Tytuł oryginału

MAPPING THE HEAVENS.

The Radical Scientific Ideas That Reveal the Cosmos

Copyright © 2016 by Priyamvada Natarajan

All rights reserved.

Projekt okładki

Zbigniew Larwa

Ilustracje na okładce

NASA

Redaktor serii

Adrian Markowski

Redakcja i korekta

Anna Kaniewska

ISBN 978-83-8123-583-9

Warszawa 2017

Wydawca

Prószyński Media Sp. z o.o.

02-697 Warszawa, ul. Rzymowskiego 28

www.proszynski.pl

Dla Ammy i Appy

Wstęp

W ciągu ostatnich stu lat nasza mapa kosmosu uległa diametralnej zmianie. Jeszcze w 1914 roku nasza Galaktyka – samotna, niezmienna i mała – była dla nas całym Wszechświatem. Badania kosmologiczne wciąż jeszcze opierały się wówczas na klasycznym pojęciu grawitacji rozwiniętym w XVII stuleciu. Później sukcesy współczesnej fizyki i ogólnej teorii względności całkowicie odmieniły nasze rozumienie przestrzeni i czasu. Obecnie postrzegamy Wszechświat jako dynamiczną strukturę, rozszerzającą się z coraz większą prędkością, której główne, tajemnicze składniki – ciemna materia i ciemna energia – pozostają nieodkryte. Pozostała część, a więc wszystkie pierwiastki układu okresowego, z których zbudowana jest materia tworząca gwiazdy i nas samych, stanowi zaledwie 4 procent całkowitej zawartości Wszechświata. Udało nam się potwierdzić istnienie planet krążących wokół innych gwiazd. Zastanawiamy się nad możliwością istnienia innych wszechświatów. Świadczy to o tym, że dokonaliśmy niezwykłego wprost postępu naukowego.

Wydaje się, że kosmologia w większym stopniu niż inne dyscypliny naukowe wpłynęła na zmianę naszego wyobrażenia nie tylko o Wszechświecie, ale także o miejscu, jakie w nim zajmujemy. Trudno oprzeć się wrażeniu, że potrzeba określenia własnego miejsca w świecie i wyjaśnienia zjawisk przyrody jest głęboko zakorzeniona w ludzkiej naturze. Starożytne mity stworzenia rozwijane przez różne kultury, tak uderzająco do siebie podobne, pomagały ludziom radzić sobie z nieprzewidywalnością gwałtownych zjawisk naturalnych. Takie nadprzyrodzone wyjaśnienia odwołujące się do wiary w niewidzialną, a jednak o wiele potężniejszą rzeczywistość wykorzystują nasze naturalne zaciekawienie światem przyrody. Złożona ludzka wyobraźnia pozwoliła starożytnym cywilizacjom powołać do istnienia byty, które nie były obecne w ich bezpośrednim otoczeniu, a mimo to wydawały się rzeczywiste. Weźmy na przykład Enkiego, sumeryjskiego boga wód, którego gniew wywoływał powodzie, lub hinduskiego boga deszczu i burz Indrę – jego łuk był tęczą rozpiętą na niebie, a rolę strzał odgrywały pioruny. Największe znaczenie mają te mity, które zmuszają nas do użycia wyobraźni, a jednocześnie pomagają nam stąpać pewnie po ziemi.

Dorastając w Indiach, również czułam tę potrzebę określenia swojego miejsca w świecie. Moim pierwszym przewodnikiem na tej drodze była Encyclopaedia Britannica. Trzydzieści dwa tomy piętnastego wydania tej encyklopedii, stojące na półce w domu moich rodziców, stanowiły dla mnie kompendium całej ówczesnej wiedzy. Oczarowana zapominałam o bożym świecie, oglądając starożytne mapy, zarówno te, które posłużyły podróżnikom do odkrycia nowych lądów, jak i mapy nieba. Szczególnie fascynowały mnie gwiazdy. Dzięki tej przygodzie kartograficznej miałam też okazję przekonać się, na czym polegają badania naukowe. Napisałam dla ogólnokrajowej gazety program na komputer Commodore 64, który generował mapę nieba nad Delhi na najbliższy miesiąc. Tak zakiełkowała we mnie miłość do odkrywania i badania. Potem pierwsze lata studiów poświęciłam na nauczenie się fizyki, matematyki i filozofii w Massachusetts Institute of Technology (MIT). Kierowana ciekawością kontynuowałam studia w MIT w ramach prowadzonego tam programu „Science, Technology, and Society” („Nauka, technika i społeczeństwo”), a następnie przeskoczyłam przez ocean, żeby rozpocząć studia doktoranckie z astrofizyki na Uniwersytecie w Cambridge. Obecnie, prowadząc aktywnie badania naukowe, nieustannie korzystam ze zdobytej wcześniej wiedzy z zakresu historii i filozofii nauki, by móc głębiej zrozumieć proces dokonywania odkryć naukowych i jego wpływ na ostateczny kształt zdobywanej przez nas wiedzy.

W moich badaniach astrofizycznych, polegających na sporządzaniu map ciemnej materii i wyjaśnianiu procesu powstawania czarnych dziur, towarzyszy mi to samo uczucie ciekawości i potrzeby poznania Wszechświata, jakim zapewne kierowali się starożytni. Nadal zajmuję się tłumaczeniem znaczenia map i określaniem naszego miejsca, a więc tym samym, co tak bardzo mnie fascynowało, gdy byłam małą dziewczynką w Delhi. W swojej pracy wykorzystuję zjawisko zakrzywiania światła przez odległe galaktyki, czyli tak zwane soczewkowanie grawitacyjne, do sporządzania map niewidzialnej ciemnej materii, której obecność wywołuje taki efekt. Badam również powstawanie i ewolucję najdziwaczniejszych i najbardziej tajemniczych obiektów Wszechświata, a mianowicie: czarnych dziur. Obecnie uczestniczę w największym i najbardziej nowatorskim jak dotąd przedsięwzięciu naukowym mającym na celu sporządzenie mapy Wszechświata – chodzi o program badawczy Frontier Fields (Pola Graniczne) realizowany przez Instytut Naukowy Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Jego celem jest zajrzenie w głąb Wszechświata na znacznie większą odległość niż dotychczas i sporządzenie dużo dokładniejszej mapy ciemnej materii. W latach 2014–2017 kamery zainstalowane w Kosmicznym Teleskopie Hubble’a przez znaczną część czasu będą prowadziły obserwacje na potrzeby tego właśnie przedsięwzięcia. Oczywiście jestem tylko jednym z wielu badaczy, którzy swoją pracą przyczynią się do powstania lepszej mapy Wszechświata bazującej na tych cennych danych. Czeka nas wiele nowych, fascynujących odkryć. Podobnie jak poprzednie pokolenia naukowców, również my możemy znaleźć się w sytuacji, która będzie wymagała od nas gruntownego przemyślenia na nowo wszystkiego, co udało nam się do tej pory ustalić.

Ukazało się już wprawdzie wiele książek relacjonujących historię odkryć kosmologicznych, ja jednak chciałabym się skupić na procesie powstawania idei naukowych, pokazać, jak się je weryfikuje, jak przebiegają dyskusje na ich temat, i zastanowić się, co decyduje o tym, że są ostatecznie akceptowane. Z pewnością nie trzeba być astrofizykiem, by to zrozumieć, a przytaczane przeze mnie przykłady, choć dotyczą kosmologii, ilustrują znacznie szersze trendy w badaniach i odkryciach naukowych. W szczególności prześledzimy w tej książce rozwój przełomowych idei naukowych, które nieustannie zmieniają wygląd naszej mapy kosmosu. Niezmiernie fascynuje mnie proces, za sprawą którego takie idee zdobywają popularność i przekształcają się z nieznanych nikomu koncepcji w powszechnie akceptowane prawdy. W kosmologii często zostaje po tym procesie ślad kartograficzny w postaci pojawiania się nowych map i wprowadzania zmian na tych, które już istnieją. Rewolucyjne zmiany naszego obrazu Wszechświata, jakie dokonały się w ostatnim stuleciu, pociągały za sobą konieczność wprowadzenia gruntownych zmian w mapach odzwierciedlających naszą wiedzę. Jednak akceptacja nowych idei nie jest zjawiskiem liniowym ani natychmiastowym i nowe koncepcje zawsze napotykają opór. Za każdym razem gdy uczeni podważają obowiązujący powszechnie obraz Wszechświata, nasze rozumienie świata i jego metaforyczna mapa ulegają przeobrażeniu, co wymaga od nas umiejętności adaptacji do nowej sytuacji i otwartości na zmiany.

Jest to opowieść o niezwykłych osiągnięciach ludzkiego umysłu, o radykalnie nowych koncepcjach powstających pod wpływem odkryć i nowych danych. Śledząc drogę wiodącą do akceptacji nowych idei, będziemy mogli poznać nowe oblicze działalności naukowej – jej wymiar emocjonalny, psychologiczny, osobisty i społeczny, wykraczający poza czysto intelektualne poszukiwanie wiedzy. Taki opis kłóci się z obowiązującym powszechnie obrazem naukowców prowadzących obiektywne badania, których celem jest sformułowanie niezmiennych praw opisujących naturę. Prawda jest taka, że badania naukowe są działalnością podejmowaną przez ludzi, a zatem z natury rzeczy są skażone subiektywizmem.

