Көкшерелер мен космологиялық модельдер тарихы

Кіріспе

Кейбір космологиялық модельдердің элементтері

Аспан сфералары немесе аспан дөңгелектері Платон, Евдокс, Аристотель, Птолемей, Коперник және басқалар жасаған космологиялық модельдердің негізгі құрауыштары болды. Бұл аспан модельдерінде тұрақты жұлдыздар мен планеталардың байқалатын қозғалыстары, оларды айналмалы сфераларға енгізу арқылы түсіндірілді, олар эфирлік, мөлдір бесінші элементтен (квинтессенция) жасалған, орналасқан асыл тастар сияқты. Тұрақты жұлдыздар бір-біріне қатысты өз орнын өзгертпейді деп есептелгендіктен, олардың бір жұлдызды сфераның бетінде орналасқаны туралы пікір айтылды. Қазіргі заманғы ойлар бойынша, планеталардың орбиталары – планеталардың көбінесе бос кеңістіктегі жолдары. Алайда, ежелгі және орта ғасырлық ойшылдар аспан дөңгелектерін бірін-біріне тығыз орналасқан, әрқайсысы жоғарыдағы және төмендегі дөңгелектермен толық байланыста болатын сирек материядан жасалған қалың сфералар деп қарастырды. Ғалымдар Птолемейдің эпициклітерін қолданғанда, әрбір планеталық сфераның қалыңдығы оларды орналастыруға жеткілікті деп есептеді. Ұялы сфералар моделіндегі Күн мен планеталарға дейінгі қашықтықтар қазіргі заманғы өлшемдерден айтарлықтай өзгеше, ал ғаламның мөлшері қазір түсініксіз үлкен және үздірілсіз кеңейіп келеді. Альберт Ван Хелденнің сөзіне сәйкес, шамамен 1250 жылдан бастап 17 ғасырға дейін Еуропаның барлық білімді адамдары Птолемейдің «ұялы сфералар және олардан туындаған ғарыштық өлшемдер» моделімен таныс болды. Коперниктің гелиоцентрлік модельін қабылдағаннан кейін де аспан сферасы моделінің жаңа нұсқалары енгізілді, онда планеталық сфералар орталық Күннен бастап мына ретпен орналасқан: Меркурий, Венера, Жер-Ай, Марс, Юпитер және Сатурн. Аспан сфералары теориясына сенім ғылыми революциядан кейін жойылды. 1600 жылдардың басында Кеплер аспан сфераларын талқылауды жалғастырды, бірақ планеталар сфералармен тасымалданбайды, олар Кеплердің планеталық қозғалыс заңдарымен сипатталған эллипстік жолдармен қозғалады деп санады. 1600 жылдардың соңында, Жер және аспан денелерінің қозғалысына қатысты грек және орта ғасырлық теориялар Ньютонның әмбебап тартылыс заңымен және Ньютон механикасымен алмастырылды, олар Кеплер заңдарының денелер арасындағы тартылыс күшінен қалай пайда болатынын түсіндіреді.

The celestial spheres, or celestial orbs, were the fundamental entities of the cosmological models developed by Plato, Eudoxus, Aristotle, Ptolemy, Copernicus, and others. In these celestial models, the apparent motions of the fixed stars and planets are accounted for by treating them as embedded in rotating spheres made of an aetherial, transparent fifth element (quintessence), like gems set in orbs. Since it was believed that the fixed stars did not change their positions relative to one another, it was argued that they must be on the surface of a single starry sphere. In modern thought, the orbits of the planets are viewed as the paths of those planets through mostly empty space. Ancient and medieval thinkers, however, considered the celestial orbs to be thick spheres of rarefied matter nested one within the other, each one in complete contact with the sphere above it and the sphere below. When scholars applied Ptolemy's epicycles, they presumed that each planetary sphere was exactly thick enough to accommodate them. The nested sphere model's distances to the Sun and planets differ significantly from modern measurements of the distances, and the size of the universe is now known to be inconceivably large and continuously expanding. Albert Van Helden has suggested that from about 1250 until the 17th century, virtually all educated Europeans were familiar with the Ptolemaic model of "nesting spheres and the cosmic dimensions derived from it". Even following the adoption of Copernicus's heliocentric model of the universe, new versions of the celestial sphere model were introduced, with the planetary spheres following this sequence from the central Sun: Mercury, Venus, Earth Moon, Mars, Jupiter and Saturn. Mainstream belief in the theory of celestial spheres did not survive the Scientific Revolution. In the early 1600s, Kepler continued to discuss celestial spheres, although he did not consider that the planets were carried by the spheres but held that they moved in elliptical paths described by Kepler's laws of planetary motion. In the late 1600s, Greek and medieval theories concerning the motion of terrestrial and celestial objects were replaced by Newton's law of universal gravitation and Newtonian mechanics, which explain how Kepler's laws arise from the gravitational attraction between bodies.

