История астрономии: от мифологии к науке.

Введение

Астрономия – древнейшая из естественных наук, уходящая корнями в глубокую древность. Её истоки лежат в религиозных, мифологических, космологических, календарных и астрологических верованиях и практиках доисторических времен: следы этих верований до сих пор можно найти в астрологии – дисциплине, долгое время тесно связанной с общественной и государственной астрономией. В Европе она не была полностью отделена от астрологии (см. Астрология и астрономия) в период Коперниканской революции, начавшейся в 1543 году. В некоторых культурах астрономические данные использовались для астрологических предсказаний.

Ранняя история

Ранние культуры отождествляли небесные объекты с богами и духами. Они связывали эти объекты (и их движения) с такими явлениями, как дождь, засуха, времена года и приливы. Обычно считается, что первые астрономы были жрецами, и что они понимали небесные объекты и события как проявления божественного, отсюда связь ранней астрономии с тем, что сейчас называется астрологией. На резной бивне мамонта из слоновой кости возрастом 32 500 лет может содержаться самая древняя известная звездная карта (напоминающая созвездие Ориона). Также предполагается, что рисунки на стенах пещер Ласко во Франции, датируемые 33 000–10 000 лет назад, могут быть графическим изображением Плеяд, Летнего треугольника и Северной короны. Древние сооружения, возможно, имеющие астрономическую ориентацию (такие как Стоунхендж), вероятно, выполняли астрономические, религиозные и социальные функции. Календари во всем мире часто устанавливались на основе наблюдений за Солнцем и Луной (определяя день, месяц и год) и были важны для сельскохозяйственных обществ, где урожай зависел от посадки в правильное время года, а почти полная луна служила единственным освещением для ночных поездок на городские рынки. Современный общепринятый календарь основан на римском календаре. Изначально будучи лунным календарем, он разорвал традиционную связь месяца с фазами Луны и разделил год на двенадцать почти равных месяцев, которые в основном чередовались между тридцатью и тридцатью одним днем. Юлий Цезарь инициировал календарную реформу в 46 году до н.э. и ввел то, что сейчас называется юлианским календарем, основанный на годовой длине в 365 дней, первоначально предложенной греческим астрономом Каллиппом в IV веке до н.э.

Месопотамия

Истоки западной астрономии можно найти в Месопотамии, "земле между реками" Тигр и Евфрат, где располагались древние царства Шумер, Ассирия и Вавилон. Форма письма, известная как клинопись, возникла среди шумеров примерно в 3500–3000 гг. до н.э. Наши знания о шумерской астрономии носят косвенный характер и основаны на самых ранних вавилонских звёздных каталогах, датируемых приблизительно 1200 г. до н.э. Тот факт, что многие названия звёзд встречаются в шумерском языке, указывает на преемственность, уходящую корнями в ранний бронзовый век. Астральная теология, придавшая планетарным богам важную роль в месопотамской мифологии и религии, зародилась у шумеров. Они также использовали сексагезимальную (основанную на числе 60) позиционную систему счисления, которая упрощала задачу записи очень больших и очень маленьких чисел. Современная практика деления круга на 360 градусов или часа на 60 минут берет начало у шумеров. Более подробную информацию можно найти в статьях о вавилонских числах и математике. В классических источниках термин "халдеи" часто используется для обозначения месопотамских астрономов, которые на самом деле были жрецами-писцами, специализировавшимися на астрологии и других видах предсказаний. Первое свидетельство признания периодичности астрономических явлений и применения математики для их предсказания относится к вавилонской цивилизации. На табличках, датируемых старовавилонским периодом, зафиксировано применение математики для определения изменения продолжительности светового дня в течение солнечного года. Многовековые вавилонские наблюдения за небесными явлениями записаны в серии клинописных табличек, известных как Энума Ану Энлиль. Самым старым значимым астрономическим текстом, дошедшим до нас, является табличка 63 из Энума Ану Энлиль, "Венера-табличка" Амми-садуки, в которой перечислены первое и последнее видимое восхождение Венеры в течение периода около 21 года и которая является самым ранним свидетельством признания явлений, связанных с планетой, как периодических. Текст МУЛ.АПИН содержит каталоги звёзд и созвездий, а также схемы для предсказания гелиакальных восходов и закатов планет, продолжительности светового дня, измеряемой с помощью водяных часов, гномона, теней и вставных месяцев. Вавилонский текст ГУ располагает звёзды в "рядах", которые лежат вдоль кругов склонения и таким образом измеряют прямое восхождение или временные интервалы, а также использует звёзды зенита, которые также разделены заданными разностями прямого восхождения. Значительное улучшение качества и частоты вавилонских наблюдений произошло во время правления Набонассара (747–733 гг. до н.э.). Систематические записи зловещих явлений в вавилонских астрономических дневниках, начатые в это время, позволили обнаружить повторяющийся 18-летний цикл лунных затмений, например. Позднее греческий астроном Птолемей использовал период правления Набонассара для установления начала эры, поскольку считал, что самые ранние полезные наблюдения начались именно в это время. Последние этапы развития вавилонской астрономии пришлись на время империи Селевкидов (323–60 гг. до н.э.). В III веке до н.э. астрономы начали использовать "годовые тексты" для предсказания движений планет. Эти тексты содержали записи прошлых наблюдений, чтобы найти повторяющиеся проявления зловещих явлений для каждой планеты. Примерно в то же время или вскоре после этого астрономы создали математические модели, которые позволили им предсказывать эти явления напрямую, без обращения к записям. Известным вавилонским астрономом этого времени был Селевк из Селевкии, сторонник гелиоцентрической модели. Вавилонская астрономия послужила основой для многих достижений в греческой и эллинистической астрономии, в классической индийской астрономии, в Сасанидском Иране, в Византии, в Сирии, в исламской астрономии, в Центральной Азии и в Западной Европе.

