Какой сейчас век?: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Вкратце расскажем об этой интересной научной проблеме. Датировка древних событий издавна интересует ученых и порождает среди них споры. Особую остроту проблема приобрела после опубликования И. Скалигером и Д. Петавиусом в XVI–XVII веках своей версии всеобщей истории. Именно она лежит в фундаменте принятой сегодня версии хронологии. В первоначальном виде до нас дошло сравнительно мало древних документов, и потому попытки определить время того или иного события, как правило, базируются на разного рода допущениях. Случаи, когда для этой цели удается применить строгий, а тем более математический метод, довольно редки, а стало быть, и особенно интересны. Одним из них является Альмагест, включающий в себя каталог около 1000 звезд. Скалигеровская хронология приписывает Альмагест древнегреческому астроному Клавдию Птолемею (около 90 — около 160 гг. н. э.). Однако уже давно в истории астрономии обсуждается вопрос о том, не был ли реальным автором звездного каталога (а возможно и остальных разделов книги) — Гиппарх, живший, как считается, во II в. до н. э.

Сегодня считается, что Птолемей был последним крупным астрономом античности. После него в истории астрономии «наступил мрак», и лишь в VIII–IX вв. н. э. интерес к астрономии просыпается вновь, но уже у арабов. Они-то и перевели Альмагест. Дошедшие до нас греческий и латинский тексты Альмагеста считаются сегодня переводами с арабского. Самые ранние рукописи Альмагеста относят примерно к IX в. (арабский вариант).

Конечно, хотелось бы выяснить истинную дату его написания. Известный американский астроном Роберт Ньютон в своей книге «Преступление Клавдия Птолемея»[а3] был вынужден назвать Птолемея «самым удачливым обманщиком в истории науки». Это утверждение основывается на тщательном анализе цифрового материала, содержащегося в Альмагесте. Р. Ньютон обнаружил, что многие «наблюдательные данные», приведенные в Альмагесте, в действительности являются всего лишь результатами поздних расчетов назад, в прошлое, на основе астрономической теории Птолемея. И результаты этих теоретических вычислений были затем намеренно вписаны в Альмагест как якобы «реальные наблюдения». Тем не менее Р. Ньютон не ставит под сомнение скалигеровскую дату составления каталога. Но вот, скажем, замечательный русский ученый-энциклопедист Н.А. Морозов в многотомном труде «Христос» (1924–1932 гг.) высказал гипотезу о существенно более позднем времени написания Альмагеста, которую достаточно убедительно аргументировал.

Обратившись к проблеме датировки Альмагеста, мы сначала взяли лишь его звездный каталог и применили к нему математические методы. Заранее никаких ограничений на искомую дату не налагалось и априори лишь предполагалось, что она лежит между 600 г. до н. э. и 1800 г. н. э.

В звездных каталогах, как древних, так и современных, принимается, что звезды располагаются на воображаемой небесной сфере большого радиуса. Подвижные звезды перемещаются по ней, а неподвижные — закреплены. Впрочем, о неподвижности можно говорить лишь условно: просто скорость «стоящих на месте» звезд мала (древние думали, что все звезды неподвижны). Чтобы зафиксировать положение звезд, применяются различные сферические координаты. Чаще других употребляются эклиптикальная (ее мы находим в Альмагесте) и экваториальная (современные каталоги) системы. Поскольку плоскости эклиптики и экватора меняют свое положение с течением времени, обе системы оказываются переменными.

Естественной выглядит попытка датировать каталог так: отталкиваясь от современных положений помещенных там звезд, вычислить, где они должны были бы находиться в разные годы в прошлом (такой расчет сегодня делается с большой точностью по современным астрометрическим данным с учетом собственных движений звезд), и сравнить найденные координаты с занесенными в Альмагест. На том временнóм интервале, где обнаружится наилучшее согласие между обеими группами величин, видимо, и был составлен каталог.

Но на пути такого сопоставления возникают препятствия.

Прежде всего, нужно понять, «кто есть кто». Иначе говоря, необходимо отождествить каждую звезду Альмагеста с какой-либо из наблюдаемых ныне звезд. Априори совершенно не ясно, будет ли результат однозначным. Ведь звезды перемещаются по небосводу и в разные эпохи могут занимать положения, соответствующие различным звездам каталога. Если в такой ситуации отдать предпочтение одному из возможных отождествлений, то это равносильно произвольному выбору датировки. Субъективное отождествление приведет к столь же субъективной датировке.

Далее, координаты звезд в Альмагесте содержат ошибки, иногда значительные. Цена деления в каталоге 10 минут. Это, так сказать «заявленная точность». Но реальная точность ниже. Много это или мало? Если учесть, что наиболее быстрые звезды проходят такое расстояние за 350–400 лет, то надежды получить временную привязку с погрешностью 100 или даже 200 лет выглядят по крайней мере наивными.