Сфералар мен шеңберлер туралы алғашқы идеялар

Грек антикалық дәуірінде аспан сфералары мен сақиналар туралы идеялар алғаш рет б.з.д. VI ғасырдың басында Анаксимандрдың космологиясында пайда болды. Оның космологиясында Күн мен Ай – конденсацияланған ауа түтікшелеріне енгізілген оттың түтікшелі сақиналарындағы айналмалы арба дөңгелектері сияқты. Бегілі жұлдыздар да осындай дөңгелек жиектеріндегі ашық тесіктер, бірақ жұлдыздар саны сонша көп болғандықтан, олардың жалғасқан жиектері Жерді қамтитын үздіксіз шар қабығын құрайды. Бұл дөңгелек жиектерінің бәрі бастапқыда Жерді толығымен қамтитын, кейін көптеген жеке сақиналарға ыдыраған бастапқы от сферасынан пайда болған. Сондықтан Анаксимандрдың космогониясында бастапқыда сфера болды, одан аспан сақиналары қалыптасты, ал олардың кейбіреулері жұлдыздық сфераны құрады. Жерден қарағанда, Күннің сақинасы ең жоғары, Айдың сақинасы төмен, ал жұлдыздық сфера ең төмен орналасқан. Анаксимандрдан кейін оның шәкірті Анаксимен (шамамен б.з.д. 585 – б.з.д. 528/4) жұлдыздардың, Күннің, Айдың және планеталардың бәрі оттан жасалғанын айтты. Бірақ жұлдыздар айналмалы кристалл сфераға шеге немесе түйір сияқты бекітілсе, Күн, Ай, планеталар және Жер кеңдігіне байланысты жапырақтар сияқты ауада қозғалады. Бегілі жұлдыздар жұлдыздық сферамен толық айналым жасаса, Күн, Ай және планеталар жұлдыздар сияқты Жер астында күн бату мен күн шығу арасында айналмайды, керісінше, күн батқанда Жерді жартылай айналып, бас айналғандай, қайтадан көтерілгенге дейін айналады. Анаксимандрдан өзгеше, ол бегілі жұлдыздарды Жерден ең алыс орналастырды. Анаксименнің ғаламының ең тұрақты ерекшелігі – жұлдыздардың қатты шеңбердегідей кристалл сфераға бекітілуі болды, бұл Коперник пен Кеплерге дейін космологияның негізгі принципіне айналды. Анаксименнен кейін Пифагор, Ксенофан және Парменидтер ғаламның шар тәрізді екенін айтты. Ал б.з.д. IV ғасырда Платонның «Тимей» еңбегінде ғаламның ең кемелді және біркелкі пішінде, яғни бегілі жұлдыздарды қамтитын сферада жасалғаны көрсетілді. Бірақ ол планеталар Анаксимандрдың космологиясындағыдай дөңгелек жиектері емес, айналмалы жолақтарда немесе сақиналарда орналасқан шар тәрізді денелер деп санайтын.

In Greek antiquity the ideas of celestial spheres and rings first appeared in the cosmology of Anaximander in the early 6th century BC. In his cosmology both the Sun and Moon are circular open vents in tubular rings of fire enclosed in tubes of condensed air; these rings constitute the rims of rotating chariot like wheels pivoting on the Earth at their centre. The fixed stars are also open vents in such wheel rims, but there are so many such wheels for the stars that their contiguous rims all together form a continuous spherical shell encompassing the Earth. All these wheel rims had originally been formed out of an original sphere of fire wholly encompassing the Earth, which had disintegrated into many individual rings. Hence, in Anaximanders's cosmogony, in the beginning was the sphere, out of which celestial rings were formed, from some of which the stellar sphere was in turn composed. As viewed from the Earth, the ring of the Sun was highest, that of the Moon was lower, and the sphere of the stars was lowest. Following Anaximander, his pupil Anaximenes (c. 585 – c. 528/4) held that the stars, Sun, Moon, and planets are all made of fire. But whilst the stars are fastened on a revolving crystal sphere like nails or studs, the Sun, Moon, and planets, and also the Earth, all just ride on air like leaves because of their breadth. And whilst the fixed stars are carried around in a complete circle by the stellar sphere, the Sun, Moon and planets do not revolve under the Earth between setting and rising again like the stars do, but rather on setting they go laterally around the Earth like a cap turning halfway around the head until they rise again. And unlike Anaximander, he relegated the fixed stars to the region most distant from the Earth. The most enduring feature of Anaximenes' cosmos was its conception of the stars being fixed on a crystal sphere as in a rigid frame, which became a fundamental principle of cosmology down to Copernicus and Kepler. After Anaximenes, Pythagoras, Xenophanes and Parmenides all held that the universe was spherical. And much later in the fourth century BC Plato's Timaeus proposed that the body of the cosmos was made in the most perfect and uniform shape, that of a sphere containing the fixed stars. But it posited that the planets were spherical bodies set in rotating bands or rings rather than wheel rims as in Anaximander's cosmology.