Kontrowersje i spory toczące się w społeczności naukowej są nieodłączną częścią badań i takie debaty mogą wiele wyjaśniać, ponieważ wyraźnie pokazują, w jaki sposób nowe idee zabiegają o uzyskanie powszechnej akceptacji. Właśnie dlatego zastanowimy się w tej książce, co powoduje, że w społeczności kosmologów wybuchają spory, i w jaki sposób się je rozwiązuje. Tego typu dyskusje cały czas się toczą, ponieważ wynika to z faktu, iż nauka zawsze ma do pewnego stopnia charakter prowizoryczny. Proces kształcenia uczonych ma na celu wyostrzenie ich umysłu, a później, w trakcie pracy naukowej, nabyte umiejętności są każdego dnia wystawiane na próbę. Dzięki temu uczeni są odpowiednio zahartowani i nie doznają szoku, gdy napływ nowych danych i dowodów naukowych wymaga wprowadzenia zmian w obowiązującym obrazie świata. Pokażemy, jak kosmologowie w przeszłości radzili sobie z takimi częstymi zmianami i modyfikowali obowiązującą wiedzę, wykorzystując do tego swoją ciekawość i dociekliwość.

Nasza wiedza o kosmosie ulegała przemianom dzięki napływowi nowych idei i danych zdobywanych za pomocą coraz lepszych przyrządów. Przykładem może być chociażby wynalezienie spektrografu, urządzenia rozdzielającego światło na częstotliwości składowe, dzięki któremu stało się możliwe badanie na odległość składu chemicznego gwiazd; skonstruowanie potężnych teleskopów i czułych aparatów fotograficznych, robiących zdjęcia o niewiarygodnie wysokiej rozdzielczości; czy też pojawienie się komputerów potrafiących przetwarzać i przechowywać gigantyczne ilości danych – wszystkie te zdobycze techniki przyczyniły się do powstania zupełnie nowych idei i pomogły uczonym w sprawdzaniu poprawności rewolucyjnych koncepcji.

Dzięki wykorzystaniu zaawansowanych satelitów i detektorów w ostatnich dziesięcioleciach badacze zaglądają coraz głębiej w przestrzeń kosmiczną, cofając się jednocześnie coraz dalej w czasie. Udało się nam opisać pozostałości z zamierzchłej przeszłości, mające postać promieniowania elektromagnetycznego, co pozwoliło nam się przybliżyć do samej chwili stworzenia, czyli do Wielkiego Wybuchu. W bliższym otoczeniu odkryliśmy natomiast ponad tysiąc planet krążących wokół gwiazd położonych dość blisko Układu Słonecznego. Mimo to wciąż nie brakuje tajemnic.

W przeszłości, spoglądając w majestatyczne nocne niebo, widzieliśmy nieruchome gwiazdy, które dodawały nam otuchy – już od starożytności mogliśmy polegać na tym, że te punkty światła będą wschodziły i zachodziły z dającą się przewidzieć regularnością. W 1718 roku Edmund Halley, drugi w historii Astronom Królewski na brytyjskim dworze, odkrył, że gwiazdy jednak się poruszają i ich położenie zmienia się z biegiem czasu. Na przykład Syriusz, Arktur i Aldebaran przesunęły się na znaczną odległość od miejsca, w którym obserwował je grecki astronom Hipparch około dwóch tysięcy lat wcześniej. Okazało się, że nieruchome gwiazdy najwyraźniej wędrują.

Takie zaskakujące odkrycia zdarzają się w kosmologii dosyć często i nasz obecny obraz rozszerzającego się coraz szybciej Wszechświata również narodził się w wyniku obalenia poprzedniego ugruntowanego poglądu. Wszystko zaczęło się w 1543 roku, gdy Mikołaj Kopernik przeniósł środek ówczesnego wszechświata z Ziemi na Słońce, na zawsze zmieniając nasze wyobrażenie o miejscu Ziemi w strukturze, którą obecnie nazywamy Układem Słonecznym, a która wówczas stanowiła cały kosmos. Pozbawienie gwiazd ich stałych miejsc pociągnęło za sobą jeszcze dalej idące zmiany. W latach dwudziestych XX wieku najpierw odkryliśmy inne, odległe galaktyki, co pokazało, że Droga Mleczna jest zaledwie jedną z wielu innych podobnych struktur, a potem astronom Edwin Hubble przedstawił dowody na to, że kosmos się rozszerza, i tym samym wprawił w ruch cały Wszechświat. Obecnie mamy zdjęcia i dane zebrane w trakcie obserwacji kilku milionów galaktyk, z których wiele znajduje się tak daleko, że odbierane przez nas obecnie światło zostało przez nie wysłane, gdy Wszechświat był jeszcze bardzo młody i liczył zaledwie miliard lat, czyli niewiele w porównaniu z jego obecnym wiekiem wynoszącym 13,8 miliarda lat. Takie historie są częścią większej opowieści o tym, jak w ciągu minionych stu lat wymyśliliśmy niektóre najwspanialsze idee kosmologiczne i jak takie nowe koncepcje zyskały akceptację. Ludzki aspekt uprawiania nauki, pełen rywalizacji, konfliktów, ambicji i żądzy sławy, miał zarówno negatywny, jak i pozytywny wpływ na wiele odkryć. Za każdym razem gdy stajemy w obliczu radykalnych zmian, dochodzi w nas do głosu pragnienie bezpieczeństwa i dążenie do zachowania istniejącego stanu rzeczy. Ta instynktowna niechęć do zmian wpływa na to, jak reagujemy na nowe idee, i utrudnia akceptację wszelkich modyfikacji przyjętego obrazu świata. Uczeni nie są pod tym względem wyjątkiem i również oni często są niechętni zmianom – godzą się na nie dopiero po zgromadzeniu odpowiedniej liczby przekonujących dowodów.

Koncepcja mechanistycznego wszechświata, którym rządzą uniwersalne prawa, takie jak newtonowskie ujęcie grawitacji, została zaakceptowana bardzo szybko, ponieważ taki obraz jest zgodny z istnieniem stabilnego, stałego Wszechświata. Odkrycia Newtona, choć niewątpliwie były nowatorskie, jedynie jeszcze bardziej nas utwierdziły w przekonaniu, że wszystko jest stałe. Nawet rewolucyjny heliocentryczny wszechświat Kopernika – początkowo odrzucany przez niektóre grupy społeczne – został ostatecznie powszechnie zaakceptowany, ponieważ pozwalał nam zachować ustalony obraz wszechświata, przesuwając jedynie punkt ciężkości z Ziemi na znajdujące się w środku Słońce.

Do wielkich przełomów w kosmologii XX i XXI wieku należy zaliczyć odkrycie rozszerzania się Wszechświata, ciemnej materii, czarnych dziur, modelu Wielkiego Wybuchu, zwiększania się tempa ekspansji kosmosu oraz licznych planet i układów planetarnych wokół innych gwiazd – dzięki tym odkryciom ujrzeliśmy nieustannie zmieniający się kosmos będący w ciągłym ruchu, w którym my sami jesteśmy wyjątkowi i jednocześnie pod wieloma względami nieistotni w ogólnym obrazie.

Prześledzimy ewolucję tych głęboko niepokojących idei od ich powstania po akceptację, zwracając szczególną uwagę na różne zwroty akcji i opisując szczegółowo ich niezatarty, rewolucyjny wpływ na nasz nieustannie zmieniający się obraz świata. Taka głęboka zmiana obrazu stałego, statycznego wszechświata na model całkowicie dynamiczny wymagała wprowadzania nieustannych modyfikacji do naszej wiedzy o kosmosie. Zgodnie ze swoją naturą, zmiany te sprawiły, że zostaliśmy pozbawieni stałego punktu oparcia. Takie przełomowe odkrycia naukowe, nieważne, czy dokonane świadomie, czy będące dziełem przypadku, często wywołują niepokój – tego typu uczucia towarzyszą nierzadko nawet samym odkrywcom. Sposób, w jaki uczeni akceptują ostatecznie nowe idee i przepisują na nowo zdobytą wiedzę, świadczy nie tylko o tym, jak działa nauka, ale pozwala również zrozumieć, co pomaga we wprowadzaniu takich zmian. Wygładzony obraz nauki, jako obiektywnej metody wydobywania niepodważalnych prawd z obserwacji natury, całkowicie pomija uczucia i emocje napędzające nas do działania. Badania naukowe mają charakter prowizoryczny, o czym najlepiej świadczy fakt, że postęp naukowy odbywa się zrywami i nierzadko prowadzi do niespodziewanych miejsc, które wcześniej wydawały się niemożliwe do wyobrażenia. Rozważymy ten skomplikowany, fascynujący proces, zwracając uwagę na zmiany, jakie zachodzą w sposobie uprawiania nauki. Obecnie jesteśmy w epoce wielkiej nauki, charakteryzującej się wykorzystaniem olbrzymich nakładów ludzkiego intelektu i innych zasobów, w której badania prowadzą duże zespoły złożone ze specjalistów z wielu różnych dziedzin. Ta zmiana skali realizowanych przedsięwzięć naukowych wpłynęła na sposób pracy wszystkich uczonych, w tym również kosmologów.