Погрешности появлялись при измерениях из-за «неидеальности» астрономических инструментов. Неточное знание (автором Альмагеста) фундаментальных астрономических параметров, например, угла между плоскостями эклиптики и экватора, также порождало погрешности. Могли быть и искажения, допускавшиеся автором сознательно. Так, увеличение или уменьшение эклиптикальных долгот на некоторую постоянную величину может «старить» или «омолаживать» наблюдательные данные каталога (из-за прецессии).

Для анализа мы взяли каталог в том виде, в каком он приведен в изданиях [а4], [а5] и в фундаментальном труде [а6]. И хотя в этой известной работе [а6] исследуются многие проблемы из тех, что упоминались выше, мы сочли необходимым провести все расчеты заново.

Понятно, что предварительно надо было «очистить» каталог от звезд, координаты которых заведомо сильно искажены, имеют погрешность, превышающую, скажем 1 градус. Помимо этого, нами была проверена идентификация звезд каталога со звездами «современного неба», содержащаяся в труде [а6]. Как и следовало ожидать, она была в целом подтверждена. Однако, было обнаружено несколько звезд, идентифицируемых неоднозначно (например, О² Эридана). Впрочем, на это обстоятельство обращалось внимание и в труде [а6]. Звезды, имеющие неоднозначные отождествления, были из рассмотрения исключены, как неинформативные. В результате, в «очищенном» каталоге Альмагеста осталось 864 звезды.

Чтобы продвинуться дальше, потребовались более тонкие методы. Прежде всего пришлось выявить систематическую ошибку в координатах звезд, возникающую при определении положения эклиптики в момент наблюдения. Если составитель каталога неправильно нашел ее положение, то координаты всех звезд исказятся.

Положение плоскости эклиптики (или, что то же, положение полюса эклиптики), равно как и положение точки весеннего равноденствия являются результатами достаточно тонких измерений. Представим себе, что составитель каталога совершил ошибку в измерении, и вместо истинной эклиптики использовал «ошибочную» эклиптику, а также вместо истинной точки равноденствия использовал «ошибочную» точку равноденствия. Это приведет к смещению полюса эклиптики. Но тогда и координаты всех звезд изменятся.

Смещенное положение плоскости эклиптики можно полностью параметризовать двумя углами. Отметим, что эти углы полностью определяют результирующую широтную ошибку, тогда как для определения долготной ошибки нужно знать еще ошибку в определении точки весеннего равноденствия. Данное обстоятельство послужило одним из аргументов в пользу использования для датировки лишь широтных координат звезд из Альмагеста. Дополнительным аргументом явился вывод Р. Ньютона [а4] о поддельности долгот звезд в звездном каталоге Альмагеста. Рассмотрение одних лишь широтных координат позволяет устранить из рассмотрения дополнительный источник ошибок. Вместе с тем, как оказалось, знания широт вполне хватает для решения поставленных задач датировки.

Описанная выше систематическая ошибка вполне аналогична ошибке, которую совершает стрелок в тире, пользуясь «непристрелянным» ружьем: даже при точном прицеле из-за неотрегулированности «мушки» будет поражаться не центр мишени, а какая-то иная точка. В реальной ситуации на ошибку из-за непристрелянности налагается еще и индивидуальная ошибка стрелка. В нашем случае, к истинной широте звезды добавляются как систематическая, так и индивидуальная случайная ошибка (условно назовем ее ошибкой измерения), в определении широты звезды. Естественно предположить, что среднее значение последней ошибки (по большой совокупности звезд) равно 0.

В этих условиях можно, анализируя координаты всех 864 звезд «очищенного» каталога и пользуясь стандартными методами математической статистики, найти эту систематическую ошибку (как функцию времени).

Оказалось, что она изображается графиком, на основании которого можно сделать вывод, что автор Альмагеста действительно ошибся в определении угла между эклиптикой и экватором. Конечно, мы нашли не точные величины угловой ошибки, а так называемый «доверительный интервал», в котором значение истинной ошибки лежит с высокой вероятностью (в нашей работе — 99,5 %).

Зададимся теперь вопросом, а зачем собственно потребовалось определять эту ошибку? Дело в том, что зная систематическую ошибку, теперь можно ее устранить (скомпенсировать). То есть, вместо искаженных широт, записанных составителем в каталог Альмагеста, теперь можно рассмотреть более правильные значения, которые отличаются от истинных широт лишь на неизвестную нам величину индивидуальной ошибки и представляют собой «рафинированные» результаты измерений, которые составитель записал бы в каталог, если бы определил положение эклиптики абсолютно точно. Таким образом, математическая статистика позволила на этом этапе отделить «зерна от плевел» и выяснить, какова была систематическая ошибка и чему равнялись собственно ошибки измерения. Заодно удалось проверить и претензии составителя каталога на заявленную им точность. Оказалось, что найденное нами среднеквадратичное значение индивидуальных ошибок, характеризующее точность измерений, подтверждает претензии составителя каталога на точность в 10'. Мы имеем в виду следующее.