Планеталық сфералардың пайда болуы

Платонның шәкірті Евдокс жолақтардың орнына барлық планеталар үшін концентрлі сфераларды пайдаланып, планеталық модель жасады. Оның Ай мен Күн модельдері үшін әрқайсысы үш сфера, ал қалған бес планетаның модельдері үшін әрқайсысы төрт сфера болды, осылайша барлығы 26 сфера пайда болды. Каллипп бұл жүйені өзгертіп, Күн, Ай, Меркурий, Венера және Марс модельдері үшін бес сфераны қолданды, ал Юпитер мен Сатурн модельдері үшін төрт сфераны сақтап қалды, осылайша барлығы 33 сфера жасалды. Грек ғылымының тарихшылары дәстүрлі түрде бұл модельдерді жай ғана геометриялық бейнелеу деп қараса да, соңғы зерттеулер олардың физикалық жағынан да нақты болуға тырысқандығын немесе мәселені шешуге жеткілікті дәлелдердің болмауына байланысты шешім қабылдамай, күдікпен қарастырғандығын көрсетеді. Аристотель өзінің "Метафизикасында" Эвдокстың математикалық модельдеріне негізделген сфералардың физикалық космологиясын жасады. Аристотельдің толыққанды дамыған аспан үлгісінде шар тәрізді Жер ғаламның орталығында орналасқан, ал планеталар 47 немесе 55 өзара байланысты сфералар арқылы қозғалады, олар біртұтас планеталық жүйені құрайды. Ал Эвдокс пен Каллипп модельдерінде әр планетаның жеке сфералар жиынтығы келесі планетаның сфераларымен байланыспаған. Аристотель сфералардың нақты санын, демек қозғалтқыштардың санын астрономиялық зерттеулер арқылы анықтауға болатынын айтады, бірақ ол сыртқы сфералардың қозғалысына қарсы әсер ету үшін Эвдокс пен Каллипп ұсынғандарға қосымша сфераларды қосты. Аристотель бұл сфералардың бесінші элементтен, яғни эфирден тұратынын есептейді. Бұл концентрлі сфералардың әрқайсысын өзінің құдайы қозғалтады – өзгермейтін, құдайлық қозғалтқыш, ол өзінің сферасын тек оның сүйіспеншілігімен қозғалтады. Астроном Птолемей ("Алмагест" еңбегінде, шамамен 150 ж.) жұлдыздар мен планеталардың қозғалысын болжауға арналған геометриялық модельдерді жасады және оларды өзінің "Планеталық гипотезаларында" ғаламның біртұтас физикалық моделіне дейін кеңейтті. Экцентриктер мен эпициклдерді пайдалану арқылы оның геометриялық моделі ғаламның бұрынғы концентрлі сфералық модельдеріне қарағанда математикалық егжей-тегжейлілік пен болжамды дәлдік тұрғысынан артықшылықтарға ие болды. Птолемейдің физикалық моделінде әр планета екі немесе одан да көп сферада орналасқан, бірақ "Планеталық гипотезаларының" 2-кітабында Птолемей 1-кітабындағыдай сфералар емес, қалың дөңгелек тілімдерді суреттеген. Бір сфера/тілім – деферент, оның центрі Жерден біршама ығысқан; екінші сфера/тілім – эпицикл, ол деферентке енгізілген, ал планета эпициклдік сфера/тілімде орналасқан. Птолемейдің ұялы сфералар моделі ғаламның жалпы өлшемдерін анықтады, Сатурнның ең үлкен қашықтығы Жер радиусынан 19,865 есе, ал тұрақты жұлдыздардың қашықтығы кем дегенде 20,000 Жер радиусынан артық. Ежелгі заманда төменгі планеталардың реті туралы барлық жерде келісім болған жоқ. Платон мен оның ізбасарлары оларды Ай, Күн, Меркурий, Венера ретімен орналастырды, содан кейін жоғары сфералар үшін стандартты модельді қолданды. Басқалар Меркурий мен Венера сфераларының салыстырмалы орны туралы келіспеді: Птолемей екеуін де Күннің астында, Венераны Меркурийдің үстінде орналастырды, бірақ басқалары екеуін де Күннің үстінде орналастырды; кейбір ортағасырлық ойшылдар, мысалы, аль-Битруджи Венера сферасын Күннің үстінде, ал Меркурийді оның астында орналастырды.