The origins of Western astronomy can be found in Mesopotamia, the "land between the rivers" Tigris and Euphrates, where the ancient kingdoms of Sumer, Assyria, and Babylonia were located. A form of writing known as cuneiform emerged among the Sumerians around 3500–3000 BC. Our knowledge of Sumerian astronomy is indirect, via the earliest Babylonian star catalogues dating from about 1200 BC. The fact that many star names appear in Sumerian suggests a continuity reaching into the Early Bronze Age. Astral theology, which gave planetary gods an important role in Mesopotamian mythology and religion, began with the Sumerians. They also used a sexagesimal (base 60) place value number system, which simplified the task of recording very large and very small numbers. The modern practice of dividing a circle into 360 degrees, or an hour into 60 minutes, began with the Sumerians. For more information, see the articles on Babylonian numerals and mathematics. Classical sources frequently use the term Chaldeans for the astronomers of Mesopotamia, who were, in reality, priest scribes specializing in astrology and other forms of divination. The first evidence of recognition that astronomical phenomena are periodic and of the application of mathematics to their prediction is Babylonian. Tablets dating back to the Old Babylonian period document the application of mathematics to the variation in the length of daylight over a solar year. Centuries of Babylonian observations of celestial phenomena are recorded in the series of cuneiform tablets known as the Enūma Anu Enlil. The oldest significant astronomical text that we possess is Tablet 63 of the Enūma Anu Enlil, the Venus tablet of Ammi saduqa, which lists the first and last visible risings of Venus over a period of about 21 years and is the earliest evidence that the phenomena of a planet were recognized as periodic. The MUL. APIN, contains catalogues of stars and constellations as well as schemes for predicting heliacal risings and the settings of the planets, lengths of daylight measured by a water clock, gnomon, shadows, and intercalations. The Babylonian GU text arranges stars in 'strings' that lie along declination circles and thus measure right ascensions or time intervals, and also employs the stars of the zenith, which are also separated by given right ascensional differences. A significant increase in the quality and frequency of Babylonian observations appeared during the reign of Nabonassar (747–733 BC). The systematic records of ominous phenomena in Babylonian astronomical diaries that began at this time allowed for the discovery of a repeating 18 year cycle of lunar eclipses, for example. The Greek astronomer Ptolemy later used Nabonassar's reign to fix the beginning of an era, since he felt that the earliest usable observations began at this time. The last stages in the development of Babylonian astronomy took place during the time of the Seleucid Empire (323–60 BC). In the 3rd century BC, astronomers began to use "goal year texts" to predict the motions of the planets. These texts compiled records of past observations to find repeating occurrences of ominous phenomena for each planet. About the same time, or shortly afterwards, astronomers created mathematical models that allowed them to predict these phenomena directly, without consulting records. A notable Babylonian astronomer from this time was Seleucus of Seleucia, who was a supporter of the heliocentric model. Babylonian astronomy was the basis for much of what was done in Greek and Hellenistic astronomy, in classical Indian astronomy, in Sassanian Iran, in Byzantium, in Syria, in Islamic astronomy, in Central Asia, and in Western Europe.

Индия

Астрономия на Индийском субконтиненте восходит к периоду цивилизации долины Инда в III тысячелетии до н.э., когда она использовалась для создания календарей. Поскольку цивилизация долины Инда не оставила письменных документов, самым древним из сохранившихся индийских астрономических текстов является Веданга-джотиша, датируемый ведическим периодом. Веданга-джотиша приписывается Лагадхе и имеет внутреннюю датировку приблизительно 1350 г. до н.э., описывая правила отслеживания движений Солнца и Луны в ритуальных целях. Текст доступен в двух редакциях, одна из которых относится к Ригведе, а другая – к Яджурведе. Согласно Веданга-джотише, в юге, или "эре", содержится 5 солнечных лет, 67 лунных сидерических циклов, 1830 дней, 1835 сидерических дней и 62 синодических месяцев. В VI веке астрономия подверглась влиянию греческих и византийских астрономических традиций. Арьябхата (476–550) в своем magnum opus – «Арьябхатия» (499) – предложил вычислительную систему, основанную на планетарной модели, в которой Земля вращается вокруг своей оси, а периоды планет определялись относительно Солнца. Он точно вычислил многие астрономические константы, такие как периоды планет, время солнечных и лунных затмений и мгновенное движение Луны. К ранним последователям модели Арьябхаты относились Варахамихира, Брахмагупта и Бхаскара II. Астрономия получила развитие во время империи Шунга, и в этот период было создано множество звездных каталогов. Период Шунга известен как «Золотой век астрономии в Индии». В это время были разработаны расчеты движения и положения различных планет, их восходов и заходов, соединений и вычисление затмений. Индийские астрономы к VI веку полагали, что кометы – это небесные тела, периодически появляющиеся в небе. Такое мнение высказали в VI веке астрономы Варахамихира и Бхадрабаху, а астроном X века Бхаттотпала перечислил имена и предполагаемые периоды некоторых комет, однако, к сожалению, неизвестно, как были получены эти цифры и насколько они были точны. Бхаскара II (1114–1185) возглавлял астрономическую обсерваторию в Уджайне, продолжая математические традиции Брахмагупты. Он написал «Сиддханташиромани», состоящий из двух частей: «Голадхьяя» (сфера) и «Грахганита» (математика планет). Он также вычислил время, необходимое Земле для обращения вокруг Солнца, с точностью до 9 десятичных знаков. В то время буддийский университет Наланда предлагал формальные курсы по астрономическим исследованиям. Среди других выдающихся астрономов Индии – Мадхава из Сангамаграмы, Нилаканта Сомаяджи и Джайештадева, которые были членами Керальской школы астрономии и математики с XIV по XVI век. Нилаканта Сомаяджи в своем комментарии «Арьябхатиябхашья» к «Арьябхатии» Арьябхаты разработал собственную вычислительную систему для частично гелиоцентрической планетарной модели, в которой Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн вращаются вокруг Солнца, которое, в свою очередь, вращается вокруг Земли, подобно тихонической системе, предложенной Тихо Браге в конце XVI века. Однако система Нилаканты была математически более эффективной, чем система Тихо Браге, благодаря правильному учету уравнения центра и широты движения Меркурия и Венеры. Большинство астрономов Керальской школы астрономии и математики, последовавших за ним, приняли его планетарную модель.

Astronomy in the Indian subcontinent dates back to the period of Indus Valley Civilisation during 3rd millennium BCE, when it was used to create calendars. As the Indus Valley civilization did not leave behind written documents, the oldest extant Indian astronomical text is the Vedanga Jyotisha, dating from the Vedic period. The Vedanga Jyotisha is attributed to Lagadha and has an internal date of approximately 1350 BC, and describes rules for tracking the motions of the Sun and the Moon for the purposes of ritual. It is available in two recensions, one belonging to the Rig Veda, and the other to the Yajur Veda. According to the Vedanga Jyotisha, in a yuga or "era", there are 5 solar years, 67 lunar sidereal cycles, 1,830 days, 1,835 sidereal days and 62 synodic months. During the 6th century, astronomy was influenced by the Greek and Byzantine astronomical traditions. Aryabhata (476–550), in his magnum opus Aryabhatiya (499), propounded a computational system based on a planetary model in which the Earth was taken to be spinning on its axis and the periods of the planets were given with respect to the Sun. He accurately calculated many astronomical constants, such as the periods of the planets, times of the solar and lunar eclipses, and the instantaneous motion of the Moon. Early followers of Aryabhata's model included Varāhamihira, Brahmagupta, and Bhāskara II. Astronomy was advanced during the Shunga Empire and many star catalogues were produced during this time. The Shunga period is known as the "Golden age of astronomy in India". It saw the development of calculations for the motions and places of various planets, their rising and setting, conjunctions, and the calculation of eclipses. Indian astronomers by the 6th century believed that comets were celestial bodies that re appeared periodically. This was the view expressed in the 6th century by the astronomers Varahamihira and Bhadrabahu, and the 10th century astronomer Bhattotpala listed the names and estimated periods of certain comets, but it is unfortunately not known how these figures were calculated or how accurate they were. Bhāskara II (1114–1185) was the head of the astronomical observatory at Ujjain, continuing the mathematical tradition of Brahmagupta. He wrote the Siddhantasiromani which consists of two parts: Goladhyaya (sphere) and Grahaganita (mathematics of the planets). He also calculated the time taken for the Earth to orbit the Sun to 9 decimal places. The Buddhist University of Nalanda at the time offered formal courses in astronomical studies. Other important astronomers from India include Madhava of Sangamagrama, Nilakantha Somayaji and Jyeshtadeva, who were members of the Kerala school of astronomy and mathematics from the 14th century to the 16th century. Nilakantha Somayaji, in his Aryabhatiyabhasya, a commentary on Aryabhata's Aryabhatiya, developed his own computational system for a partially heliocentric planetary model, in which Mercury, Venus, Mars, Jupiter and Saturn orbit the Sun, which in turn orbits the Earth, similar to the Tychonic system later proposed by Tycho Brahe in the late 16th century. Nilakantha's system, however, was mathematically more efficient than the Tychonic system, due to correctly taking into account the equation of the centre and latitudinal motion of Mercury and Venus. Most astronomers of the Kerala school of astronomy and mathematics who followed him accepted his planetary model.