Realizacja projektu Sloan Digital Sky Survey (Cyfrowy Przegląd Nieba im. Sloana), którego celem było sporządzenie szczegółowej, trójwymiarowej mapy nieba, obejmującej jedną trzecią jego powierzchni, wymagała na przykład współpracy kilkuset uczonych pracujących w ponad czterdziestu instytutach badawczych rozsianych po całym świecie. Choć zespoły realizujące projekty badawcze w kosmologii nie są tak liczne jak w doświadczalnej fizyce cząstek, gdzie w eksperymentach uczestniczą tysiące osób, to również w astronomii można zaobserwować wyraźną zmianę – jeszcze trzydzieści lat temu zawiązywanie się zespołów dwu- i trójosobowych było dość częstym zjawiskiem. W miarę jak kosmologia dojrzewała jako nauka, rozwijając się dzięki wykorzystaniu coraz bardziej skomplikowanych przyrządów i urządzeń technicznych, konieczne stało się stosowanie coraz większych nakładów – wynikało to zarówno z potrzeb uczonych, jak i z samej natury prowadzonych prac. Ta głęboka zmiana w sposobie realizacji badań, a także złożoność stosowanych przyrządów, doprowadziła do wykształcenia się nowych interdyscyplinarnych dziedzin wiedzy, takich jak astrofizyka cząstek, która znajduje się na pograniczu między astrofizyką i fizyką cząstek elementarnych. Owa zmiana w skali i sposobie prowadzenia badań oznacza, że stereotyp samotnego naukowca z rozczochranymi włosami, który w pojedynkę zmaga się z wielkimi pytaniami, jeszcze bardziej niż kiedykolwiek wcześniej rozmija się rzeczywistością. Obecna epoka wielkiej nauki, wiążącej się z przetwarzaniem olbrzymich ilości danych, może doprowadzić do jeszcze szybszego dokonywania odkryć i częstszego podważania powszechnie przyjętych wyjaśnień, zmieniając jednocześnie samą naturę pytań stawianych przez naukowców.

Żyjemy w okresie kluczowym dla zrozumienia działania nauki. Jestem przekonana, że lepsza wiedza na temat tego, jak uczeni prowadzą badania i jak radzą sobie z niepewnością, pozwoli na głębsze zrozumienie natury samej nauki. Badania pokazują, że znaczna część społeczeństwa nie posiada wiedzy i umiejętności potrzebnych do wyrobienia sobie przemyślanej opinii na temat odkryć naukowych, co wynika z tego, że eksperci naukowi są traktowani z coraz większą podejrzliwością. Przekonania społeczeństwa kształtują się w wyniku złożonych procesów związanych z tożsamością polityczną, a nie na drodze logicznego myślenia. Psychologia odgrywa ważną rolę w akceptacji zmian. Nasz stosunek do zmian jest silnie powiązany z poczuciem własnej tożsamości. W szybko zmieniającym się świecie, w którym szalone tempo życia przyspiesza coraz bardziej za sprawą postępów w nauce i technice, mamy naturalną skłonność do tęsknoty za poczuciem stabilności, do wiary, że taka stabilność nadaje sens naszemu życiu. W wielu prowadzonych ostatnio dyskusjach społecznych odrzuca się ustalenia naukowe, nazywając je „jedynie teorią”, jak gdyby to była jakaś wada. Piękno nauki polega jednak na tym, że choć prawdą jest, iż teoria ma zawsze charakter prowizoryczny, to jednak jest ona źródłem najlepszych dowodów i wyjaśnień, jakie są w danym momencie dostępne. Choć nauka może się zmieniać, to jednak opiera się na powtarzalnych wynikach i z racji tego wyjaśnienie naukowe zawsze będzie lepsze od każdej innej próby wytłumaczenia rozważanych kwestii.

Zrozumienie siły i prowizorycznej natury myślenia naukowego jest największym wyzwaniem naszych czasów i na kolejnych kartach tej książki postaram się pokazać złożoną, nierzadko przypadkową naturę astronomii z punktu widzenia kosmologa. Dzięki tym opowieściom zrozumiemy, że nawet wybitni uczeni mieli niejednokrotnie opory przed przyjęciem zupełnie nowych idei, i dowiemy się, co sprawiło, że w końcu je zaakceptowali. Mam nadzieję, że książka ta pomoże wam w zrozumieniu (lub utwierdzi was w przekonaniu), że choć nauka, jako przejaw działalności człowieka, nie jest całkowicie obiektywna, to jednak i tak stanowi źródło najlepszych metod pozwalających rzetelnie ocenić zebrane dowody i zrozumieć otaczający nas świat. Mimo że jest podatna na zmiany i wciąż jeszcze niedokończona, ma wbudowane samokorygujące mechanizmy. Jest najlepszą dostępną metodą ułatwiającą poruszanie się w tym wspaniałym, otaczającym nas Wszechświecie. Od stuleci nauka pomaga nam w sporządzaniu mapy naszego związku ze światem przyrody. I jak każda dobra mapa, wskazuje również drogę, którą powinniśmy dalej podążać.

Rozdział 1

Pierwsze mapy kosmosu

Na początku ludzie wykorzystywali do obserwacji kosmosu jedyny przyrząd, jakim dysponowali – własne oczy. Tworzone przez nich wyjaśnienia opierały się na mitach, a nie nauce. Uważali, że źródłem niewidzialnych, tajemniczych, nadprzyrodzonych sił rządzących zachowaniem planet i gwiazd były działania bogów. Gdy starożytni spoglądali w niebo, starali się w nim dostrzec coś użytecznego i przewidywalnego. I podobnie jak my obecnie, również oni dokumentowali tworzone przez siebie kosmologie. Sporządzali mapy.

Jeden z najwcześniejszych zachowanych obrazów nieba został wyryty na brązowo-złotej tabliczce między 2000 a 1600 rokiem p.n.e. przez przedstawicieli kultury unietyckiej, która rozkwitała w epoce brązu. Na tabliczce, odkrytej na terenie kraju związkowego Saksonia-Anhalt we wschodnich Niemczech, widnieją wyobrażenia Słońca lub Księżyca w pełni, sierpa Księżyca i gwiazd. Współczesny człowiek dostrzeże tam wizerunek Plejad – wydaje się to prawdopodobne, ponieważ jest to bardzo charakterystyczna gromada gwiazd, wyraźnie widoczna na nocnym niebie nawet nieuzbrojonym okiem. Ten metalowy krążek mógł być swego rodzaju notatnikiem obserwacyjnym, w którym w różnych odstępach czasu dopisywano nowe informacje. Jednym z takich dopisków są dwa złote łuki po bokach, które zdają się oznaczać miejsca zachodu Słońca w czasie przesilenia letniego i zimowego, czyli pokazywać jego położenie najdłuższego i najkrótszego dnia roku. Kolejnym późniejszym dodatkiem jest łuk na dole krążka, z którego wychodzą liczne krótkie promienie – znak ten bywa tłumaczony rozmaicie: jako Droga Mleczna, tęcza lub wielowiosłowa łódź Słońca, czyli mitologiczny środek transportu naszej macierzystej gwiazdy. Niewiele nam wiadomo na temat tego, do czego służył ten przedmiot. Możemy się jednak domyślać, że osoby, które się nim posługiwały, w jakiś sposób łączyły to, co dzieje się na Ziemi, z tym, co obserwowały na niebie.

Dysk z Nebry (2000–1600 r. p.n.e.), odkryty w 1999 roku w Saksonii-Anhalt w Niemczech, jest wytworem kultury unietyckiej z epoki brązu. Ilustrację zamieszczono dzięki uprzejmości Juraja Liptáka i Urzędu ds. Ochrony Zabytków i Archeologii Saksonii-Anhalt.

Wiemy również, że Babilończycy, którzy spoglądali w nocne niebo około dziewięciuset lat później, z dużym znawstwem gromadzili dane astronomiczne. W XIX stuleciu brytyjski archeolog Austen Henry Layard kierował ekspedycją, której celem było odkrycie wielkich biblijnych miast Mezopotamii. W trakcie wykopalisk znaleziono i wydobyto bogate zbiory starannie skatalogowanych danych astronomicznych zapisanych w formie tabel. Część odkrytych tabliczek zawierała kopie jeszcze starszych obserwacji gromadzonych i archiwizowanych przez ludy Mezopotamii. Wśród tysięcy tabliczek pokrytych pismem klinowym, wykopanych przez Layarda i jego zespół na terenie dzisiejszego Iraku, znaleziono dokument zawierający wyniki obserwacji Wenus[1].