Instead of bands, Plato's student Eudoxus developed a planetary model using concentric spheres for all the planets, with three spheres each for his models of the Moon and the Sun and four each for the models of the other five planets, thus making 26 spheres in all. Callippus modified this system, using five spheres for his models of the Sun, Moon, Mercury, Venus, and Mars and retaining four spheres for the models of Jupiter and Saturn, thus making 33 spheres in all. Although historians of Greek science have traditionally considered these models to be merely geometrical representations, recent studies have proposed that they were also intended to be physically real or have withheld judgment, noting the limited evidence to resolve the question. In his Metaphysics, Aristotle developed a physical cosmology of spheres, based on the mathematical models of Eudoxus. In Aristotle's fully developed celestial model, the spherical Earth is at the centre of the universe and the planets are moved by either 47 or 55 interconnected spheres that form a unified planetary system, whereas in the models of Eudoxus and Callippus each planet's individual set of spheres were not connected to those of the next planet. Aristotle says the exact number of spheres, and hence the number of movers, is to be determined by astronomical investigation, but he added additional spheres to those proposed by Eudoxus and Callippus, to counteract the motion of the outer spheres. Aristotle considers that these spheres are made of an unchanging fifth element, the aether. Each of these concentric spheres is moved by its own god—an unchanging divine unmoved mover, and who moves its sphere simply by virtue of being loved by it. In his Almagest, the astronomer Ptolemy (fl. c. 150 AD) developed geometrical predictive models of the motions of the stars and planets and extended them to a unified physical model of the cosmos in his Planetary hypotheses. By using eccentrics and epicycles, his geometrical model achieved greater mathematical detail and predictive accuracy than had been exhibited by earlier concentric spherical models of the cosmos. In Ptolemy's physical model, each planet is contained in two or more spheres, but in Book 2 of his Planetary Hypotheses Ptolemy depicted thick circular slices rather than spheres as in its Book 1. One sphere/slice is the deferent, with a centre offset somewhat from the Earth; the other sphere/slice is an epicycle embedded in the deferent, with the planet embedded in the epicyclical sphere/slice. Ptolemy's model of nesting spheres provided the general dimensions of the cosmos, the greatest distance of Saturn being 19,865 times the radius of the Earth and the distance of the fixed stars being at least 20,000 Earth radii. In antiquity the order of the lower planets was not universally agreed. Plato and his followers ordered them Moon, Sun, Mercury, Venus, and then followed the standard model for the upper spheres. Others disagreed about the relative place of the spheres of Mercury and Venus: Ptolemy placed both of them beneath the Sun with Venus above Mercury, but noted others placed them both above the Sun; some medieval thinkers, such as al Bitruji, placed the sphere of Venus above the Sun and that of Mercury below it.

Астрономиялық талқылаулар

Мұсылман астрономы әл-Фарғаниден басталатын астрономдар сериясы жұлдыздар мен планеталық сфераларға дейінгі қашықтықты есептеу үшін ұялы сфералардың Птолемей моделін қолданды. Әл-Фарғанидің жұлдыздарға арақашықтығы 20,110 Жер радиусы болды, ал Жер радиусы белгілі бір шама деп есептегенде, нәтижеге жетуге болады. Птолемейдің Альмагестіне кіріспе, Ташиль әл-Маджисти, Табит ибн Курра жазған деп саналады, ол Птолемейдің аспан сфераларына дейінгі арақашықтығының шағын өзгерістерін ұсынды. Аль-Баттани өзінің Zij еңбегінде планеталарға дейінгі қашықтықты ұялы сфералар үлгісі бойынша есептеді, бұл Птолемейден кейінгі ғалымдардың жазғандарына байланысты деп ойлады. Оның есептеулері жұлдыздарға 19,000 Жер радиусы қашықтығын көрсетті. Мыңжылдықтың басында араб астрономы және ғалымы Ибн әл-Хайтам (Альхацен) Птолемейдің геоцентрикалық модельдерін ұялы сфералар тұрғысынан дамытты. Бұл тұжырымдама Птолемейдің Планеталық гипотезасына ұқсас болғанымен, әл-Хайтамның ұсынуы жеткілікті ерекшеліктерге ие болды, сондықтан бұл тұжырымдаманың тәуелсіз дамуын көрсетеді деген пікір бар. Ибн әл-Хайтам өзінің "Оптика кітабының" 15-16 тарауларында аспан сфералары қатты заттан тұрмайтынын айтты. XII ғасырдың соңында испан мұсылман астрономы аль-Битружи (Алпетрагиус) Аристотельдің негізінде, шығыстан батысқа қарай әртүрлі жылдамдықпен қозғалатын концентрикалық сфералар жүйесін қолдана отырып, Птолемейдің эпициклдері мен эксцентриктері болмастан планеталардың күрделі қозғалыстарын түсіндіруге тырысты. Бұл модель болжамдық астрономиялық модель ретінде дәл болмаса да, кейінірек Еуропалық астрономдар мен философтар тарапынан талқыланды. XIII ғасырда астроном аль-Урдди Птолемейдің ұялы сфералар жүйесіне радикалды өзгеріс енгізуді ұсынды. Китаб әл-Хаяхта ол қайта есептеген параметрлерді қолдана отырып, планеталардың қашықтығын қайта есептеді. Күннің қашықтығын Жердің 1266 радиусы деп есептеген ол Венераның сферасын Күн сферасының үстіне орналастыруға мәжбүр болды, ал одан әрі жетілдіру үшін планетаның диаметрін сферасының қалыңдығына қосты. Нәтижесінде оның ұялы сфералар моделінде жұлдыздар сферасы 140,177 Жер радиусы қашықтықта болды. Кампанус Новараның кіріспе астрономиялық мәтіні, Theorica planetarum, Жерден әртүрлі планеталардың қашықтығын есептеу үшін ұялы сфералар моделін қолданды, ол 22,612 Жер радиусы немесе 73,387,747100/660 мильді құрады. Роджер Бэкон өзінің Opus Majus еңбегінде Аль-Фарғанидің жұлдыздарға дейінгі қашықтығын 20,110 Жер радиусынан немесе 65,357,700 мильден келтірді, одан ол ғаламның шеңберін 410,818,5173/7 миль деп есептеді. Бұл модель физикалық шындықты бейнелейді деген сенімнің нақты дәлелі Бэконның Opus Majus еңбегінде Айға дейін жүруге қажетті уақыт туралы және танымал орта ағылшын тіліндегі Оңтүстік ағылшын аңызында, ең биік жұлдызды көкке жету үшін 8000 жыл қажет болады деген мәліметтерде көрінеді. Ұялы сфералар моделінен алынған ғаламның өлшемдері туралы жалпы түсінік Мұса Маймонидтің еврей тіліндегі, Госсуиннің француз тіліндегі және Данте Алигьеридің итальян тіліндегі баяндамалары арқылы кең аудиторияға жетті.

