Первым решил задачу Платона Евдокс Книдский (Ευδοξοζ 408355 до н.э.). Он предложил теорию «гомоцентрических сфер». Их было 27. В окончательном варианте у Аристотеля их число увеличилось до 54. Но точность предсказаний оставляла желать лучшего. Особенно «сопротивлялся» Марс. Мы уж не говорим о том, из чего должны были быть «сделаны» такие сферы. Ведь, в отличие от небесной сферы со звездами, за которой, как думали некоторые греческие философы, нет вообще никакого пространства (и это 2500 дет назад уму непостижимо), сферы Евдокса должны были быть абсолютно прозрачными, чтобы не задерживать свет от этих звезд. Но вскоре (через каких-то 150 лет) ее сменила более изощренная и более точная модель эпициклов.
Идея эпициклов была выдвинута Аполлонием Пергским (Απολλωνιοζ 262190 до н.э.). Предполагалось, что Луна и Солнце движутся по неким малым окружностям эпициклам, центр которых, в свою очередь, движутся по большим окружностям деферентам, центр последних совпадает с центром Земли.
Эту идею подхватил Гиппарх (Ιππαρςοζ 190120 лет до н.э.), который не только развил ее, построив первую дошедшую до нас достаточно точную теорию движения Луны и Солнца, но и вычислил расстояния до них (в этом он следовал методу, изобретенному ранее Аристархом Самосским, о чем речь впереди).
Для нас особенно важно именно это достижение Гиппарха, поскольку это был прорыв в «третье измерение» в космологии.
Примерно через 250 лет после Гиппарха была, наконец-то, создана первая полная геоцентрическая модель Вселенной. Полная она потому, что описывает геометрически не только движение Луны и Солнца, но и всех остальных известных тогда планет с небывалой доселе точностью. А почему Гиппарх этого не смог сделать? Ему помешало так называемое «зодиакальное неравенство». Мы не будем вдаваться в подробности, а скажем лишь, что не удалось совместить равномерное движение по эпициклу плюс равномерное движение по деференту с данными наблюдений за планетами. Особенно постарался Марс. Автором этой теоретической модели был Клавдий Птолемей (Κλαυδιοζ Πτολεμιοζ ~100170 AD), живший и работавший в Александрии Египетской.
Птолемей сохранил и эпициклы, и деференты, но отказался от равномерности движения по деференту. Более того, он «убрал» центр деферента из центра Земли. В его теории движение планет только выглядит равномерным, если смотреть из особой точки, называемой эквантом и расположенной симметрично центру Земли относительно центра деферента. Эта конструкция получила название «бисекция эксцентриситета». Фактически, Птолемей увеличил число параметров теории, что и позволило добиться успеха.
Очень изящная геометрическая игрушка! Но как такое могло прийти в голову, ведь отказ от равномерности движения очень и очень радикальный шаг? Насчет головы Птолемея не знаем и знать не можем, но вот какая гипотеза. Уже упоминалось о том, что в древности планеты считались божествами, в честь которых им и давались имена. Так вот, а что если это не сами божества, а лишь их образы? Тогда планеты вовсе не обязаны двигаться равномерно по окружностям главное, чтобы нужные божества видели это движение равномерным из той точки, в которой они сами находятся. Это и есть эквант, и он просто не может быть расположен на Земле.
Основной труд Клавдия Птолемея был издан первоначально примерно в 140 году под названием «Математическое собрание в 13 книгах» (Μαθηματικικηζ Συνταςεωζ), затем на него ссылались как «Великая книга» и «Величайшее сочинение» (Μεγιστη, мэгистэ). В арабском переводе это превратилось в «Ал маджиста», а в последующем переводе уже с арабского на латынь в «Альмагест». Под этим названием мы знаем его и сегодня.
Теория Птолемея царствовала почти 13 веков. Но в XIV веке арабские астрономы подвергли ее критике за отказ от равномерного движения. Но им все равно требовались новые параметры. Поэтому в модель были введены новые эпициклы, центр которых двигался по «старым» эпициклам. В обоих вариантах (птолемеевском и арабском) теория продержалась еще два столетия. Вообще, наука арабского мира, и не только астрономия (= космология) продолжила славные традиции древнегреческих ученых, умножила их достижения и донесла все это до Средневековой Европы, не позволила им пропасть втуне.