Archeolodzy uważają, że Tabliczka Wenus powstała za panowania króla Ammisaduki i jest to zaledwie jeden z kilku tysięcy dokumentów pokazujących, jak bardzo Babilończycy interesowali się gromadzeniem danych astronomicznych. Dzięki odczytaniu pisma klinowego wiemy, że Babilończycy odróżniali migoczące gwiazdy od planet widocznych jako punkty świecące światłem ciągłym. Wiedzieli, że istnieje pięć takich wędrujących punktów, poruszających się niezależnie od gwiazd. Słowo planeta odzwierciedla właśnie ów najwcześniejszy opis, ponieważ pochodzi od greckiego określenia planés – „wędrowiec”. Babilończycy zauważyli, że jeden z tych punktów każdej nocy przemieszcza się względem gwiazd z zachodu na wschód. Najdziwniejsze jednak było to, że obiekt ten mniej więcej co dwa lata całkowicie zmienia kierunek ruchu na jakieś dziewięćdziesiąt dni, a potem powraca do właściwego sobie ruchu w kierunku wschodnim. Babilończycy zapisali obserwacje tego ciała niebieskiego i jego dziwne zachowanie. Obecnie wiemy, że ten pozorny ruch Marsa wynika ze złożenia ruchu Ziemi i samego Marsa – gdy Ziemia i Mars podążają po swoich trajektoriach wokół Słońca, Mars wydaje się czasami poruszać po niebie w kierunku przeciwnym niż zwykle. Babilończycy chcieli się w tym doszukać porządku i przeprowadzili szczegółowe obserwacje tego niezwykłego ruchu Czerwonej Planety, włącznie z dziwną fazą ruchu wstecz. Komety, które mogą się pojawić na niebie w dowolnym miejscu i są widoczne tylko przez krótki czas, a potem znikają w ciemności, były uważane za zwiastun nieszczęść, złą wróżbę zapowiadającą jakąś katastrofę. Z analizy szczegółowych zapisów obserwacji ciał niebieskich jasno wynika, że wiele starożytnych cywilizacji zwróciło uwagę na regularność ruchu ciał na niebie i próbowało przewidywać ich przyszłe położenie. Sukcesy odnoszone w ustalaniu pozycji tych obiektów pozwalały im zapewne pogodzić się z otaczającą ich naturą. Tworzone przez starożytnych mapy łączyły zjawiska niebieskie z tym, co dzieje się na Ziemi[2].

Tabliczka Wenus (VII w. p.n.e.), uważana za fragment dłuższego babilońskiego tekstu poświęconego astrologii, zatytułowanego Enuma Anu Enlil, łączącego zjawiska niebieskie z wróżbami (© Zarząd British Museum)

Obecnie wyniki obserwacji służą nam do udowadniania lub obalania teorii i modeli astronomicznych, ale w starożytności ludzie uważali, że niebo łączy z wydarzeniami dnia codziennego o wiele ściślejszy związek. Opisywanie bieżących zdarzeń na niebie służyło starożytnym badaczom do przewidywania układu ciał niebieskich w przyszłości, ale nie próbowali oni wyjaśniać obserwowanych prawidłowości ani doszukiwać się ich przyczyn. Ich celem było opisanie ruchu ciał niebieskich w sposób pozwalający jak najdokładniej przewidywać w przyszłości ich położenie. Takie są korzenie astronomii – wszystko zaczęło się od obserwacji. Przyglądanie się ruchowi obiektów na niebie i zapisywanie wyników obserwacji przekształciło się ostatecznie w naukę, mimo iż początkowo wyjaśnienia obserwowanych ruchów nie miały z nią nic wspólnego. Dawna tradycja, skupiająca się na zapisywaniu wyników obserwacji nocnego nieba, miała kluczowe znaczenie. Dzięki niej w społeczeństwie wykształcił się instynkt łączenia naszego miejsca na planecie z jej położeniem w kosmosie.

Mimo że Babilończycy nie potrafili wyjaśnić naukowo ruchu wędrujących ciał niebieskich, wyniki ich obserwacji były wykorzystywane w życiu codziennym i religii. Prawidłowości obserwowane na niebie miały na przykład ogromne znaczenie dla cyklu uprawy roślin na Ziemi. Weźmy choćby następującą obserwację zapisaną na Tabliczce Wenus: „Piętnastego dnia miesiąca Wenus zniknęła z nieba i nie pojawiła się na nim przez trzy dni. Później, osiemnastego dnia jedenastego miesiąca, pokazała się ponownie na wschodzie. Wybiły nowe źródła, bóg Adad zesłał deszcz, a bóg Ea – powodzie”[3]. Ruch wsteczny Wenus zwiastował na Ziemi ulewy. W mitologii hinduskiej Indra, najwyższy bóg, władca burz, bywa nazywany Gromowładnym, Panem Burz i Szafarzem Deszczu. Bierze udział w odwiecznej walce z demonami świata umarłych i walczy ze złem w imieniu sił dobra. Jest demiurgiem – figurą rzemieślnika lub robotnika, który według wierzeń kształtował i utrzymywał fizyczny Wszechświat, a więc bóstwem odpowiedzialnym wyłącznie za świat materialny, a nie stwórcą – który podtrzymuje niebo i uwalnia świt i z tego względu należy nieustannie zabiegać o jego przychylność, by nic nie zaburzyło regularności nocy i dnia.

Jak powiedzieliśmy, gromadzone dane nie służyły do wyjaśniania fizycznych przyczyn obserwowanych zjawisk i wobec braku zaawansowanej techniki i teorii starożytni wymyślili astrologię. Na przykład zgodnie ze starą indyjską tradycją astrologiczną nocne niebo dzieli się na obszary znaków zodiaku, a zagmatwane mitologiczne opowieści wyjaśniają ich kształt. Każda planeta ma swojego władcę i związany z nim charakter. Uważano na przykład, że Mars jest wojowniczy i osoby będące pod jego wpływem (czyli mające tę planetę w horoskopie) są agresywne, kłótliwe, uwielbiają broń i przejawiają uzdolnienia techniczne.

Przyjęcie obrazu świata zakotwiczonego w logice, danych i dowodach nastąpiło dopiero za sprawą starożytnych Greków. W chwili gdy pojawili się oni na scenie historii, powszechnie uważano, że świat spoczywa na grzbiecie żółwia, który opiera się na kolejnym żółwiu, a ten na kolejnym i tak dalej, żółw na żółwiu, bez końca. Taki obraz (czasami z niewielkimi modyfikacjami) obowiązywał praktycznie wszędzie aż do VI wieku p.n.e. Jednak w porównaniu z rozwiniętymi miastami i królestwami starożytności, takimi jak Jerozolima i Babilon, w rodzącym się świecie kultury greckiej było coś przełomowego, nowatorskiego i dynamicznego. W przeciwieństwie do dawnych królestw tworzyło go kilka niezależnych politycznie, autonomicznych miast-państw. Świat grecki był więc podzielony, otwarty na pytania i dyskusję, co sprawiło, że rodząca się kultura utworzyła własny panteon bóstw rządzących niebem. Bogowie zostali ukształtowani na nowo w taki sposób, że część władzy i siły sprawczej została przeniesiona z bóstw na ludzi. Ba, nowi bogowie przejawiali nawet ludzkie ułomności, co jeszcze bardziej zmniejszyło przepaść między boskim majestatem a ludzką niedoskonałością.

Tak właśnie wyglądała sytuacja, gdy w 610 roku p.n.e. w Milecie na wybrzeżu Jonii, na terenie dzisiejszej Turcji, urodził się Anaksymander. Uważa się, że wyobrażał sobie Ziemię jako walec zawieszony w przestrzeni, otoczony ze wszystkich stron przez niebo, bez opierania się na jakimkolwiek stworzeniu. Uznaje się, że był pierwszym człowiekiem, który doszedł do wniosku, że Ziemia unosi się swobodnie w przestrzeni. To była głęboka zmiana obrazu świata, ale takie śmiałe wnioski pojawiają się we wszystkich jego rozważaniach o kosmosie.

Była to niewątpliwie rewolucyjna myśl, ale w dorobku Anaksymandra największe znaczenie dla późniejszych pokoleń miało wcale nie to, co sądził o związku między Ziemią i niebem, ale to, jak przebiegał proces myślowy, który doprowadził go do tych idei. Wprawdzie uważa się, że mitologiczne wyjaśnienia pierwszy odrzucił jego nauczyciel Tales, ale to właśnie Anaksymandrowi przypisuje się zapoczątkowanie procesu analizowania naszego świata na nowo, cechującego się poszukiwaniem wiedzy przez kwestionowanie i podawanie w wątpliwość wszystkiego, co wydaje się ustalone i pewne. Tego rodzaju ciekawość jest podstawowym i najważniejszym elementem każdej odmiany krytycznego myślenia, ale szczególnie jest to widoczne w obecnym podejściu do nauki. Podjęta przez Anaksymandra próba poznania przyrody i wyjaśnienia pochodzenia ludzi i świata w jednym, wszechobejmującym opisie była najśmielszym i jednym z najwcześniejszych, jeśli w ogóle nie pierwszym, tego typu przedsięwzięciem. Jeśli istnieje w historii jakiś moment, który moglibyśmy uznać za punkt zwrotny, to była nim właśnie ta chwila, gdy Tales i Anaksymander, obaj przebywający wówczas w Milecie, formułowali całkowicie nowy obraz świata. Anaksymander nie ograniczył się do przyjęcia zastanego stanu – aktywnie poszukiwał wiedzy i miał świadomość tego, że ona bezustannie ewoluuje. Jego pojmowanie świata nie było ani absolutne, ani statyczne. Wymagało pytania, badania i ciągłego formułowania wiedzy na nowo[4].