A series of astronomers, beginning with the Muslim astronomer al Farghānī, used the Ptolemaic model of nesting spheres to compute distances to the stars and planetary spheres. Al Farghānī's distance to the stars was 20,110 Earth radii which, on the assumption that the radius of the Earth was , came to An introduction to Ptolemy's Almagest, the Tashil al Majisti, believed to be written by Thābit ibn Qurra, presented minor variations of Ptolemy's distances to the celestial spheres. In his Zij, Al Battānī presented independent calculations of the distances to the planets on the model of nesting spheres, which he thought was due to scholars writing after Ptolemy. His calculations yielded a distance of 19,000 Earth radii to the stars. Around the turn of the millennium, the Arabic astronomer and polymath Ibn al Haytham (Alhacen) presented a development of Ptolemy's geocentric models in terms of nested spheres. Despite the similarity of this concept to that of Ptolemy's Planetary Hypotheses, al Haytham's presentation differs in sufficient detail that it has been argued that it reflects an independent development of the concept. In chapters 15–16 of his Book of Optics, Ibn al Haytham also said that the celestial spheres do not consist of solid matter. Near the end of the twelfth century, the Spanish Muslim astronomer al Bitrūjī (Alpetragius) sought to explain the complex motions of the planets without Ptolemy's epicycles and eccentrics, using an Aristotelian framework of purely concentric spheres that moved with differing speeds from east to west. This model was much less accurate as a predictive astronomical model, but it was discussed by later European astronomers and philosophers. In the thirteenth century the astronomer al 'Urḍi proposed a radical change to Ptolemy's system of nesting spheres. In his Kitāb al Hayáh, he recalculated the distance of the planets using parameters which he redetermined. Taking the distance of the Sun as 1,266 Earth radii, he was forced to place the sphere of Venus above the sphere of the Sun; as a further refinement, he added the planet's diameters to the thickness of their spheres. As a consequence, his version of the nesting spheres model had the sphere of the stars at a distance of 140,177 Earth radii. Campanus of Novara's introductory astronomical text, the Theorica planetarum, used the model of nesting spheres to compute the distances of the various planets from the Earth, which he gave as 22,612 Earth radii or 73,387,747100/660 miles. In his Opus Majus, Roger Bacon cited Al Farghānī's distance to the stars of 20,110 Earth radii, or 65,357,700 miles, from which he computed the circumference of the universe to be 410,818,5173/7 miles. Clear evidence that this model was thought to represent physical reality is the accounts found in Bacon's Opus Majus of the time needed to walk to the Moon and in the popular Middle English South English Legendary, that it would take 8,000 years to reach the highest starry heaven. General understanding of the dimensions of the universe derived from the nested sphere model reached wider audiences through the presentations in Hebrew by Moses Maimonides, in French by Gossuin of Metz, and in Italian by Dante Alighieri.