Греция и эллинистический мир

Древние греки развили астрономию, которую они рассматривали как раздел математики, до высокоразвитого уровня. Первые геометрические, трехмерные модели, объясняющие видимое движение планет, были разработаны в IV веке до нашей эры Эвдоксом из Книда и Каллиппом из Кизика. Их модели основывались на вложенных гомоцентрических сферах, центрированных на Земле. Их современник Гераклид Понтийский предложил, что Земля вращается вокруг своей оси. Иной подход к небесным явлениям использовали такие философы, как Платон и Аристотель. Они были менее заинтересованы в разработке математических прогностических моделей, чем в объяснении причин движения Космоса. В своем трактате «Тимей» Платон описал Вселенную как сферическое тело, разделенное на круги, несущие планеты и управляемые в соответствии с гармоническими интервалами мировой душой. Аристотель, опираясь на математическую модель Эвдокса, предположил, что Вселенная состоит из сложной системы концентрических сфер, чьи круговые движения объединялись, чтобы нести планеты вокруг Земли. Эта базовая космологическая модель преобладала в различных формах вплоть до XVI века. В III веке до нашей эры Аристарх Самосский первым предложил гелиоцентрическую систему, хотя до нас дошли лишь фрагментарные описания его идеи. Эратосфен с большой точностью оценил окружность Земли (см. также: история геодезии). Греческая геометрическая астрономия развивалась от модели концентрических сфер к более сложным моделям, в которых эксцентрическая окружность несла вокруг меньшую окружность, называемую эпициклом, которая, в свою очередь, несла вокруг планету. Первая такая модель приписывается Аполлонию Пергскому, а дальнейшие разработки были осуществлены во II веке до нашей эры Гиппархом Никейским. Гиппарх внес ряд других важных вкладов, включая первое измерение прецессии и составление первого звездного каталога, в котором он предложил современную систему видимых звездных величин. Механизм Антикитеры, древнегреческое астрономическое устройство для расчета движения Солнца и Луны, возможно, и планет, датируется примерно 150–100 годами до нашей эры и является первым предшественником астрономического компьютера. Он был обнаружен в древнем кораблекрушении у греческого острова Антикитера, между Киферой и Критом. Устройство прославилось использованием дифференциального механизма, который ранее считалось, был изобретен в XVI веке, а также миниатюризацией и сложностью его деталей, сопоставимой с часами, изготовленными в XVIII веке. Оригинальный механизм экспонируется в Бронзовой коллекции Национального археологического музея Афин вместе с его копией.

The Ancient Greeks developed astronomy, which they treated as a branch of mathematics, to a highly sophisticated level. The first geometrical, three dimensional models to explain the apparent motion of the planets were developed in the 4th century BC by Eudoxus of Cnidus and Callippus of Cyzicus. Their models were based on nested homocentric spheres centered upon the Earth. Their younger contemporary Heraclides Ponticus proposed that the Earth rotates around its axis. A different approach to celestial phenomena was taken by natural philosophers such as Plato and Aristotle. They were less concerned with developing mathematical predictive models than with developing an explanation of the reasons for the motions of the Cosmos. In his Timaeus, Plato described the universe as a spherical body divided into circles carrying the planets and governed according to harmonic intervals by a world soul. Aristotle, drawing on the mathematical model of Eudoxus, proposed that the universe was made of a complex system of concentric spheres, whose circular motions combined to carry the planets around the Earth. This basic cosmological model prevailed, in various forms, until the 16th century. In the 3rd century BC Aristarchus of Samos was the first to suggest a heliocentric system, although only fragmentary descriptions of his idea survive. Eratosthenes estimated the circumference of the Earth with great accuracy (see also: history of geodesy). Greek geometrical astronomy developed away from the model of concentric spheres to employ more complex models in which an eccentric circle would carry around a smaller circle, called an epicycle which in turn carried around a planet. The first such model is attributed to Apollonius of Perga and further developments in it were carried out in the 2nd century BC by Hipparchus of Nicea. Hipparchus made a number of other contributions, including the first measurement of precession and the compilation of the first star catalog in which he proposed our modern system of apparent magnitudes. The Antikythera mechanism, an ancient Greek astronomical observational device for calculating the movements of the Sun and the Moon, possibly the planets, dates from about 150–100 BC, and was the first ancestor of an astronomical computer. It was discovered in an ancient shipwreck off the Greek island of Antikythera, between Kythera and Crete. The device became famous for its use of a differential gear, previously believed to have been invented in the 16th century, and the miniaturization and complexity of its parts, comparable to a clock made in the 18th century. The original mechanism is displayed in the Bronze collection of the National Archaeological Museum of Athens, accompanied by a replica.

Птолемеевская система

В зависимости от точки зрения историка, расцвет или упадок классической физической астрономии связывают с Птолемеем, греко-римским астрономом из Александрии Египетской, который создал классическое и всеобъемлющее изложение геоцентрической астрономии, «Мегале Синтаксис» (Великий синтез), более известный под арабским названием «Альмагест», оказавший значительное влияние на астрономию вплоть до эпохи Возрождения. В своем труде «Планетарные гипотезы» Птолемей обратился к космологии, разработав физическую модель своей геометрической системы, во вселенной, размеры которой были во много раз меньше, чем более реалистичное представление Аристарха Самосского, сделанное за четыре столетия до этого.

Китай

Астрономия Восточной Азии началась в Китае. Система солнечных терминов была сформирована в период Сражающихся царств. Знания китайской астрономии распространились по Восточной Азии. Астрономия в Китае имеет богатую историю. Подробные записи астрономических наблюдений велись примерно с VI века до н.э. и до появления западной астрономии и телескопа в XVII веке. Китайские астрономы умели точно предсказывать затмения. Значительная часть ранней китайской астрономии была направлена на определение времени. Китайцы использовали лунно-солнечный календарь, но из-за различий в циклах Солнца и Луны астрономы часто составляли новые календари и проводили наблюдения для этой цели. Астрологическое предсказание также являлось важной частью астрономии. Астрономы внимательно отмечали «гостевые звезды» (китайский: 客星; пиньинь: kèxīng; дословно: «звезда-гость»), которые внезапно появлялись среди фиксированных звезд. Они первыми зафиксировали сверхновую в «Астрологических записках» «Хоу Ханьшу» в 185 году н.э. Сверхновая, породившая туманность Краба в 1054 году, также является примером «гостевой звезды», наблюдаемой китайскими астрономами, хотя она не была зафиксирована их европейскими современниками. Древние астрономические записи о явлениях, таких как сверхновые и кометы, иногда используются в современных астрономических исследованиях. Первый в мире звездный каталог был составлен китайским астрономом Гань Дэ в IV веке до н.э.