Jedną z podstaw krytycznego myślenia, na której zasadza się cała astronomia, jest zadawanie pytań wynikające z ciekawości świata. Kolejną jest niepohamowana potrzeba zdobywania wiedzy i przedstawiania tego, co wiemy, za pomocą map. Trudno wprost przecenić znaczenie dosłownego i użytecznego związku łączącego niebo z ziemią, który rozwinął się dzięki geodezji, czyli nauce zajmującej się ustalaniem położenia punktów na powierzchni Ziemi. Jednym z narzędzi, które okazały się kluczowe dla rozwoju tej nauki, był kompas magnetyczny, wynaleziony przez Chińczyków około 200 roku p.n.e. Wskazówki magnesów, wykonane z naturalnie namagnesowanego magnetytu, ustawiają się zgodnie z kierunkiem linii pola magnetycznego Ziemi. Początkowo jednak magnetyt wykorzystywano jedynie do celów takich jak feng shui, czyli do uzyskania harmonii z otoczeniem. Dopiero około 1040 roku n.e. Chińczycy zaczęli wykorzystywać kompasy do przemieszczania się po powierzchni Ziemi i w celach wojskowych, a potem musiało upłynąć jeszcze kolejne sto lat, zanim przyrządy te zaczęto powszechnie stosować w nawigacji morskiej. Historycy wciąż spierają się o to, jak wiedza o magnetyzmie przedostała się z Chin na Zachód, ale mamy wiele dowodów na to, że to właśnie Chińczycy wynaleźli kompas. Reszta świata musiała więc jeszcze poczekać na możliwość korzystania z tych przyrządów, ale postęp w tworzeniu map wymagał czegoś więcej niż tylko umiejętności wytyczania szlaków na powierzchni Ziemi – konieczne było też sporządzenie mapy nieba. Już starożytni przemierzali morza, kierując się gwiazdami świecącymi na nocnym niebie, a Słońce pozwoliło im określić rozmiar Ziemi[5].

Jednym z pierwszych przełomowych osiągnięć w dziedzinie kartografii było oszacowanie obwodu Ziemi, dokonane w 240 roku p.n.e. przez greckiego astronoma Erastotenesa, który zauważył, że w południe najdłuższego dnia w roku (czyli w dniu przesilenia letniego) przedmioty w mieście Syene (dzisiejszy Asuan) w ogóle nie rzucają cienia. Wiedział, że tego samego dnia w jego rodzinnej Aleksandrii, położonej nad Nilem w północnym Egipcie, Słońce nie znajduje się pionowo nad głową, oszacował więc różnicę w jego położeniu, obliczając kąt utworzony przez cień wysokiej wieży w Aleksandrii. Wykorzystując geometrię i wiedzę na temat odległości między obydwoma miastami, wyznaczył obwód Ziemi, który odbiegał zaledwie o około 16 procent od współcześnie przyjmowanej wartości wynoszącej około 40 tysięcy kilometrów.

Matematyka wprowadziła do rozważań o kosmosie zupełnie nowe podejście, które pozwoliło filozofom przejść od mitów do logicznego myślenia oraz fizycznego i geometrycznego pojęcia ruchu, dzięki czemu mogli opisywać związane z tym prawidłowości. Hipparch z Nikei (190–120 p.n.e.) jest uważany za jednego z największych starożytnych astronomów. Wielu przypisuje mu wynalezienie trygonometrii i przedstawienie pierwszych wiarygodnych modeli ruchu Słońca i Księżyca. Hipparch prawdopodobnie miał dostęp do babilońskich wyników obserwacji zaćmień Słońca i położenia planet. Wykorzystując osiągnięcia Babilończyków i ludów Mezopotamii, przygotował nowy katalog gwiazd i opracował pierwszy, jak się uważa, ilościowy, geometryczny i matematyczny opis danych astronomicznych. W II wieku n.e. grecko-egipski astronom, matematyk, kartograf i astrolog Klaudiusz Ptolemeusz zrobił kolejny ważny krok na drodze do zrozumienia ruchu ciał niebieskich. Bazując na danych Hipparcha sprzed trzystu lat, przygotował zestawienie wszystkich tablic astronomicznych i modeli geometrycznych starożytnych Greków i nadał im formę obszernego traktatu, który obecnie znamy jako Almagest. Nie ograniczył się jednak wyłącznie do przepisania starych danych w nowej formie. Skonstruował nowy model nieba, który zgadzał się ze wszystkimi danymi dostępnymi w jego czasach[6].

Model fizyczny Ptolemeusza składał się z ciągu sfer zagnieżdżonych jedna w drugiej, a sporządzone przez niego obszerne tabele umożliwiały wyznaczenie położenia planet w przyszłości. Aby uzyskać jak najlepsze oszacowanie okresu ruchu planet, w odniesieniu do każdej z nich obliczenia oparł na czterech odległych w czasie obserwacjach. Najstarsze wykorzystane przez niego wyniki obserwacji pochodziły z 700 roku p.n.e. i najprawdopodobniej znalazł je w przygotowanym przez Hipparcha zestawieniu danych zebranych przez Babilończyków. W tamtych czasach ludzie wciąż interesowali się przyszłym położeniem planet głównie po to, by przewidywać zdarzenia na Ziemi, dlatego nie ma nic dziwnego w tym, że Ptolemeusz sporządził również mapę Ziemi. W Almageście zapisał położenia planet na niebie, a także fazy Księżyca, natomiast w swoim drugim dziele, zatytułowanym Geografia, zaznaczył na mapach położenia miast i charakterystycznych miejsc na powierzchni Ziemi. W zamyśle Ptolemeusza obie księgi stanowią nierozłączną parę – w pierwszej uporządkował królestwo niebios, zamykając je w układzie sfer, a w drugiej opisał położenia wszystkich znanych miejsc na Ziemi, zaznaczając je na stworzonej przez siebie siatce. Ponieważ planety i Słońce przemieszają się po ekliptyce, Ptolemeusz sporządził katalog gwiazd oparty na  układzie ekliptycznym – siatce z Ziemią w środku, oglądaną z zewnątrz sfery niebieskiej. Od tej chwili przyjęło się, że zarówno obiekty na powierzchni Ziemi, jak i na niebie rzutuje się na układ współrzędnych rozpięty na sferze. Szkicując mapę nieba, Ptolemeusz przyjął układ odniesienia bazujący na stałej ekliptyce, natomiast na mapach powierzchni Ziemi szerokość geograficzną mierzył względem równika. Przydatność Almagestu do przewidywania położenia ciał niebieskich sprawiła, że przez całe średniowiecze dzieło Ptolemeusza było uważane za ostatnie słowo w kwestiach związanych z kosmosem.

Kopia mapy świata Ptolemeusza wykonana w 1478 roku. Ptolemeusz wiedział, że Ziemia jest kulą, i przyjął rzutowanie, w którym szerokość geograficzną mierzy się względem równika – taka konwencja jest stosowana do dziś. Przedruk dzięki uprzejmości Biblioteki Kongresu Stanów Zjednoczonych.

Grecy opracowali również matematyczną teorię mierzenia łuków, fragmentów okręgu i kątów wyznaczanych przez promienie łączące środek okręgu z jego brzegiem. Matematyka rozwinęła się jednak nie tylko dzięki dokonaniom starożytnych Greków. Duży wkład w poszerzenie matematyki helleńskiej wnieśli mieszkańcy Indii, a w szczególności działający w V wieku n.e. matematyk Arjabhata, który, jak się uważa, opisał funkcje trygonometryczne za pomocą nieskończonych szeregów, dzięki czemu mógł przygotować obszerne tablice wartości sinusów i cosinusów. Odwzorowanie nieba na sferze niebieskiej i Ziemi na globusie wymaga rozszerzenia dwuwymiarowej geometrii euklidesowej na powierzchnie zakrzywione. Arabowie i Hindusi opracowali trygonometrię sferyczną w okresie od VII do XI wieku. Rozszerzenie geometrii umożliwiające opisywanie związków między bokami i kątami trójkątów na powierzchni sfery miało kluczowe znaczenie dla astronomii, ponieważ dzięki temu możliwe stało się odwzorowywanie położenia gwiazd na sferze. Również w geodezji miało to ogromne znaczenie, ponieważ w tamtych czasach ludzie zaczęli się przemieszczać na bardzo duże odległości i zrozumienie wpływu krzywizny Ziemi na długość wyznaczanych szlaków było bardzo ważne.

