их на отдельные более короткие периоды (годы, месяцы, недели, дни). Само же слово календарь произошло от латинских слов caleo – провозглашать, и calendarium – долговая книга. Первое напоминает о том, что раньше людям публично сообщали о начале нового момента в отсчете времени; иногда даже о начале каждого нового часа. Понятно, что это имело смысл только в крупных населенных пунктах, то есть уже при достаточном уровне развития общества. Второе значение показывает, что начало месяца или года было и временем расчетов, что имело смысл в еще более развитом обществе. Конечно, латинское название сравнительно молодое, но оно продолжает определенные исторические традиции.

Понятие времени появилось из наблюдения изменений, которым подвержены все окружающие нас материальные тела. А измерять промежутки времени оказалось возможным, сопоставляя эти изменения с явлениями, повторяющимися периодически. Таких явлений в окружающем нас мире несколько: смена дня и ночи, изменение фаз Луны и, наконец, вращение Земли вокруг Солнца. Кажется, что здесь нет никаких проблем. Но они есть, и очень большие!

Во-первых, сутки (вращение Земли вокруг своей оси), месяц (вращение Луны вокруг Земли) и год (вращение Земли вокруг Солнца) несоизмеримы друг с другом, то есть большее нельзя поделить на меньшее без остатка. А во-вторых, трудно придумать систему, которая, с одной стороны, согласовывала бы все эти несоизмеримости, а с другой – была бы достаточно простой и понятной для большинства. Ведь календарь делается для народа, для его пользования. В развитии календаря находят отражение условия хозяйственного уклада народов. Как решалась эта проблема – и есть история календаря. Попытки согласовать между собой сутки, месяц и год привели к появлению трех видов календарей. Это: лунные календари, основанные на движении Луны и созданные с целью согласовать течение суток и лунного месяца; лунно-солнечные, согласующие между собой все три единицы времени; и солнечные, в которых приблизительно согласовываются сутки и год.

Сутки

Сутки – единица измерения времени, равная 24 часам, это всем известно. Однако не все знают, что различаются звездные сутки, – они равны периоду вращения Земли, отсчитываемому относительно точки весеннего равноденствия, и солнечные сутки – это период вращения Земли относительно Солнца.

Звездные сутки равны промежутку времени между двумя последовательными верхними (или нижними) кульминациями точки весеннего равноденствия. Момент верхней кульминации этой точки считается за ноль часов звездного времени. В зависимости от того, какую точку весеннего равноденствия при этом принимают – истинную (когда рассматривается движение этой точки вследствие прецессии и нутации) или среднюю (только вследствие прецессии[28]), различают истинные и средние звездные сутки.

Вследствие прецессионного движения точки весеннего равноденствия средние звездные сутки на 0,0084 секунды короче действительного периода вращения Земли. Продолжительность истинных звездных суток непостоянна и непрерывно изменяется вследствие нутации. Звездные сутки неудобны для измерения времени на практике, так как они не согласуются с чередованием дня и ночи. Поэтому в обиходе приняты солнечные сутки, составляющие промежуток времени между двумя последовательными полуднями (или полуночами). Однако вследствие эллиптичности земной орбиты и наклона эклиптики к экватору продолжительность истинных солнечных суток непостоянна и в течение года меняется от 24 часов 3 минут 36 секунд (в середине сентября) до 24 часов 4 минут 27 секунд (в конце декабря) звездного времени. Для устранения такой неравномерности пользуются средними солнечными сутками, равными 24 часам 3 минутам 56,55536 секунды звездного времени.

Звездные сутки, так же как и средние солнечные сутки, подразделяются на часы, минуты и секунды; между ними такое соотношение: 1 единица (сутки, минута или секунда) звездного времени равна 0,9972696 соответствующей единицы среднего солнечного времени.

Итак, год не содержит целого числа средних солнечных суток.

Месяц

Месяц – промежуток времени, близкий к периоду обращения Луны вокруг Земли. Различают месяцы синодические, сидерические, тропические, аномалистические и драконические. Синодический (от греческого синодос, сближение, тут имелось в виду ежемесячное сближение Луны и Солнца на небе, при этом иногда происходит солнечное затмение) – это период смены лунных фаз. Сидерический (звездный), в течение которого Луна совершает полный оборот вокруг Земли и занимает исходное положение относительно звезд. Тропический (от греческого тропос, поворот) – это период возвращения Луны к той же долготе. Аномалистический – промежуток времени между последовательными прохождениями Луны через перигей. Драконический – промежуток времени между последовательными прохождениями Луны через один и тот же узел ее орбиты (имеет значение в теории затмений).

В григорианском календаре год делится на 12 месяцев продолжительностью от 28 до 31 суток, не согласованных с фазами Луны.

Год

Год – промежуток времени, близкий по продолжительности к периоду обращения Земли вокруг Солнца. Уже в древности одной из важных задач было определение продолжительности года. Довольно точные значения были известны в Древнем Египте. Византийскому ученому «древнегреческого» периода Гиппарху приписывают определение года равным 365 1/4 дня без 1/300 дня, что отличается от современных значений года лишь на 6 1/2 мин.

Года, как и месяцы, качественно различаются. Есть год звездный (сидерический), тропический, аномалистический, драконический. В календаре (старого стиля) – юлианский год, сейчас он иногда применяется в астрономии для счисления больших промежутков времени (юлианское столетие равно 36 525 суткам) и григорианский год, который служит основной единицей в григорианском календаре (новом стиле). Лунный год продолжительностью в 12 (или 13) синодических месяцев применяется в лунных календарях.

Теперь можно перейти к истории календаря.

Уже на раннем этапе развития человек использовал природный, фенологический календарь, имевший сугубо местное значение и позволявший правильно организовать хозяйственную деятельность. Основа его – в наблюдении за растениями, почвой, животными, погодой. Выработанный долгими веками, он сохранял свое место в жизни охотника, скотовода и земледельца даже тогда, когда власть пыталась вводить единую систему счета дней и лет.

Лунный календарь

В основе лунного календаря – промежуток времени между двумя последовательными одинаковыми фазами Луны, синодический месяц. Постепенно было установлено, что в лунном месяце 29,5 суток, а чтобы в течение года каждого месяца время точнее совпадало с новолунием, нечетные (пустые) месяцы должны содержать 29, а четные (полные) – 30 суток. Таким образом, лунный год содержит 354 суток, он на 11,25 суток короче солнечного года. Чтобы первый месяц каждого года приходился на новолуние (это одно из требований лунного календаря), в определенные годы в последний месяц добавляют дополнительные сутки. Годы в 355 суток являются високосными.

Лунный год мог возникнуть при двух условиях. Первое, это способ ведения хозяйства: либо охота, либо скотоводство. И второе условие: климат должен быть достаточно ровный со слабыми границами сезонов. Поэтому нет ничего удивительного, что этот календарь был принят мусульманами. Их не смущает, что в лунном календаре, которого они придерживаются, один и тот же месяц может приходиться то на зиму, то на весну, то на осень, то на лето, что иногда в один год по европейскому исчислению им приходится дважды встречать Новый год.

Промежуток от новолуния до новолуния (или от полнолуния до полнолуния – разные народы считали по-разному) оказался прочно связанным с Луной. Во многих языках одним словом названа и Луна, и промежуток времени. (В русском языке это слово «месяц».) На самом деле в индоевропейских языках называли Луну «измерителем» (санскритский mas, латинское mensis, готское menoths).