Философиялық және теологиялық пікірталастар

Философтар мұндай математикалық есептеулерге қарағанда аспан сфераларының табиғаты, олардың жаратылған табиғат туралы аян бойынша айтылған мәліметтермен байланысы және олардың қозғалысының себептерімен көбірек айналысты. Ади Сетия он екінші ғасырдағы ислам ғалымдары арасындағы пікірталасты сипаттайды, ол Фахр әл-Дин әл-Разидің түсіндірмесіне негізделген, аспан сфералары нақты, физикалық денелер ме, әлде "әртүрлі жұлдыздар мен планеталардың әлемде сызған абстрактілі шеңберлері ме" деген мәселе бойынша пікір алмасыпты. Сетия атап көрсетеді, көптеген білімді адамдар мен астрономдар олардың "жұлдыздардың айналасында бұралатын қатты сфералар" екенін айтқан. Бірақ әл-Рази ислам ғалымы Дахақ сияқты кейбіреулер оларды абстрактілі деп есептегенін айтады. Ал әл-Разинің өзі шешімге келе алмады, ол былай деді: "Шындығында, аспанның сипаттамаларын [құдайлық аян немесе пайғамбарлық дәстүрлер] арқылы ғана анықтауға болады". Сетия қорытындылайды: "Осылайша, әл-Рази (және одан бұрын және кейін келген басқалар) үшін астрономиялық модельдер, аспанды реттеуде олардың пайдалылығы немесе пайдасыздығына қарамастан, дұрыс рационалды дәлелдерге негізделмеген, сондықтан аспанның шындығын сипаттау және түсіндіру тұрғысынан оларға ешқандай зияткерлік міндеттемелер болмайды". Христиан және мұсылман философтары Птолемейдің жүйесін өзгертіп, оған қозғалмайтын ең шеткі аймақты, емпирейлік көкті қосты, ол Құдай мен барлық таңдалғандардың мекені ретінде танылды. Орта ғасырлық христиандар жұлдыздар сферасын Киелі кітаптағы аспанмен байланыстырды және кейде Жаратылыс кітабына сәйкес аспанның үстінде судың көзге көрінбейтін қабатын болжады. Кейбір мәліметтерде періштелер мекендейтін сыртқы сфера кездеседі. Эдвард Грант, ғылым тарихшысы, орта ғасырлық схоластикалық философтардың аспан сфераларын үш өлшемді немесе үздіксіз деп санағанын дәлелдеді, бірақ көпшілігі оларды қатты деп санамады. Пікір қалыптасқандай, аспан сфералары бір түрлі үздіксіз сұйықтықтан жасалған. Кейінірек, ғасырдың соңында мутакаллим Адуд әл-Дин әл-Иджи (1281–1355) Аш'ари доктринасының атомдық тұжырымын ұстанды, барлық физикалық әсерлер табиғи себептерден емес, тікелей Құдайдың еркінен туындайды деп санайтындықтан, біркелкі және дөңгелек қозғалыс принципін қабылдамады. Ол аспан сфераларын "қиялға қонымсыз нәрселер" және "өзбек торлы желісінен де жіңішке" деп айтты. Оның пікірін әл-Журжани (1339–1413) сынға алды, ол аспан сфераларының "сыртқы нақтылығы болмаса да, олар дұрыс елестетілген және нақтыдағы [бар нәрсеге] сәйкес келетін нәрселер" екенін мәлімдеді. Орта ғасырдың соңында Еуропадағы басым пікір бойынша аспан денелерін сырттан келген интеллектілер қозғатқан, олар аян періштелерімен теңестірілген. Күнделікті қозғалыспен қозғалатын ең сыртқы сфераны, оған бағынышты барлық сфераларды қозғалтқан қозғалмайтын қозғалтқыш, Құдаймен теңестірілген Басты қозғалтқыш қозғатқан. Төменгі сфералардың әрқайсысын бағынышты рухани қозғалтқыш (Аристотельдің көптеген құдайлық қозғалтқыштарының орнына) қозғатқан, ол интеллект деп аталды.

Philosophers were less concerned with such mathematical calculations than with the nature of the celestial spheres, their relation to revealed accounts of created nature, and the causes of their motion. Adi Setia describes the debate among Islamic scholars in the twelfth century, based on the commentary of Fakhr al Din al Razi about whether the celestial spheres are real, concrete physical bodies or "merely the abstract circles in the heavens traced out by the various stars and planets." Setia points out that most of the learned, and the astronomers, said they were solid spheres "on which the stars turn and this view is closer to the apparent sense of the Qur'anic verses regarding the celestial orbits." However, al Razi mentions that some, such as the Islamic scholar Dahhak, considered them to be abstract. Al Razi himself, was undecided, he said: "In truth, there is no way to ascertain the characteristics of the heavens except by authority [of divine revelation or prophetic traditions]." Setia concludes: "Thus it seems that for al Razi (and for others before and after him), astronomical models, whatever their utility or lack thereof for ordering the heavens, are not founded on sound rational proofs, and so no intellectual commitment can be made to them insofar as description and explanation of celestial realities are concerned." Christian and Muslim philosophers modified Ptolemy's system to include an unmoved outermost region, the empyrean heaven, which came to be identified as the dwelling place of God and all the elect. Medieval Christians identified the sphere of stars with the Biblical firmament and sometimes posited an invisible layer of water above the firmament, to accord with Genesis. An outer sphere, inhabited by angels, appeared in some accounts. Edward Grant, a historian of science, has provided evidence that medieval scholastic philosophers generally considered the celestial spheres to be solid in the sense of three dimensional or continuous, but most did not consider them solid in the sense of hard. The consensus was that the celestial spheres were made of some kind of continuous fluid. Later in the century, the mutakallim Adud al Din al Iji (1281–1355) rejected the principle of uniform and circular motion, following the Ash'ari doctrine of atomism, which maintained that all physical effects were caused directly by God's will rather than by natural causes. He maintained that the celestial spheres were "imaginary things" and "more tenuous than a spider's web". His views were challenged by al Jurjani (1339–1413), who maintained that even if the celestial spheres "do not have an external reality, yet they are things that are correctly imagined and correspond to what [exists] in actuality". By the end of the Middle Ages, the common opinion in Europe was that celestial bodies were moved by external intelligences, identified with the angels of revelation. The outermost moving sphere, which moved with the daily motion affecting all subordinate spheres, was moved by an unmoved mover, the Prime Mover, who was identified with God. Each of the lower spheres was moved by a subordinate spiritual mover (a replacement for Aristotle's multiple divine movers), called an intelligence.