Dzięki morskim szlakom handlowym perscy i arabscy matematycy śledzili na bieżąco dokonania indyjskich uczonych, które tłumaczyli i rozpowszechniali w całym średniowiecznym świecie islamu. Matematyk al-Dżajjani z al-Andalus napisał dzieło zatytułowane Księga niewiadomych związanych z łukami na sferze, które obecnie uważa się za pierwszy obszerny traktat poświęcony trygonometrii sferycznej. Dzięki znajomości twierdzenia Ptolemeusza – pozwalającego wyrazić różnicę długości geograficznej między dwoma miejscami na Ziemi przez różnicę ich szerokości geograficznych i odległość między nimi na kole wielkim – działający w XI wieku matematyk Rajhan al-Biruni mógł wykorzystać wiedzę o trasach pokonywanych przez karawany do ustalenia różnicy w długości geograficznej między Bagdadem a innymi miastami[7].

Astronomia wymaga połączenia obserwacji z formalizmem teoretycznym i matematycznym, a także przeprowadzenia logicznej analizy przyczynowej. Choć Ptolemeusz potrafił odwzorować ruch planet i umieścić na mapie najjaśniejsze gwiazdy obserwowane przez Babilończyków, to jednak nie interesowało go wyjaśnienie obserwowanych zjawisk – nie szukał przyczyny ruchu planet.

W tym wypadku kluczowe znaczenie miał dokonujący się powoli rozwój techniki. Kompas, wynaleziony w 200 roku p.n.e., pojawił się w świecie zachodnim jakieś tysiąc czterysta lat później. W książce De naturis rerum (O naturze rzeczy) Alexander Neckam wspomina o kompasie magnetycznym i jego wykorzystaniu w nawigacji. Wzmianka ta jest o niemal czterdzieści lat wcześniejsza od podobnej informacji w perskim zbiorze opowieści, zatytułowanym Księga skarbów kupieckich, napisanym w 1232 roku w Kairze przez Bajlaka al-Kibdżakiego[8].

Te konkretne postępy w matematyce i konstrukcji przyrządów kartograficznych doprowadziły ostatecznie do powstania zupełnie nowego rodzaju mapy, a mianowicie mapy rysowanej z zachowaniem skali. Na mapach tworzonych w średniowieczu, nazywanych portolanami, łączono kierunki wyznaczane przez kompas z oszacowaniami odległości podawanymi przez żeglarzy. Ich pojawienie się zapoczątkowało tak zwaną epokę odkryć geograficznych, która zbiegła się w czasie z początkiem „epoki dokładności w astronomii”. Europejczyków przemierzających wszystkie morza świata ogarnęła żądza władzy i łupów, a to przyczyniło się do rozwoju nauki i ulepszenia konstrukcji przyrządów. Jak sugeruje ich nazwa wywodząca się z łacińskiego słowa oznaczającego „port”, portolany zawierały głównie szczegółowe odwzorowanie linii brzegowych i szlaków morskich – narysowane na mapach linie łączące znane miasta na wybrzeżu umożliwiały obliczenie odległości, a także czasu podróży. Najstarszym portolanem, jaki zachował się do naszych czasów, jest Carta Pisana datowana na 1296 rok.

Portolany były owocem dążenia do uzyskania jak największej naukowej dokładności dzięki wykorzystaniu gwiazd do sporządzania map powierzchni Ziemi, natomiast mapy nieba w tym okresie stały się nie tylko bardziej dokładne, ale ponadto zaczęły coraz wyraźniej i coraz bardziej przekonująco odzwierciedlać zmianę podejścia do wyjaśniania zjawisk kosmicznych. Zmiana stosowanych metod, jak i samych wyjaśnień, będąca świadectwem ważnego przeobrażenia pojęciowego, nigdzie nie jest tak wyraźnie widoczna jak na mapach nieba. Weźmy na przykład mapę kosmosu z książki Le breviari d’amor (Brewiarz miłości), będącej iluminowanym manuskryptem, napisanym w latach 1288–1292, którego autorstwo przypisuje się mnichowi Matfre Ermengau z Béziers[9].

Carta Pisana (1296) jest najstarszą mapą morską, jaka zachowała się do naszych czasów. Obejmuje obszar od dzisiejszej Holandii do Maroka. Pokazano na niej szczegółowo kształt linii brzegowej, a miasta portowe zostały zaznaczone z zachowaniem skali. Ilustrację zamieszczono dzięki uprzejmości Francuskiej Biblioteki Narodowej.

Ilustracja ta wykorzystuje arystotelesowski i ptolemejski obraz świata. Obszar nieruchomych, niezmiennych i doskonałych gwiazd jest wyraźnie oddzielony od krawędzi zewnętrznej. Wszelkie niedoskonałości występują wyłącznie w sferze ziemskiej, w której umieszczono cztery zmienne żywioły – ogień, wodę, ziemię i powietrze – cała reszta jest natomiast czysta i doskonała. Zwróćmy uwagę, że na tej ilustracji połączono czynnik boski z próbą mechanistycznego wyjaśnienia świata: ruch dzienny Słońca i Księżyca jest efektem pracy aniołów, które wprawiają Ziemię w ruch obrotowy. Mamy tu zatem doskonale uporządkowany kosmos ptolemejski, napędzany jednak wysiłkiem aniołów, które kręcą korbą – to wyobrażenie ma bez wątpienia charakter metaforyczny. Mapa ta jest świadectwem trwałości mitów, czy też pierwiastków duchowych, które współistnieją z obrazem o naturze matematycznej. Aniołowie wypełniają tu pustkę w wyjaśnieniach, którą dopiero później zapełni newtonowskie prawo powszechnego ciążenia. Przy okazji warto zauważyć, że Newton postrzegał grawitację nie jako własność materii, ale jako przejaw pierwiastka boskiego. Wierzył, że to siły duchowe są czynnikiem wprawiającym planety w ruch.

W miarę przyrostu wiedzy na temat kosmosu nasze wyobrażenia o nim stawały się coraz bardziej złożone. Zmiany obrazu kosmosu znalazły również swoje odzwierciedlenie w kartografii. Jedne z najpiękniejszych ilustracji pokazujących średniowieczny kosmos można znaleźć w Atlasie katalońskim powstałym około 1375 roku. Jest to jedno z najważniejszych dzieł średniowiecznych zawierających wyobrażenia Ziemi i nieba. Uważa się, że autorem atlasu był żydowski astronom i kartograf Abraham Cresques. Pokazano w nim Ziemię otoczoną pierścieniami przedstawiającymi cztery podstawowe żywioły i siedmioma sferami zawierającymi orbity znanych wówczas planet. Za nimi znajdują się Księżyc, Słońce i nieruchome gwiazdy. Mapa ta sygnalizuje przejście od epoki aniołów do epoki przyrządów naukowych. Anioły nie są już potrzebne do zasilania kosmosu, a zamiast tego możemy zauważyć coraz większe znaczenie przyrządów naukowych – szczególną uwagę zwraca astrolabium w ręku postaci przypominającej mędrca, którą umieszczono na honorowym miejscu w samym środku mapy.

Iluminowana mapa z Le breviari d’amor (Brewiarza miłości; 1288–1292) mnicha Matfre Ermengau z Béziers. Ilustracja przedstawia arystotelesowsko-ptolemejski kosmos, w którym wszystko, co znajduje się we wnętrzu sfery Księżyca, jest zmienne i nietrwałe, natomiast zjawiska niebieskie umieszczone poza orbitą Księżyca są czyste, niezmienne i doskonałe. Nieśmiertelne anioły kręcą korbą, która wprawia w nieprzerwany ruch obrotowy sferę podksiężycową. (© Zarząd British Library)

Choć uważa się, że astrolabium – przyrząd do pomiaru położenia ciał niebieskich – zostało wymyślone przez starożytnych Greków i jego wynalezienie przypisuje się często Ptolemeuszowi, to jednak uległo ono znacznemu ulepszeniu za sprawą średniowiecznych arabskich uczonych, którzy, wykorzystując znajomość trygonometrii, umieścili na nim skalę kątową. Astrolabium służyło do pomiaru położenia Słońca, Księżyca i gwiazd, a także do wyznaczania czasu lokalnego – w tym ostatnim celu stosowano tabele zawierające szerokości geograficzne wielu ważnych miast świata, dołączane do przyrządu w postaci wymiennych płyt. W świecie islamu astrolabium sferyczne wykorzystywano także do określania kierunku, w jakim znajduje się Mekka, i do wyznaczania pory codziennych modlitw wiernych. Na Zachodzie pierwsze metalowe astrolabium wykonano w Hiszpanii w X wieku, nic więc dziwnego, że przyrząd ten pojawia się w Atlasie katalońskim. Na mapie Cresquesa czas jest teraz wielkością matematyczną, którą można mierzyć aż do nieskończoności. Potęga matematycznych obliczeń wysuwa się na pierwszy plan. We wcześniejszych wyobrażeniach kosmosu na ilustracjach zawsze pojawiali się brodaci mędrcy sprawujący kontrolę nad światem, będący uosobieniem bogów. U progu renesansu aniołowie i cherubini znikają z obrazów, a ich miejsce zajmują alegoryczne postacie ludzi, wyobrażające cztery pory roku.