Мезоамерика

В астрономических кодексах майя содержатся подробные таблицы для вычисления фаз Луны, повторения затмений, появления и исчезновения Венеры как утренней и вечерней звезды. Майя основывали свои календари на тщательно вычисленных циклах Плеяд, Солнца, Луны, Венеры, Юпитера, Сатурна, Марса, а также обладали точным описанием затмений, как это изображено в Дрезденском кодексе, и использовали эклиптику, или зодиак, при этом Млечный Путь играл ключевую роль в их космологии. Считается, что ряд важных сооружений майя были ориентированы на крайние восходы и закаты Венеры. Для древних майя Венера была покровителем войны, и многие зафиксированные сражения, предположительно, планировались в соответствии с движением этой планеты. Марс также упоминается в сохранившихся астрономических кодексах и ранней мифологии. Несмотря на то, что календарь майя не был привязан к Солнцу, Джон Типл предположил, что майя вычисляли продолжительность солнечного года с большей точностью, чем григорианский календарь. Как астрономия, так и сложная нумерологическая система измерения времени были важнейшими составляющими религии майя. Майя верили, что Земля является центром всего сущего, а звезды, луны и планеты – божествами. Они полагали, что их движение – это путешествие богов между Землей и другими небесными обителями. Многие ключевые события в культуре майя приурочивались к небесным явлениям, поскольку считалось, что в это время присутствуют определенные боги.

Ближний Восток

Арабский и персидский мир под властью ислама достиг высокого уровня культуры, и множество важных трудов по астрономии – греческой, индийской и персидской – были переведены на арабский язык, использовались и хранились в библиотеках по всей территории. Важным вкладом исламских астрономов стало их внимание к наблюдательной астрономии. Это привело к появлению первых астрономических обсерваторий в мусульманском мире к началу IX века. В этих обсерваториях составлялись звездные каталоги типа "Зидж". В IX веке персидский астролог Альбамасар считался одним из величайших астрологов своего времени. Его практические руководства по подготовке астрологов оказали глубокое влияние на мусульманскую интеллектуальную историю и, посредством переводов, на западную Европу и Византию. В X веке "Введение" Альбамазара было одним из важнейших источников для восстановления трудов Аристотеля для средневековых европейских ученых. Абд ар-Рахман ас-Суфи (Азофи) проводил наблюдения за звездами, описывал их положение, звездную величину, яркость, цвет и изображения для каждого созвездия в своей "Книге неподвижных звезд". Он также дал первые описания и изображения "Малого Облака", ныне известного как галактика Андромеды, упоминая о нем как расположенном перед пастью Большой Рыбы – арабского созвездия. Очевидно, это "облако" было хорошо известно астрономам Исфахана, вероятно, еще до 905 года н.э. Первое зафиксированное упоминание о Большому Магелланову Облаку также принадлежит ас-Суфи. В 1006 году Али ибн Ридван наблюдал SN 1006 – самую яркую сверхновую в истории наблюдений – и оставил подробное описание этой временной звезды. В конце X века астроном Абу Махмуд аль-Худжанди построил огромную обсерваторию недалеко от Тегерана (Иран), где наблюдал серию меридианных прохождений Солнца, что позволило ему вычислить наклон земной оси относительно Солнца. Он отметил, что более ранние измерения (индийских, а затем греческих астрономов) давали более высокие значения для этого угла, что может свидетельствовать о том, что наклон оси не является постоянным, а фактически уменьшается. В XI веке персидский ученый Омар Хайям составил множество таблиц и провел реформу календаря, которая была точнее юлианского и приближалась к григорианскому. Среди других мусульманских достижений в астрономии следует отметить сбор и исправление предыдущих астрономических данных, разрешение значительных проблем птолемеевской модели, разработку Арзахелем универсальной астролябии, не зависящей от широты, изобретение многочисленных других астрономических инструментов, убеждение Джафара Мухаммада ибн Мусы ибн Шакира в том, что небесные тела и небесные сферы подчиняются тем же физическим законам, что и Земля, и внедрение эмпирических методов проверки Ибн аль-Шатиром, который создал первую модель движения Луны, соответствующую физическим наблюдениям. Ибн аль-Хайсам (Альхазен) в XI веке, Ибн аль-Шатир в XIV веке и Кушджи в XV веке отделили естественную философию (особенно физику Аристотеля) от астрономии.

The Arabic and the Persian world under Islam had become highly cultured, and many important works of knowledge from Greek astronomy and Indian astronomy and Persian astronomy were translated into Arabic, used and stored in libraries throughout the area. An important contribution by Islamic astronomers was their emphasis on observational astronomy. This led to the emergence of the first astronomical observatories in the Muslim world by the early 9th century. Zij star catalogues were produced at these observatories. In the 9th century, Persian astrologer Albumasar was thought to be one of the greatest astrologer at that time. His practical manuals for training astrologers profoundly influenced Muslim intellectual history and, through translations, that of western Europe and Byzantium In the 10th century, Albumasar's "Introduction" was one of the most important sources for the recovery of Aristotle for medieval European scholars. Abd al Rahman al Sufi (Azophi) carried out observations on the stars and described their positions, magnitudes, brightness, and colour and drawings for each constellation in his Book of Fixed Stars. He also gave the first descriptions and pictures of "A Little Cloud" now known as the Andromeda Galaxy. He mentions it as lying before the mouth of a Big Fish, an Arabic constellation. This "cloud" was apparently commonly known to the Isfahan astronomers, very probably before 905 AD. The first recorded mention of the Large Magellanic Cloud was also given by al Sufi. In 1006, Ali ibn Ridwan observed SN 1006, the brightest supernova in recorded history, and left a detailed description of the temporary star. In the late 10th century, a huge observatory was built near Tehran, Iran, by the astronomer Abu Mahmud al Khujandi who observed a series of meridian transits of the Sun, which allowed him to calculate the tilt of the Earth's axis relative to the Sun. He noted that measurements by earlier (Indian, then Greek) astronomers had found higher values for this angle, possible evidence that the axial tilt is not constant but was in fact decreasing. In 11th century Persia, Omar Khayyám compiled many tables and performed a reformation of the calendar that was more accurate than the Julian and came close to the Gregorian. Other Muslim advances in astronomy included the collection and correction of previous astronomical data, resolving significant problems in the Ptolemaic model, the development of the universal latitude independent astrolabe by Arzachel, the invention of numerous other astronomical instruments, Ja'far Muhammad ibn Mūsā ibn Shākir's belief that the heavenly bodies and celestial spheres were subject to the same physical laws as Earth, and the introduction of empirical testing by Ibn al Shatir, who produced the first model of lunar motion which matched physical observations. Natural philosophy (particularly Aristotelian physics) was separated from astronomy by Ibn al Haytham (Alhazen) in the 11th century, by Ibn al Shatir in the 14th century, and Qushji in the 15th century.