Для уточнения полученного результата, мы проанализировали по отдельности разные участки небосвода Альмагеста и в результате удалось разбить его на «однородные области». Сразу скажем, что результат оказался неодинаков для разных областей на небосводе, а их на звездном небе Альмагеста обнаружено семь. Эти области различаются по точности, с которыми были измерены широты. Причем оказалось, что положение звезд, входящих в каждую из областей, «в среднем» было измерено примерно с одинаковой ошибкой.

Область А оказалась не только самой большой, но и «наиболее точной» из всех остальных. Для большей части ее звезд после компенсации (вычитания) систематической ошибки широтная невязка (т. е. точность измерения широт) стала меньше 10'. В то время как до компенсации систематической ошибки подобную точность имели лишь 30 % звезд. Становится понятным, почему в Альмагесте была выбрана цена деления в 10': наблюдая основную массу звезд с такой погрешностью, автор вправе был взять эту величину в качестве отправной в масштабной шкале.

По-видимому, автор каталога придавал области А особое значение. Она явно очерчена именными звездами Альмагеста, которых 12. Именные звезды — это те, которые снабжены названиями в каталоге Альмагеста.

Чтобы области легче было сравнивать, разобьем их на пары: А и В, Зодиак А и Зодиак В, С и Д. Оказалось, что у каждой пары в области, расположенной справа, измерения выполнены точнее, чем в той, что лежит слева. Можно говорить о «хорошей» в данной паре области, и о «плохой».

Млечный Путь оказывается при этом «средней» областью, но более близкой к «плохой». Мы видим, что он делит звездное небо на две неравные части: одну «хорошую», другую «плохую». Причем «хорошая» существенно больше «плохой». Можно по-разному объяснять этот факт. И хотя наши выводы совершенно не зависят от того, каким будет объяснение, предложим свою гипотезу. Вероятно, звезды справа от Млечного Пути измерены точнее потому, что наблюдались весной и летом, когда условия благоприятствуют наблюдениям. В то время как области слева по-видимому исследовались осенью и зимой. Дело в том, что «хорошая» область лучше «видна» как раз весной и летом, а ее антипод, наоборот — зимой и осенью.

Итак, статистический анализ позволяет сделать вывод, что в Альмагесте наиболее точно измерены звезды из совокупности Зодиак А. Это и неудивительно, ведь звездам Зодиака всегда уделялось особое внимание.

Кроме того, именно в этой области и в непосредственной близости от нее находятся семь (из 12) именных звезд (т. е. звезд, имеющих в каталоге собственные имена, чем подчеркивалась их особая важность для составителя).

Для того, чтобы определить дату составления каталога, следует воспользоваться эффектом (неизвестным древним астрономам) движения звезд по небесной сфере и изменением вследствии этого геометрии их конфигурации со временем.

Базируясь на том обстоятельстве, что нами была подтверждена заявленная точность составителя каталога (по крайней мере, для большинства звезд), резонно выдвинуть гипотезу, что в момент наблюдения индивидуальные ошибки измерений координат наиболее важных звезд не превышали заявленной точности в 10'. Для датировки каталога нужна информация о том, какие звезды измерены составителем каталога наиболее тщательно. Естественно было предположить, что в их число входят 12 именных звезд Альмагеста.

Это яркие звезды, образующие на небе хорошо заметный базис. Однако и к ним нельзя относиться одинаково. Например, Канопус — слишком «южная» звезда, подверженная сильным рефракционным искажениям, и ее широта в Альмагесте приведена с ошибкой более 1 градуса. У звезды Превиндемиатрикс вообще во всех известных списках и ранних изданиях Альмагеста координаты имеют погрешность несколько градусов. Аквила и Сириус тоже выпадают из рассмотрения, поскольку принадлежат тем областям неба, где широтные ошибки даже после компенсации систематической ошибки слишком велики (около 20').

Остаются восемь звезд: Арктур, Спика, Капелла, Вега, Антарес, Аселли, Процион (хотя формально он и лежит за внешней границей Зодиака А, в южной области С), Регул. Вычисления показали, что после компенсации систематической ошибки, широтная невязка для всех этих звезд одновременно становится меньше 10' (т. е. меньше заявленной автором точности каталога) между 600 г. н. э. и 1300 г. н. э. Так появляется интервал возможных датировок звездного каталога Альмагеста: 600-1300 гг. н. э.