Iluminowana mapa kosmosu Abrahama Cresquesa z Atlasu katalońskiego (1375). Ta średniowieczna ilustracja przedstawia naszą planetę otoczoną pierścieniami oznaczającymi cztery żywioły – ziemię, powietrze, wodę i ogień – za którymi znajduje się siedem sfer zawierających orbity planet, a dalej umieszczono Księżyc, Słońce, sferę nieruchomych gwiazd i znaki zodiaku. Cresques zastąpił Boga postacią mędrca trzymającego astrolabium, co zapewne odzwierciedla jego osobiste poglądy na kosmos. Ilustrację zamieszczono dzięki uprzejmości Francuskiej Biblioteki Narodowej.

Renesansowy astronom Mikołaj Kopernik uczynił odważny kolejny krok w 1514 roku, pisząc około dwudziestostronicowe dzieło, które w pewnym sensie było zapowiedzią przyszłego przewrotu. W dziele tym, zatytułowanym później Commentariolus (Mały komentarz) i krążącym wyłącznie w gronie znajomych uczonego, Kopernik przedstawił zmiany, jakie jego zdaniem należało wprowadzić do obowiązującego wówczas ptolemejskiego obrazu kosmosu. Zaproponował inne uporządkowanie nieba i stworzenie nowego układu odniesienia, w którego środku miało się znajdować Słońce, a nie Ziemia.

Nie ma wątpliwości, że system kopernikański oznaczał zerwanie ze wszystkimi wcześniejszymi wyobrażeniami nieba. Wynikało z niego nie tylko to, że Ziemia krąży wokół Słońca, ale także to, że gwiazdy znajdują się bardzo daleko – taki wniosek jest nieuchronny, gdy uświadomimy sobie, że gwiazdy tkwią na niebie w jednym miejscu mimo ruchu Ziemi po zaproponowanej przez Kopernika orbicie (a więc nie występuje w tym wypadku efekt paralaksy). Granica niebios została przesunięta na dużo większą odległość. W obawie przed nieprzychylnym przyjęciem Kopernik początkowo zwlekał z opublikowaniem pełnego traktatu poświęconego tym zagadnieniom, zatytułowanego De revolutionibus orbium coelestium (O obrotach sfer niebieskich), i zdecydował się na to dopiero w 1543 roku. W końcu, zachęcony przez biskupa do wydania swojego dzieła, zadedykował je papieżowi. Traktat Kopernika trafił na listę ksiąg zakazanych dopiero ponad siedemdziesiąt lat później, w 1616 roku, a potem wydano jego nową wersję, „poprawioną” przez katolicką inkwizycję. Ogłoszono wówczas listę „poprawek” wymagających usunięcia kilku fragmentów (zmiany dotyczyły około dziesięciu miejsc), między innymi stwierdzenia przedstawiającego ruch Ziemi jako fakt, a nie hipotezę. Celem tych zmian było ukazanie heliocentryzmu jedynie jako wygodnego sposobu opisu ruchu planet – nowego układu odniesienia – a nie obrazu odzwierciedlającego rzeczywistość. Jak się jeszcze wielokrotnie przekonamy w kolejnych rozdziałach, w odniesieniu do wielu innych teorii konieczne było wykonanie podobnych uników, aby radykalne idee stały się łatwiej przyswajalne dla ogółu.

Model heliocentryczny Mikołaja Kopernika z dzieła De revolutionibus orbium coelestium (O obrotach sfer niebieskich, 1543). Uczony śmiało usunął Ziemię ze środka ptolemejskiego kosmosu, umieszczając w tym miejscu napis „Sol” – Słońce. Komentarze na diagramie, zapisane starannym pismem Kopernika, wyjaśniają jego model. Ilustrację zamieszczono dzięki uprzejmości Biblioteki Kongresu Stanów Zjednoczonych.

Wybitny historyk astronomii Owen Gingerich dotarł do praktycznie wszystkich istniejących egzemplarzy dzieła Kopernika i, zmieniając się w detektywa, próbował ustalić, kiedy wydano poszczególne książki. Ostatecznie doszedł do wniosku, że nakład pierwszego wydania musiał wynosić od czterystu do pięciuset egzemplarzy, a później, w 1566 roku, wydrukowano około pięciuset egzemplarzy wydania drugiego. Gingerich relacjonuje swoje poszukiwania istniejących egzemplarzy w pracy o ironicznym tytule Książka, której nikt nie przeczytał, zauważając w niej, że połowa egzemplarzy znajdujących się we Włoszech zawiera poprawki inkwizycji, natomiast w innych krajach Europy takie egzemplarze należą do rzadkości[10].

Choć na czele ataku na teorię heliocentryzmu stanął ostatecznie wpływowy kardynał Robert Bellarmin, to nie tylko katolicy byli zaniepokojeni zmianami w strukturze kosmosu. Prawdę mówiąc, również Marcin Luter był przeciwny teorii heliocentryzmu. Obowiązująca wówczas doktryna religijna utrzymywała oczywiście, że to Ziemia, a nie Słońce, stoi nieruchomo w środku kosmosu. Na domiar złego, mapa Kopernika, choć pozwalała wyjaśnić ogólny ruch większości wędrujących ciał niebieskich, to jednak nie przedstawiała lepszego niż obowiązujący model wytłumaczenia zmiennego ruchu Marsa lub Wenus. Ponadto osoby niechętne nowej teorii mogły stwierdzić, że brak zjawiska paralaksy – pozornego przesunięcia gwiazd wynikającego ze zmiany położenia Ziemi – wcale nie musi oznaczać, iż gwiazdy znajdują się bardzo daleko, ponieważ znacznie prościej jest przyjąć, że Ziemia w ogóle się nie porusza. Wprowadzona przez Kopernika zmiana porządku kosmosu zrodziła się w wyobraźni genialnego człowieka. W żadnym razie nie była oparta na danych. Winę za to ponosił częściowo ówczesny poziom rozwoju technicznego. Obserwacje były tak niedokładne, że mogły je wyjaśniać nawet bardzo ogólne teorie – w gruncie rzeczy od czasów Ptolemeusza nie dokonał się praktycznie żaden postęp w dokładności przeprowadzanych pomiarów[11]. Nowy obraz kosmosu wymagał potwierdzenia dokładniejszymi wynikami obserwacji. Nawiasem mówiąc, zgodnie z obowiązującym w tamtych czasach zwyczajem, Kopernika nazywano zamiennie astronomem i astrologiem – choć należy zaznaczyć, że nigdy nie stawiał horoskopów.

Wzrost wagi przykładanej do danych empirycznych miał przełomowe znaczenie dla historii nauki, a także dla historii idei w kosmologii, wyznaczył też nowy standard w epistemologii. Oznaczał zmianę w podejściu do gromadzenia wiedzy – od tej chwili miała się ona bardziej opierać na rzeczach materialnych, a mniej na ulotnych wrażeniach. Astronomia znalazła się w pierwszej linii natarcia tej empirystycznej rewolucji. Badacze zaczęli powtarzać obserwacje w różnych odcinkach czasu i doszukiwać się w ten sposób podstawowych prawidłowości. Takie podejście do badań przygotowało grunt pod wykształcenie się społeczności naukowej. Wynalezienie druku pozwoliło na szybkie rozpowszechnianie informacji. Słowo drukowane stało się nowym sposobem wymiany idei, który doprowadził do zainicjowania dialogu między naukowcami. Astronomowie pisali książki, które ukazywały się drukiem i trafiały do innych uczonych zajmujących się astronomią[12].

Drukowane mapy i inne wyobrażenia kosmosu z XVI i XVII wieku są doskonałym świadectwem pojęciowych sporów toczących się wówczas między zwolennikami rywalizujących ze sobą modeli nieba. Potrzeba było dopiero kogoś takiego, jak szesnastowieczny duński astronom Tycho Brahe, by uporządkować tę dziedzinę wiedzy. Brahe dysponował środkami pozwalającymi mu budować i nieustannie udoskonalać przyrządy astronomiczne, a ponadto miał obsesję na punkcie poprawiania dokładności obserwacji. Był bardzo dobrze zorganizowany i w jego opinii obserwacje miały podstawowe znaczenie. Realizował konkretne programy badawcze i sprawnie zbierał dane w okresach, gdy planety znajdowały się w interesujących konfiguracjach geometrycznych, na przykład gdy były w opozycji. Brahe gromadził duże ilości danych obserwacyjnych, dzięki którym mógł potwierdzać lub obalać starsze modele. Był ostatnim wielkim astronomem, który oglądał niebo gołym okiem. Przeprowadził szczegółowe obserwacje komet, które pozwoliły mu obalić popularny w tamtym okresie arystotelesowski obraz doskonałego, stałego i niezmiennego Wszechświata za orbitą Księżyca. Choć podważył wiarygodność tego starego paradygmatu, nie mógł się pogodzić z zaproponowaną przez Kopernika zamianą miejsc Ziemi i Słońca. Opracował alternatywny system, w którym wszystkie planety – z wyjątkiem Ziemi – krążyły po orbitach wokół Słońca, a ono z kolei krążyło wokół Ziemi, ciągnąc za sobą wszystkie planety. Wyobrażenie tego układu można znaleźć w dziele Harmonia macrocosmica (Harmonia kosmosu) Andreasa Cellariusa. Takie pośrednie modele są typowym unikiem stosowanym przez wybitne umysły, gdy nie potrafią się pogodzić z jakąś radykalną ideą. Bardzo często ostateczna zmiana poglądu wcale nie następuje pod wpływem jakiegoś pojedynczego wydarzenia lub konkretnego przypadku przeważającego szalę argumentacji na właściwą stronę, ale raczej w wyniku powolnego i stałego gromadzenia niepodważalnych dowodów, które prowadzą do zmiany przekonań.