Западная Европа

После значительного вклада греческих ученых в развитие астрономии, она вступила в относительно статичный период в Западной Европе – от римской эпохи до XII века. Это отсутствие прогресса привело некоторых астрономов к утверждению, что в средневековой Западной Европе астрономия практически не развивалась. Однако недавние исследования выявили более сложную картину изучения и преподавания астрономии в период с IV по XVI века. Западная Европа вступила в Средние века в условиях серьезных трудностей, которые повлияли на интеллектуальную жизнь континента. Продвинутые астрономические трактаты античности были написаны на греческом языке, и с упадком знания этого языка для изучения были доступны лишь упрощенные пересказы и практические руководства. Наиболее влиятельными авторами, сохранившими эту древнюю традицию на латыни, были Макробий, Плиний, Марциан Капелла и Кальцидий. В VI веке епископ Григорий Турский отметил, что он изучал астрономию по трудам Марциана Капеллы, и использовал эти элементарные знания для описания метода, позволявшего монахам определять время ночных молитв по звездам. В VII веке английский монах Беда Достопочтенный опубликовал влиятельный текст «О счислении времени», предоставив представителям церкви практические астрономические знания, необходимые для вычисления даты Пасхи с помощью процедуры, известной как компют. Этот текст оставался важной частью образования духовенства с VII века и вплоть до расцвета университетов в XII веке. Сохранившиеся древнеримские сочинения по астрономии, а также учения Беды и его последователей, начали активно изучаться в период возрождения науки, инициированного императором Карлом Великим. К IX веку в Западной Европе распространились примитивные методы расчета положения планет; средневековые ученые признавали их недостатки, но тексты, описывающие эти методы, продолжали переписываться, отражая интерес к движению планет и их астрологическому значению. Развивая этот астрономический фундамент, в X веке европейские ученые, такие как Герберт Орильякский, стали отправляться в Испанию и Сицилию в поисках знаний, о которых слышали в арабоязычном мире. Там они впервые познакомились с различными практическими астрономическими техниками, касающимися календаря и измерения времени, в особенности с астролябией. Вскоре ученые, такие как Герман Рейхенский, стали писать на латыни трактаты об использовании и изготовлении астролябии, а другие, например Валхер Мальвернский, использовали астролябию для наблюдения времени затмений с целью проверки достоверности компютных таблиц. К XII веку ученые отправлялись в Испанию и Сицилию в поисках более продвинутых астрономических и астрологических текстов, которые они переводили на латынь с арабского и греческого языков, чтобы обогатить астрономические знания Западной Европы. Появление этих новых текстов совпало с возникновением университетов в средневековой Европе, где они быстро нашли свое место. Отражая внедрение астрономии в университеты, Иоанн Сакробоско написал серию влиятельных вводных учебников по астрономии: «Сфера», «Компют», трактат о квадранте и другой о вычислениях. В XIV веке Николь Орем, впоследствии епископ Лизье, показал, что ни библейские тексты, ни физические аргументы, выдвинутые против движения Земли, не являются доказательными, и привел аргумент простоты в пользу теории о том, что движется Земля, а не небеса. Однако он заключил: «Все утверждают, и я разделяю это мнение, что движутся небеса, а не Земля: ибо Бог утвердил мир, который не поколебится». В XV веке кардинал Николай Кузанский в некоторых своих научных трудах предположил, что Земля вращается вокруг Солнца, и что каждая звезда сама по себе является далеким солнцем.

After the significant contributions of Greek scholars to the development of astronomy, it entered a relatively static era in Western Europe from the Roman era through the 12th century. This lack of progress has led some astronomers to assert that nothing happened in Western European astronomy during the Middle Ages. Recent investigations, however, have revealed a more complex picture of the study and teaching of astronomy in the period from the 4th to the 16th centuries. Western Europe entered the Middle Ages with great difficulties that affected the continent's intellectual production. The advanced astronomical treatises of classical antiquity were written in Greek, and with the decline of knowledge of that language, only simplified summaries and practical texts were available for study. The most influential writers to pass on this ancient tradition in Latin were Macrobius, Pliny, Martianus Capella, and Calcidius. In the 6th century Bishop Gregory of Tours noted that he had learned his astronomy from reading Martianus Capella, and went on to employ this rudimentary astronomy to describe a method by which monks could determine the time of prayer at night by watching the stars. In the 7th century the English monk Bede of Jarrow published an influential text, On the Reckoning of Time, providing churchmen with the practical astronomical knowledge needed to compute the proper date of Easter using a procedure called the computus. This text remained an important element of the education of clergy from the 7th century until well after the rise of the Universities in the 12th century. The range of surviving ancient Roman writings on astronomy and the teachings of Bede and his followers began to be studied in earnest during the revival of learning sponsored by the emperor Charlemagne. By the 9th century rudimentary techniques for calculating the position of the planets were circulating in Western Europe; medieval scholars recognized their flaws, but texts describing these techniques continued to be copied, reflecting an interest in the motions of the planets and in their astrological significance. Building on this astronomical background, in the 10th century European scholars such as Gerbert of Aurillac began to travel to Spain and Sicily to seek out learning which they had heard existed in the Arabic speaking world. There they first encountered various practical astronomical techniques concerning the calendar and timekeeping, most notably those dealing with the astrolabe. Soon scholars such as Hermann of Reichenau were writing texts in Latin on the uses and construction of the astrolabe and others, such as Walcher of Malvern, were using the astrolabe to observe the time of eclipses in order to test the validity of computistical tables. By the 12th century, scholars were traveling to Spain and Sicily to seek out more advanced astronomical and astrological texts, which they translated into Latin from Arabic and Greek to further enrich the astronomical knowledge of Western Europe. The arrival of these new texts coincided with the rise of the universities in medieval Europe, in which they soon found a home. Reflecting the introduction of astronomy into the universities, John of Sacrobosco wrote a series of influential introductory astronomy textbooks: the Sphere, a Computus, a text on the Quadrant, and another on Calculation. In the 14th century, Nicole Oresme, later bishop of Liseux, showed that neither the scriptural texts nor the physical arguments advanced against the movement of the Earth were demonstrative and adduced the argument of simplicity for the theory that the Earth moves, and not the heavens. However, he concluded "everyone maintains, and I think myself, that the heavens do move and not the earth: For God hath established the world which shall not be moved." In the 15th century, Cardinal Nicholas of Cusa suggested in some of his scientific writings that the Earth revolved around the Sun, and that each star is itself a distant sun.