Қайта өрлеу дәуірі

XVI ғасырдың басында Николаус Коперник Жерді орталық орнынан Күннің пайдасына ығыстыру арқылы астрономия моделін күрт реформалады, бірақ өзінің маңызды еңбегін «Аспан сфераларының төңкерісі туралы» (De revolutionibus orbium coelestium) деп атады. Коперник сфералардың физикалық табиғатын егжей-тегжейлі қарастырмаса да, оның аз ғана сілтемелері, көптеген алдыңғылары сияқты, ол қатты емес аспан сфераларын қабылдағанын көрсетеді. Коперник тоғызыншы және оныншы сфераларды қабылдамады, Айдың орбитасын Жердің айналасына орналастырды және Күнді оның орбитасынан ғаламның ортасына жылжытты. Планеталардың орбиталары ғаламның ортасын келесі ретпен айналды: Меркурий, Венера, Жер мен Айдың орбиталарын қамтитын үлкен орбита, содан кейін Марс, Юпитер және Сатурн орбиталары. Соңында ол жұлдыздардың сегізінші сферасын сақтап қалды, оны тұрақты деп санады. Англиялық альманах жасаушысы Томас Диггес жаңа космологиялық жүйенің сфераларын өзінің «Аспан сфераларының толық сипаттамасы» (1576) еңбегінде сипаттады. Ол «орбиталарды» жаңа коперниктік рет бойынша орналастырды, бір орбитаны «өлім шарларын», Жерді, төрт классикалық элементті және Айды алып жүру үшін кеңейтті, ал жұлдыздар орбитасын шексіз кеңейтіп, барлық жұлдыздарды қамтыды және сонымен қатар «Ұлы Құдайдың соты, таңдалғандардың мекені және аспандық періштелер» үшін де қызмет етті. XVI ғасырда көптеген философтар, теологтар және астрономдар – Франческо Патрици, Андреа Цисальпино, Питер Рамус, Роберт Беллармин, Джордано Бруно, Джеронимо Муньос, Майкл Неандер, Жан Пена және Кристоф Ротман сияқтылар – аспан сфералары туралы ұғымнан бас тартты. Ротман 1585 жылғы кометаның бақылауларынан, байқалған параллакс жоқтығы кометаның Сатурннан тыс екенін көрсетті, ал байқалған дифракцияның жоқтығы аспан аймағының ауамен бірдей материалдан тұрғанын көрсетті, демек, планеталық сфералар жоқ деп тұжырымдады. Тихо Браге 1577 мен 1585 жылдар аралығындағы кометалар сериясын зерттеді, Ротманның 1585 жылғы комета туралы талқылауы және Майкл Мейстлиннің 1577 жылғы кометаның планеталық орбиталар арқылы өту қашықтығының кестесіне сүйенді, бұл Тихоны «көк құрылымы өте сұйық және қарапайым» деген қорытындыға әкелді. Тихо өзінің көзқарасын «көптеген заманауи философтардың» көзқарасына қарсы қойып, аспанды «қатаң және өткізбейтін заттардан жасалған әртүрлі орбиталарға» бөлді. Эдвард Грант Коперникке дейін қатты аспан сфераларына сенушілердің салыстырмалы түрде азын анықтады және бұл идея алғаш рет Коперниктің 1542 жылғы «De revolutionibus» және Тихо Брагедің 1588 жылғы кометалық зерттеулерін жариялау аралығында кең таралғанын қорытындылады. Иоганн Кеплер өзінің алғашқы «Космографиялық құпия» еңбегінде планеталардың қашықтығын және коперниктік жүйемен түсіндірілген планеталық сфералар арасындағы қажетті саңылауларды қарастырды, бұл оның бұрынғы ұстазы Майкл Мейстлиннің назарына ілікті. Кеплердің Платондық космологиясы үлкен олқылықтарды бес Платондық полиэдрмен толтырды, олар сфералардың өлшенген астрономиялық қашықтығын есептеді. Кеплердің жетілген аспан физикасында сфералар ертедегі Аристотельдік аспан физикасының айналмалы физикалық сфералары ретінде емес, әр планеталық орбитаны қамтитын таза геометриялық кеңістіктік аймақтар ретінде қарастырылды. Осылайша, әр планетаның орбитасының эксцентриктігі оның аспан сферасының ішкі және сыртқы шектерінің радиустарын және осылайша оның қалыңдығын анықтады. Кеплердің аспан механикасында планеталардың қозғалысының себебі айналып тұратын Күн болды, ол өзінің қозғаушы жанымен айналды. Алайда, қозғалмайтын жұлдыздар сферасы Кеплердің космологиясындағы физикалық аспан сфераларының тұрақты қалдығы болды.

