Введение

Устаревшая модель орбит планет, используемая телекоммуникационной компанией Equant.

Эквиант (или punctum aequans) – это математическая концепция, разработанная Клавдием Птолемеем во II веке нашей эры для объяснения наблюдаемого движения планет. Эквиант использовался для объяснения наблюдаемого изменения скорости на различных участках планетарной орбиты. Эта концепция позволила Птолемею сохранить теорию равномерного кругового движения, утверждая, что траектория небесных тел равномерна относительно одной точки и кругла относительно другой. У Птолемея не было отдельного слова для экванта – он использовал выражения вроде "экцентр, определяющий среднюю скорость".

Размещение

Экватантная точка (показана на диаграмме большим •) располагается таким образом, чтобы быть диаметрально противоположной Земле относительно центра деферента, известного как эксцентр (обозначен ×). Считалось, что планета или центр эпицикла (меньшая окружность, по которой движется планета) движется с постоянной угловой скоростью относительно экванта. Гипотетическому наблюдателю, находящемуся в эквантной точке, центр эпицикла (обозначен маленьким ·) казался бы движущимся с равномерной угловой скоростью. Однако центр эпицикла не движется с постоянной скоростью по своей траектории – деференту.

Мотивация

Причина внедрения экванта заключалась в поддержании видимости постоянного кругового движения небесных тел – давней веры, возникшей у Аристотеля по философским соображениям, – а также в обеспечении наилучшего соответствия вычислений наблюдаемому движению тел, особенно в отношении величины видимого ретроградного движения всех тел Солнечной системы, за исключением Солнца и Луны. Модель экванта предполагает движение тела по круговой траектории, не центрированной на Земле. Скорость движущегося объекта изменяется в течение его орбиты вокруг внешнего круга (пунктирной линией), будучи выше в нижней половине и ниже в верхней, однако движение считается равномерным, поскольку планета проходит равные углы за равные промежутки времени с точки зрения экванта. Угловая скорость объекта не является равномерной при наблюдении из любой другой точки на орбите. Применение экванта без эпицикла (как в случае Солнца) позволяет добиться правильной угловой скорости в перигее и апогее, с соотношением (где – орбитальная эксцентриситет). Однако по сравнению с орбитой Кеплера, метод экванта приводит к тому, что тело проводит слишком мало времени вдали от Земли и слишком много времени вблизи неё. Например, когда эксцентрическая аномалия равна π/2, кеплеровская модель показывает, что с момента прохождения перигея прошло время (где период равен , см. уравнение Кеплера), в то время как модель экванта дает значение, немного превышающее это. Более того, истинная аномалия в этой точке, согласно модели экванта, составляет только , тогда как в кеплеровской модели она больше. Однако при малых значениях эксцентриситета погрешность очень мала и асимптотически стремится к эксцентриситету в третьей степени.

Открытие и использование

Птолемей ввел эквант в «Альмагесте». Для таких данных требуется понятие эксцентрических центров движения. До примерно 430 года до нашей эры Метон и Евктемон из Афин наблюдали различия в продолжительности сезонов.

Птолемей

Между моделью Гиппарха и моделью Птолемея существовала промежуточная модель, предложенная для объяснения движения планет в целом, основываясь на наблюдаемом движении Марса. В этой модели центр деферента совпадал с эквантом, который можно было перемещать вдоль линии симметрии деферента, чтобы согласовать его с ретроградным движением планеты. Однако эта модель по-прежнему не соответствовала фактическому движению планет, как отмечал Гиппарх. Это особенно касалось фактического расстояния и ширины ретроградных дуг, которые позже можно было наблюдать в модели Птолемея и сравнивать. Птолемей решил эту проблему, отделив эквант от центра деферента, сделав их обоими отдельными элементами модели и зафиксировав центр деферента на протяжении всего движения планеты.

Критики

Эквиант решал последнюю основную проблему, связанную с аномалистическим движением планет, но некоторые считали, что он компрометирует принципы древнегреческих философов, а именно равномерное круговое движение вокруг Земли. Равномерность обычно предполагалась наблюдаемой из центра деферента, и поскольку это происходит только в одной точке, неравномерное движение наблюдается из любой другой точки. Птолемей переместил точку наблюдения из центра деферента в точку экванта. Это можно рассматривать как нарушение аксиомы равномерного кругового движения. Известные критики экванта включают персидского астронома Насира ад-Дина ат-Туси, разработавшего пару Туси как альтернативное объяснение, и Николая Коперника, альтернативой которого стала новая пара небольших эпициклов для каждого деферента. Неприязнь к экванту была главной мотивацией для Коперника в создании его гелиоцентрической системы. Нарушение равномерного кругового движения вокруг центра деферента беспокоило многих мыслителей, особенно Коперника, который упоминает эквант как «чудовищную конструкцию» в «De Revolutionibus». Коперник вывел Землю из центра космоса, что устранило первостепенную необходимость в эпициклах Птолемея: это объясняло ретроградное движение как эффект перспективы, обусловленный относительным движением Земли и планет. Однако он не объяснил неравномерное движение Солнца и Луны, относительное движение которых Коперник не изменил (хотя он переформулировал вращение Солнца вокруг Земли как вращение Земли вокруг Солнца, эти два варианта геометрически эквивалентны). Перемещение центра планетарного движения с Земли на Солнце не устранило необходимости в объяснении неравномерного движения Солнца, для которого Коперник заменил эквант двумя (или несколькими) меньшими эпициклами.