Итак, приближается XVI век, когда в геоцентрической картине Вселенной появилась первая серьезная трещина. А пока полное торжество этой чисто математической (= геометрической) модели. Физикой тут и не пахнет никто не задумывается над причинами столь сложных движений Луны, Солнца и планет. Для практических нужд календарь, гороскопы, предсказаний хватает, и ладно. Представляется, что теория Птолемея, и особенно ее арабский вариант (логически более экономный) напоминает своеобразную геометрическую теорию возмущений: повысилась точность измерений введем в модель еще один эпицикл. И все тут, что еще вам надобно? Окончания же эры геоцентризма придется ждать вплоть до конца XVII века, когда появятся законы Кеплера. А пока, чтобы скоротать ожидание, вернемся снова в Древнюю Грецию, примерно на 2300 лет назад. Нас интересует Аристарх Самосский (Αρισταρςοζο Σαμιοζ ~310230 до н.э.), который родился на острове Самос (там же, где и Пифагор двумя с половиной столетиями раньше)
Чем же он знаменит? Он умудрился (от слова «мудрец»), наблюдая за солнечными и лунными затмениями, рассчитать радиусы Солнца и Луны в единицах радиуса Земли, полагая, следуя Пифагору, что Земля, как и Луна, и Солнце, шарообразна (это было еще до открытия, сделанного Эратосфеном) и оценить расстояния до этих светил. Впоследствии Гиппарх воспользовался таким же методом и сделал все гораздо точнее. Но для истории космологии важнее то, что Аристарх Самосский, убедившись в громадности Солнца по сравнению с Землей, усомнился, что столь тяжелое тело вращается вокруг столь малого. А это уже, согласитесь, не математика, а физика! Он выдвинул гипотезу, что истинным центром мира является Солнце, а вот Земля вращается вокруг него с периодом в 1 год и вокруг своей оси с периодом в 1 сутки. Звезды же, ввиду ненаблюдаемости в то далекое время годичного параллакса, Аристарх Самосский отправил туда, «куда Макар телят не гонял», т.е., на бесконечность. Это была первая в истории гелиоцентрическая картина мира (кстати, приоритет Аристарха Самосского признавали и Кеплер и Галилей). А что же было дальше? А дальше посыпались обвинения в безбожии и неблагочестии и угрозы привлечь к суду. В то время к такому относились чрезвычайно серьезно, и великолепная (уже не просто математическая) гипотеза была прочно забыта на 1800 лет!
Коперник
В начале XVI века молодой польский астроном (+ математик + механик + общественный деятель + каноник) Николай Коперник (Mikolai Kopernik 14731543) начал работать над книгой всей своей жизни «Об обращении небесных сфер».
Работа продолжалась почти 40 лет, а книга вышла из печати чуть ли не в день его смерти. Николай Коперник возродил идею Аристарха Самосского о Солнце как центре мироздания. Но теперь это уже не просто гипотеза, основанная на недоумении как может большое Солнце обращаться вокруг маленькой Земли? Главным достижением Коперника было очень простое и изящное объяснение попятных движений планет явления, причинявшего столько хлопот геоцентристам на протяжении как минимум двух тысячелетий и заставлявшего их все усложнять и усложнять свои теории. Возьмем, к примеру, Марс. Все дело в том, что и Земля, и Марс вращаются вокруг Солнца в одном направлении, но с различными периодами. Поэтому планеты оказываются то по одну сторону от Солнца, то по разные стороны. В первом случае видимое с Земли угловое перемещение Марса происходит быстрее, чем угловое перемещение, видимое с Солнца (из центра мира), а во втором случае наоборот, медленнее. Земля просто-напросто перегоняет Марс. И так со всеми остальными планетами. В результате, оказывается совершенно ненужным первый, основной, эпицикл геоцентрических моделей. Заметим, между прочим, что попятное движение должно происходить именно ночью, что и позволило наблюдать его в древности.