Коперниковая революция

В эпоху Возрождения астрономия начала переживать революцию в мышлении, известную как Коперникова революция, названную в честь астронома Николая Коперника, который предложил гелиоцентрическую систему, в которой планеты вращались вокруг Солнца, а не Земли. Его труд «De revolutionibus orbium coelestium» был опубликован в 1543 году. Хотя в долгосрочной перспективе это утверждение оказалось весьма спорным, поначалу оно вызвало лишь незначительные разногласия. Тихо Браге, датский дворянин, был ключевой фигурой в астрономии этого периода. Он также разработал Тихоническую систему, в которой Солнце, Луна и звезды вращаются вокруг Земли, а остальные пять планет – вокруг Солнца. Эта система объединяла математические преимущества коперниканской системы с «физическими преимуществами» птолемеевской системы. В нее верили те, кто не принимал гелиоцентризм, но уже не мог довольствоваться птолемеевской моделью. «Рудольфинские таблицы» представляли собой звездную карту, разработанную с целью большей точности по сравнению с Альфонсинскими таблицами, созданными в 1300-х годах, и неточными Прутенскими таблицами. С помощью этих законов ему удалось усовершенствовать существующую гелиоцентрическую модель. Первые две таблицы были опубликованы в 1609 году. Вклад Кеплера улучшил общую систему, придав ей большую достоверность, поскольку она адекватно объясняла происходящие явления и позволяла делать более надежные прогнозы. До этого модель Коперника была столь же ненадежной, как и модель Птолемея. Это улучшение стало возможным благодаря осознанию Кеплером того, что орбиты не являются идеальными окружностями, а представляют собой эллипсы. Галилео Галилей одним из первых начал использовать телескоп для наблюдения за небом, построив 20-кратный рефрактор. В 1610 году он открыл четыре крупнейших спутника Юпитера, ныне известные как Галилеевы спутники в его честь. Это открытие стало первым известным наблюдением спутников, обращающихся вокруг другой планеты. Галилей утверждал, что эти факты демонстрируют несовместимость с птолемеевской моделью, которая не могла объяснить это явление и даже противоречила ему. Фазы Венеры возможны лишь в том случае, если орбита Венеры находится внутри орбиты Земли, что невозможно, если Земля является центром. Он, как наиболее известный пример, столкнулся с противодействием церковных властей, в частности, Римской инквизиции. Его обвинили в ереси, поскольку эти убеждения противоречили учению Римско-католической церкви и бросали вызов авторитету церкви в период ее ослабления. Сэр Исаак Ньютон установил более тесную связь между физикой и астрономией благодаря своему закону всемирного тяготения. Поняв, что та же сила, которая притягивает объекты к поверхности Земли, удерживает Луну на орбите вокруг Земли, Ньютон смог объяснить все известные гравитационные явления в рамках единой теоретической системы. В своем труде «Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica» он вывел законы Кеплера из первоначальных принципов. Эти первоначальные принципы таковы:

During the renaissance period, astronomy began to undergo a revolution in thought known as the Copernican Revolution, which gets the name from the astronomer Nicolaus Copernicus, who proposed a heliocentric system, in which the planets revolved around the Sun and not the Earth. His De revolutionibus orbium coelestium was published in 1543. While in the long term this was a very controversial claim, in the very beginning it only brought minor controversy. Brahe, a Danish noble, was an essential astronomer in this period. He also created the Tychonic system, where the Sun and Moon and the stars revolve around the Earth, but the other five planets revolve around the Sun. This system blended the mathematical benefits of the Copernican system with the "physical benefits" of the Ptolemaic system. This was one of the systems people believed in when they did not accept heliocentrism, but could no longer accept the Ptolemaic system. The Rudolphine Tables was a star map designed to be more accurate than either the Alfonsine tables, made in the 1300s, and the Prutenic Tables, which were inaccurate. With these laws, he managed to improve upon the existing heliocentric model. The first two were published in 1609. Kepler's contributions improved upon the overall system, giving it more credibility because it adequately explained events and could cause more reliable predictions. Before this, the Copernican model was just as unreliable as the Ptolemaic model. This improvement came because Kepler realized the orbits were not perfect circles, but ellipses. Galileo Galilei was among the first to use a telescope to observe the sky, and after constructing a 20x refractor telescope. He discovered the four largest moons of Jupiter in 1610, which are now collectively known as the Galilean moons, in his honor. This discovery was the first known observation of satellites orbiting another planet. Galileo argued that these facts demonstrated incompatibility with the Ptolemaic model, which could not explain the phenomenon and would even contradict it. The phases of Venus could only happen in the event that Venus' orbit is inside Earth's orbit, which could not happen if the Earth was the center. He, as the most famous example, had to face challenges from church officials, more specifically the Roman Inquisition. They accused him of heresy because these beliefs went against the teachings of the Roman Catholic Church and were challenging the Catholic church's authority when it was at its weakest. Sir Isaac Newton developed further ties between physics and astronomy through his law of universal gravitation. Realizing that the same force that attracts objects to the surface of the Earth held the Moon in orbit around the Earth, Newton was able to explain – in one theoretical framework – all known gravitational phenomena. In his Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, he derived Kepler's laws from first principles. Those first principles are as follows:

В инерциальной системе отсчета объект либо остается в состоянии покоя, либо продолжает двигаться с постоянной скоростью, если на него не действует сила. В инерциальной системе отсчета векторная сумма сил F, действующих на объект, равна массе m этого объекта, умноженной на ускорение a объекта: F = ma. (Здесь предполагается, что масса m постоянна). Когда одно тело оказывает силу на второе тело, второе тело одновременно оказывает силу, равную по величине и противоположную по направлению, на первое тело. Таким образом, Кеплер объяснил, как движутся планеты, а Ньютон точно объяснил, почему они движутся именно так. Теоретические разработки Ньютона заложили многие основы современной физики.

Совершенствование Солнечной системы

За пределами Англии теория Ньютона потребовала времени для утверждения. Во Франции господствовала теория вихрей Декарта, а Гюйгенс, Лейбниц и Кассини принимали лишь отдельные части системы Ньютона, отдавая предпочтение своим собственным философским взглядам. Вольтер опубликовал популярное изложение в 1738 году. В 1748 году Французская академия наук объявила награду за решение проблемы возмущений Юпитера и Сатурна, которую в конечном итоге решили Эйлер и Лагранж. Лаплас завершил теорию планет, опубликовав работы с 1798 по 1825 год. Были заложены первые основы солнечной туманности как модели формирования планет. Эдмонд Галлей сменил Флэмстида на посту королевского астронома Англии и успешно предсказал возвращение кометы, названной его именем, в 1758 году. Сэр Уильям Гершель обнаружил первую новую планету, Уран, наблюдённую в новейшее время, в 1781 году. Промежуток между планетами Марсом и Юпитером, выявленный законом Тициуса — Боде, был заполнен открытием астероидов Цереры и Паллады в 1801 и 1802 годах, за которыми последовало множество других. Первоначально астрономическая мысль в Америке основывалась на философии Аристотеля, но интерес к новой астрономии начал проявляться в альманахах уже в 1659 году.