Early in the sixteenth century Nicolaus Copernicus drastically reformed the model of astronomy by displacing the Earth from its central place in favour of the Sun, yet he called his great work De revolutionibus orbium coelestium (On the Revolutions of the Celestial Spheres). Although Copernicus does not treat the physical nature of the spheres in detail, his few allusions make it clear that, like many of his predecessors, he accepted non solid celestial spheres. Copernicus rejected the ninth and tenth spheres, placed the orb of the Moon around the Earth, and moved the Sun from its orb to the center of the universe. The planetary orbs circled the center of the universe in the following order: Mercury, Venus, the great orb containing the Earth and the orb of the Moon, then the orbs of Mars, Jupiter, and Saturn. Finally he retained the eighth sphere of the stars, which he held to be stationary. The English almanac maker, Thomas Digges, delineated the spheres of the new cosmological system in his Perfit Description of the Caelestiall Orbes (1576). Here he arranged the "orbes" in the new Copernican order, expanding one sphere to carry "the globe of mortalitye", the Earth, the four classical elements, and the Moon, and expanding the sphere of stars infinitely to encompass all the stars and also to serve as "the court of the Great God, the habitacle of the elect, and of the coelestiall angelles." In the sixteenth century, a number of philosophers, theologians, and astronomers—among them Francesco Patrizi, Andrea Cisalpino, Peter Ramus, Robert Bellarmine, Giordano Bruno, Jerónimo Muñoz, Michael Neander, Jean Pena, and Christoph Rothmann—abandoned the concept of celestial spheres. Rothmann argued from observations of the comet of 1585 that the lack of observed parallax indicated that the comet was beyond Saturn, while the absence of observed refraction indicated the celestial region was of the same material as air, hence there were no planetary spheres. Tycho Brahe's investigations of a series of comets from 1577 to 1585, aided by Rothmann's discussion of the comet of 1585 and Michael Maestlin's tabulated distances of the comet of 1577, which passed through the planetary orbs, led Tycho to conclude that "the structure of the heavens was very fluid and simple." Tycho opposed his view to that of "very many modern philosophers" who divided the heavens into "various orbs made of hard and impervious matter." Edward Grant found relatively few believers in hard celestial spheres before Copernicus and concluded that the idea first became common sometime between the publication of Copernicus's De revolutionibus in 1542 and Tycho Brahe's publication of his cometary research in 1588. In his early Mysterium Cosmographicum, Johannes Kepler considered the distances of the planets and the consequent gaps required between the planetary spheres implied by the Copernican system, which had been noted by his former teacher, Michael Maestlin. Kepler's Platonic cosmology filled the large gaps with the five Platonic polyhedra, which accounted for the spheres' measured astronomical distance. In Kepler's mature celestial physics, the spheres were regarded as the purely geometric spatial regions containing each planetary orbit rather than as the rotating physical orbs of the earlier Aristotelian celestial physics. The eccentricity of each planet's orbit thereby defined the radii of the inner and outer limits of its celestial sphere and thus its thickness. In Kepler's celestial mechanics, the cause of planetary motion became the rotating Sun, itself rotated by its own motive soul. However, an immobile stellar sphere was a lasting remnant of physical celestial spheres in Kepler's cosmology.

Әдеби және бейнелік көріністер

Цицеронның "Сципион арманы" еңбегінде егде Сципион Африкан аспан сфералары арқылы көтерілуді сипаттайды, оған қарағанда Жер мен Рим империясы маңызсыз болып кетеді. Римдік жазушы Макробтың "Сципион арманына" жазған түсіндірмесі, онда сфералардың реті туралы түрлі мектептердің пікірлері талқыланды, аспан сфералары туралы идеяның ерте орта ғасырларда кең таралуына ықпал етті. Кейбір соңғы ортағасырлық ойшылдар аспан сфераларының физикалық реті рухани жазықтықтағы ретіне кері екенін атап өтті, онда Құдай орталықта, ал Жер шетінде болды. Он төртінші ғасырдың басында Данте өзінің "Құдайлық комедиясының" "Жаннат" бөлімінде Құдайды ғаламның ортасындағы нұр деп бейнеледі. Мұнда ақын физикалық әлемнен асып, Эмпирейлік көкке жетеді, онда ол Құдаймен бетпе-бет кездесіп, құдайлық және адам табиғатын түсінуге ие болады. Осы ғасырдың соңында Николь Оресмедің Аристотельдің "De caelo" еңбегінің аудармасы және түсіндірмесі – "Le livre du Ciel et du Monde" кітабының суретшісі, Оресмедің қамқоршысы V Карл патша үшін жасалған бұл мотивті пайдаланды. Ол сфераларды дәстүрлі ретпен, Айды Жерге жақын, ал жұлдыздарды ең биікке орналастырды, бірақ сфералар Жерге емес, Құдайға қарай иіліп, қуыс болды. Бұл суреттің астында Оресме Забурлардан: "Аспан Құдайдың даналығын жариялайды, ал аспан кеңістігі Оның қолының ісін көрсетеді" деген цитата келтіреді. XVI ғасырдың соңында жазылған португалдық "Лузиадалар" эпосы аспан сфераларын Құдай жасаған "әлемнің ұлы машинасы" ретінде көрсетеді. Теңізші Васко да Гамаға аспан сфералары механикалық модель түрінде көрсетіледі. Цицеронның бейнелеуіне қарамастан, да Гаманың сфералар бойынша саяхаты Эмпирейден басталып, содан кейін Жерге қарай төмендейді, жердегі патшалықтардың аймақтары мен бөлімдерін зерттеумен аяқталады, осылайша Құдайдың жоспарында адамның істерінің маңыздылығын арттырады.