Звездная астрономия

Космический плюрализм – это название, данное идее о том, что звезды являются далёкими солнцами, возможно, с собственными планетарными системами. Идеи в этом направлении высказывались ещё в античности Анаксагором и Аристархом Самосским, но не получили широкого признания. Первым астрономом эпохи Возрождения, предположившим, что звезды – это далёкие солнца, был Джордано Бруно в своём труде «De l'infinito universo et mondi» (1584). Эта идея, вместе с верой в разумную внеземную жизнь, вошла в число обвинений, предъявленных ему инквизицией. Эта идея стала общепринятой в конце XVII века, особенно после публикации «Бесед о множестве миров» Бернара Ле Бовье де Фонтенелля (1686), и к началу XVIII века стала стандартным рабочим предположением в звёздной астрономии. Итальянский астроном Джеминиано Монтанари зафиксировал наблюдения за изменениями блеска звезды Алголь в 1667 году. Эдмонд Галлей опубликовал первые измерения собственного движения пары близких «неподвижных» звёзд, показав, что они изменили своё положение по сравнению с данными древнегреческих астрономов Птолемея и Гиппарха. Уильям Гершель первым попытался определить распределение звёзд на небе. В 1780-х годах он установил серию измерительных приборов в 600 направлениях и подсчитал количество звёзд, наблюдаемых вдоль каждой линии визирования. На основании этого он пришёл к выводу, что число звёзд постепенно увеличивается в направлении одной стороны неба – в сторону ядра Млечного Пути. Его сын Джон Гершель повторил это исследование в южном полушарии и обнаружил соответствующее увеличение в том же направлении. Помимо прочих достижений, Уильям Гершель известен своим открытием, что некоторые звёзды не просто находятся на одной линии визирования, но являются физическими компаньонами, образующими двойные звёздные системы.

19 век

До фотографии запись астрономических данных была ограничена возможностями человеческого глаза. В 1840 году Джон У. Дрейпер, химик, создал самую раннюю известную астрономическую фотографию Луны. К концу XIX века были получены тысячи фотографических пластин с изображениями планет, звёзд и галактик. Большинство фотографий обладало более низкой квантовой эффективностью (то есть регистрировало меньше падающих фотонов), чем человеческий глаз, но имело преимущество в виде длительных времён экспозиции (100 мс для человеческого глаза по сравнению с часами для фотографий). Это значительно увеличило объём данных, доступных астрономам, что привело к появлению «человеческих компьютеров», широко известных как Гарвардские компьютеры, для обработки и анализа этих данных. Учёные начали открывать формы света, невидимые невооружённым глазом: рентгеновские лучи, гамма-лучи, радиоволны, микроволны, ультрафиолетовое и инфракрасное излучение. Это оказало огромное влияние на астрономию, дав начало таким областям, как инфракрасная астрономия, радиоастрономия, рентгеновская астрономия и, наконец, гамма-астрономия. С развитием спектроскопии было доказано, что другие звёзды подобны Солнцу, но различаются по температуре, массе и размерам. Наука звёздной спектроскопии была заложена Джозефом фон Фраунгофером и Анджело Сеччи. Сравнивая спектры звёзд, таких как Сириус, со спектром Солнца, они обнаружили различия в интенсивности и количестве линий поглощения — тёмных линий в звёздных спектрах, вызванных поглощением определённых частот атмосферой. В 1865 году Сеччи начал классифицировать звёзды по спектральным типам. Первое свидетельство существования гелия было получено 18 августа 1868 года в виде яркой жёлтой спектральной линии с длиной волны 587,49 нанометра в спектре хромосферы Солнца. Эта линия была обнаружена французским астрономом Жюлем Жансеном во время полного солнечного затмения в Гунтуре, Индия. Первое прямое измерение расстояния до звезды (61 Лебедя, находящейся на расстоянии 11,4 световых лет) было выполнено в 1838 году Фридрихом Бесселем с использованием метода параллакса. Измерения параллакса продемонстрировали огромные расстояния между звёздами. Наблюдение за двойными звёздами приобрело всё большее значение в течение XIX века. В 1834 году Фридрих Бессель заметил изменения в собственном движении звезды Сириус и предположил наличие невидимого спутника. Эдвард Пикеринг открыл первую спектроскопическую двойную звезду в 1899 году, когда наблюдал периодическое расщепление спектральных линий звезды Мицар в течение 104 дней. Детальные наблюдения многих двойных звёздных систем были собраны астрономами, такими как Фридрих Георг Вильгельм фон Струве и С. В. Бёрнхэм, что позволило определить массы звёзд на основе вычисления орбитальных элементов. Первое решение задачи выведения орбиты двойных звёзд на основе телескопических наблюдений было предложено Феликсом Савари в 1827 году. В 1847 году Мария Митчелл открыла комету, используя телескоп.

Pre photography, data recording of astronomical data was limited by the human eye. In 1840, John W. Draper, a chemist, created the earliest known astronomical photograph of the Moon. And by the late 19th century thousands of photographic plates of images of planets, stars, and galaxies were created. Most photography had lower quantum efficiency (i. e. captured less of the incident photons) than human eyes but had the advantage of long integration times (100 ms for the human eye compared to hours for photos). This vastly increased the data available to astronomers, which led to the rise of human computers, famously the Harvard Computers, to track and analyze the data. Scientists began discovering forms of light which were invisible to the naked eye: X rays, gamma rays, radio waves, microwaves, ultraviolet radiation, and infrared radiation. This had a major impact on astronomy, spawning the fields of infrared astronomy, radio astronomy, x ray astronomy and finally gamma ray astronomy. With the advent of spectroscopy it was proven that other stars were similar to the Sun, but with a range of temperatures, masses and sizes. The science of stellar spectroscopy was pioneered by Joseph von Fraunhofer and Angelo Secchi. By comparing the spectra of stars such as Sirius to the Sun, they found differences in the strength and number of their absorption lines—the dark lines in stellar spectra caused by the atmosphere's absorption of specific frequencies. In 1865, Secchi began classifying stars into spectral types. The first evidence of helium was observed on August 18, 1868, as a bright yellow spectral line with a wavelength of 587.49 nanometers in the spectrum of the chromosphere of the Sun. The line was detected by French astronomer Jules Janssen during a total solar eclipse in Guntur, India. The first direct measurement of the distance to a star (61 Cygni at 11.4 light years) was made in 1838 by Friedrich Bessel using the parallax technique. Parallax measurements demonstrated the vast separation of the stars in the heavens. Observation of double stars gained increasing importance during the 19th century. In 1834, Friedrich Bessel observed changes in the proper motion of the star Sirius and inferred a hidden companion. Edward Pickering discovered the first spectroscopic binary in 1899 when he observed the periodic splitting of the spectral lines of the star Mizar in a 104 day period. Detailed observations of many binary star systems were collected by astronomers such as Friedrich Georg Wilhelm von Struve and S. W. Burnham, allowing the masses of stars to be determined from the computation of orbital elements. The first solution to the problem of deriving an orbit of binary stars from telescope observations was made by Felix Savary in 1827. In 1847, Maria Mitchell discovered a comet using a telescope.

20 век

С накоплением больших наборов астрономических данных такие команды, как Гарвардские компьютеры, приобрели известность, что привело к тому, что многие женщины-астрономы, ранее выполнявшие роль помощников мужчин-астрономов, получили признание в этой области. В Военно-морской обсерватории США (USNO) и других астрономических исследовательских институтах нанимали людей, выполнявших роль "компьютеров", которые выполняли кропотливые вычисления, в то время как ученые занимались исследованиями, требующими более глубоких знаний. Ряд открытий в этот период изначально были сделаны женщинами-"компьютерами" и доложены их руководителям. Генриетта Свон Ливитт открыла зависимость между периодом и светимостью цефеид, которую она затем развила в метод измерения расстояний за пределами Солнечной системы. Энни Дж. Кэннон, ветеран Гарвардских компьютеров, разработала современную систему звездной классификации в начале 1900-х годов (O B A F G K M, основанную на цвете и температуре), вручную классифицировав за свою жизнь больше звезд, чем кто-либо другой (около 350 000). В двадцатом веке наблюдался все более быстрый прогресс в научном изучении звезд. Карл Шварцшильд обнаружил, что цвет звезды и, следовательно, ее температура могут быть определены путем сравнения визуальной и фотографической величин. Разработка фотоэлектрического фотометра позволила проводить точные измерения величины на различных интервалах длин волн. В 1921 году Альберт А. Микельсон впервые измерил диаметр звезды, используя интерферометр на телескопе Хукера в обсерватории Маунт-Уилсон. Важные теоретические работы по физической структуре звезд были выполнены в первые десятилетия двадцатого века. В 1913 году была создана диаграмма Герцшпрунга-Рассела, которая стимулировала астрофизическое изучение звезд. В 1906 году в Потсдаме датский астроном Эйнар Герцшпрунг опубликовал первые графики зависимости цвета от светимости для этих звезд. На этих графиках была отчетливо видна непрерывная последовательность звезд, которую он назвал Главной последовательностью. В Принстонском университете Генри Норрис Расселл сопоставил спектральные типы звезд с их абсолютной величиной и обнаружил, что карликовые звезды подчиняются определенной закономерности. Это позволило с достаточной точностью предсказывать истинную яркость карликовой звезды. Были разработаны успешные модели, объясняющие внутреннее строение звезд и их эволюцию. Сесилия Пэйн-Гапошкина в своей докторской диссертации 1925 года впервые предположила, что звезды состоят в основном из водорода и гелия. Спектры звезд были лучше поняты благодаря достижениям в квантовой физике, что позволило определить химический состав звездных атмосфер. По мере развития эволюционных моделей звезд в 1930-х годах Бенгт Стромгрен ввел термин "диаграмма Герцшпрунга-Рассела" для обозначения диаграммы светимости и спектрального класса. Усовершенствованная схема звездной классификации была опубликована в 1943 году Уильямом Уилсоном Морганом и Филиппом Чайлдсом Кинаном. Существование нашей галактики, Млечного Пути, как отдельной группы звезд было доказано только в XX веке, наряду с существованием "внешних" галактик, и вскоре после этого – расширение Вселенной, проявляющееся в удалении большинства галактик от нас. "Великие дебаты" между Харлоу Шэпли и Хебером Кертисом в 1920-х годах касались природы Млечного Пути, спиральных туманностей и размеров Вселенной. С развитием квантовой физики спектроскопия была усовершенствована. Было установлено, что Солнце является частью галактики, состоящей из более чем 10<sup>10</sup> звезд (10 миллиардов звезд). Существование других галактик, являвшееся одним из вопросов "великих дебатов", было разрешено Эдвином Хабблом, который идентифицировал туманность Андромеды как отдельную галактику и многие другие на больших расстояниях, удаляющиеся от нашей галактики. Физическая космология, дисциплина, тесно связанная с астрономией, достигла огромных успехов в XX веке, модель горячего Большого взрыва получила сильную поддержку благодаря доказательствам, предоставленным астрономией и физикой, таким как красное смещение очень далеких галактик и радиоисточников, космическое микроволновое фоновое излучение, закон Хаббла и космологическое содержание элементов.

With the accumulation of large sets of astronomical data, teams like the Harvard Computers rose in prominence which led to many female astronomers, previously relegated as assistants to male astronomers, gaining recognition in the field. The United States Naval Observatory (USNO) and other astronomy research institutions hired human "computers", who performed the tedious calculations while scientists performed research requiring more background knowledge. A number of discoveries in this period were originally noted by the women "computers" and reported to their supervisors. Henrietta Swan Leavitt discovered the cepheid variable star period luminosity relation which she further developed into a method of measuring distance outside of the Solar System. A veteran of the Harvard Computers, Annie J. Cannon developed the modern version of the stellar classification scheme in during the early 1900s (O B A F G K M, based on color and temperature), manually classifying more stars in a lifetime than anyone else (around 350,000). The twentieth century saw increasingly rapid advances in the scientific study of stars. Karl Schwarzschild discovered that the color of a star and, hence, its temperature, could be determined by comparing the visual magnitude against the photographic magnitude. The development of the photoelectric photometer allowed precise measurements of magnitude at multiple wavelength intervals. In 1921 Albert A. Michelson made the first measurements of a stellar diameter using an interferometer on the Hooker telescope at Mount Wilson Observatory. Important theoretical work on the physical structure of stars occurred during the first decades of the twentieth century. In 1913, the Hertzsprung Russell diagram was developed, propelling the astrophysical study of stars. In Potsdam in 1906, the Danish astronomer Ejnar Hertzsprung published the first plots of color versus luminosity for these stars. These plots showed a prominent and continuous sequence of stars, which he named the Main Sequence. At Princeton University, Henry Norris Russell plotted the spectral types of these stars against their absolute magnitude, and found that dwarf stars followed a distinct relationship. This allowed the real brightness of a dwarf star to be predicted with reasonable accuracy. Successful models were developed to explain the interiors of stars and stellar evolution. Cecilia Payne Gaposchkin first proposed that stars were made primarily of hydrogen and helium in her 1925 doctoral thesis. The spectra of stars were further understood through advances in quantum physics. This allowed the chemical composition of the stellar atmosphere to be determined. As evolutionary models of stars were developed during the 1930s, Bengt Strömgren introduced the term Hertzsprung–Russell diagram to denote a luminosity spectral class diagram. A refined scheme for stellar classification was published in 1943 by William Wilson Morgan and Philip Childs Keenan. The existence of our galaxy, the Milky Way, as a separate group of stars was only proven in the 20th century, along with the existence of "external" galaxies, and soon after, the expansion of the universe seen in the recession of most galaxies from us. The "Great Debate" between Harlow Shapley and Heber Curtis, in the 1920s, concerned the nature of the Milky Way, spiral nebulae, and the dimensions of the universe. With the advent of quantum physics, spectroscopy was further refined. The Sun was found to be part of a galaxy made up of more than 1010 stars (10 billion stars). The existence of other galaxies, one of the matters of the great debate, was settled by Edwin Hubble, who identified the Andromeda nebula as a different galaxy, and many others at large distances and receding, moving away from our galaxy. Physical cosmology, a discipline that has a large intersection with astronomy, made huge advances during the 20th century, with the model of the hot Big Bang heavily supported by the evidence provided by astronomy and physics, such as the redshifts of very distant galaxies and radio sources, the cosmic microwave background radiation, Hubble's law and cosmological abundances of elements.