Mapa zmodyfikowanego modelu geocentrycznego, zaproponowanego przez Tychona Brahego, z dzieła Harmonia macrocosmica Andreasa Cellariusa z 1708 roku. W tym modelu wszystkie planety poza Ziemią krążą wokół Słońca, natomiast ono samo krąży wokół Ziemi. Ilustrację zamieszczono dzięki uprzejmości Biblioteki im. Stephena S. Clarka, będącej częścią biblioteki Uniwersytetu Stanu Michigan.

Spór, jaki rozgorzał między zwolennikami modeli Kopernika i Brahego i związanych z nimi wizji kosmosu, znalazł swoje odzwierciedlenie w wielu dziełach różnych artystów. Również mapy dają świadectwo zmagań tych dwóch koncepcji, ponieważ były sposobem rozpowszechniania nowych idei, a także narzędziem intelektualnej perswazji.

Weźmy na przykład zmodyfikowaną wersję modelu Brahego, przedstawioną przez włoskiego astronoma i jezuitę Giovanniego Battistę Ricciolego w traktacie Almagestum novum (Nowy Almagest). Na frontyspisie jego dzieła umieszczono podobiznę Uranii, boskiej muzy astronomii. Urania na ilustracji dosłownie porównuje wagę modelu kopernikańskiego (po lewej) i modelu Brahego w wersji zmodyfikowanej przez Ricciolego (po prawej). Szala wagi w książce Ricciolego przechyla się (oczywiście) na korzyść jego własnej teorii, w której Merkury, Wenus i Mars krążą po orbicie wokół Słońca, ono zaś z kolei obiega Ziemię, podobnie jak Jowisz i Saturn – te dwie planety poruszają się bowiem nadal po dawnych, ptolemejskich orbitach geocentrycznych. Po lewej stoi wielooki Argus z teleskopem w ręku i wskazuje na bogactwo nowych ciał niebieskich, które stały się widoczne dzięki temu przyrządowi. Na ilustracji można również dostrzec przypominającą mędrca postać Ptolemeusza, który został tu zredukowany do roli widza, a jego geocentryczny model spoczywa porzucony na ziemi.

Frontyspis traktatu Almagestum novum (Nowy Almagest) Giovanniego Battisty Ricciolego z 1651 roku. Urania, muza astronomii, porównuje wagę teorii Kopernika i modelu Ricciolego, w którym Merkury, Wenus i Mars krążą po orbitach wokół Słońca, ono natomiast krąży wokół Ziemi, a Jowisz i Saturn pozostają na swoich ptolemejskich, geocentrycznych orbitach. Ilustrację zamieszczono dzięki uprzejmości Biblioteki Kongresu Stanów Zjednoczonych.

Oprócz kwestii związanych z samym modelem na werdykt Uranii wpływ miały również poglądy teologiczne i przynależność polityczna. Poza naukowym argumentem w postaci braku dowodów na występowanie zjawiska paralaksy antykopernikański model Brahego miał tę polityczną zaletę, że zgadzał się z katolickim dogmatem, w myśl którego Ziemia miała być nieruchoma. Wynikało to z dosłownego odczytania Biblii, nowego zwyczaju, który narodził się w odpowiedzi na wyzwania stawiane Kościołowi przez reformację. Pogląd Brahego podzielała duża liczba siedemnastowiecznych astronomów, którzy nie mogli się pogodzić z obrazem świata zaproponowanym przez Kopernika. Jednak wkrótce pojawił się przeciwnik godny Brahego, który w dodatku wywodził się z kręgu jego bliskich znajomych – okazał się nim jego kolega i współpracownik naukowy Johannes Kepler[13].

Również w tym sporze Czerwona Planeta odegrała ważną rolę, choć kluczowe znaczenie miały kształt ziemskiej orbity i jej położenie. Kepler wyjaśnił te ważne kwestie, wykorzystując obszerny zbiór danych z obserwacji Marsa wykonanych przez Brahego. Ponieważ Mars jest planetą położoną najbliżej Ziemi, niedokładności wynikające z nieznajomości położenia orbity naszej planety są najjaskrawiej widoczne właśnie podczas wyznaczania położenia Czerwonej Planety. W swoim dziele Mysterium cosmographicum (Tajemnica Kosmosu) z 1595 roku Kepler broni modelu heliocentrycznego, wysuwając hipotezę, że sfery planetarne rozpięte wokół Słońca mogłyby być wpisane w określoną kombinację brył platońskich. Zaproponowana przez niego struktura przypomina ciąg matrioszek umieszczonych jedna w drugiej. Tym samym zainicjował kolejną ważną, daleko idącą zmianę w badaniach kosmosu – rozpoczął poszukiwanie prawidłowości, odwiecznych prawd, które mogłyby opisywać i wyjaśniać ruch ciał niebieskich. Kepler chciał opracować fizykę nieba – próbował odkryć teorię fizyczną, która mogłaby wyjaśniać i opisywać przyczyny ruchu planet. Geometryczny, skomplikowany obraz świata, do jakiego doszedł, wydaje się sprzeczny z jego zamiłowaniem do czystej matematyki, ale ten sam rodzaj dedukcyjnego rozumowania, jakiego potrzebował do wyobrażenia sobie tego złożonego układu, naprowadził go na pomysł zdefiniowania trzech praw ruchu planet. Jedyną wadą jego koncepcji było to, że nie przedstawił pojęcia bezwładności i zamiast niego przyjął, że to ruch obrotowy Słońca wokół jego osi jest ciągłym, dynamicznym źródłem energii utrzymującej Układ Słoneczny w ruchu. Jego trzy prawa głoszą, że (1) orbity planet Układu Słonecznego są elipsami; (2) w wypadku każdej eliptycznej orbity planetarnej ze Słońcem w jednym z ognisk odcinek łączący planetę ze Słońcem zakreśla zawsze taki sam obszar w takim samym odcinku czasu; oraz (3) istnieje bezpośredni związek między okresem orbitalnym planety a rozmiarem jej eliptycznej orbity (mówiąc ściśle, kwadrat okresu jest proporcjonalny do sześcianu półosi wielkiej orbity). Dzięki temu otrzymaliśmy wyjaśnienie ruchu planet, jednak wciąż pozbawione przyczyn fizycznych, dlatego boski porządek nadal pozostawał nieodłączną częścią modelu.

Do tej chwili astronomowie niepoprawnie opisywali położenie Ziemi względem Słońca, a więc także ułożenie jej orbity. Mimośród orbity naszej planety różnił się od poprawnej wartości o czynnik dwa, nawet w modelu Kopernika. Dokładniejsze dane zebrane przez Brahego pozwoliły poprawić wyznaczony kształt orbity Ziemi, co miało kluczowe znaczenie dla badań Keplera, ponieważ dzięki temu odkrył, że planety poruszają się po elipsach.

Po ustaleniu właściwego położenia orbity Ziemi i sformułowaniu praw Keplera przyszła kolej na rozwiązanie zagadki Marsa. Okazało się mianowicie, że Ziemia i Wenus krążą wokół Słońca po orbitach, których kształt tylko nieznacznie, niemal niezauważalnie odbiega od doskonałego okręgu, zgodnego z ptolemejskim obrazem świata, orbita Marsa ma natomiast o wiele większy mimośród, nie można więc jej przybliżyć za pomocą okręgu.

Kepler analizował obszerny zbiór wyników obserwacji przeprowadzonych przez Brahego, próbując w nim znaleźć jakieś wyjaśnienie ruchu planet. W ten sposób sformułował swoje słynne trzy prawa.

Kepler był zdeklarowanym zwolennikiem teorii kopernikańskiej i nigdy nie brał pod uwagę modelu hybrydowego zaproponowanego przez Brahego. Ale nawet on nie potrafił wyjaśnić, dlaczego planety się poruszają, powtarzał jedynie koncepcję Ptolemeusza zakładającą, że sfery niebieskie obracają się za sprawą jakiegoś „pierwszego poruszyciela”. Jednak to właśnie on pierwszy zaczął szukać związku przyczynowego pojmowanego tak, jak się go rozumie we współczesnej nauce. Zależało mu na opracowaniu teorii fizycznej i próbował odkryć zasady fizyki nieba. Zastanawiał się, co może być czynnikiem odpowiedzialnym za ruch planet, i oprócz ruchu obrotowego Słońca brał pod uwagę również magnetyzm. W rozważaniach klasycznych, nawet w modelu Kopernika, nigdy nie próbowano szukać fizycznych przyczyn sprawiających, że planety poruszają się w taki, a nie inny sposób. Mimo że Kepler był pierwszym uczonym, który zastanawiał się nad tym problemem, to jednak nie udało mu się go rozwiązać, ponieważ nie rozumiał, jak ważną rolę odgrywa w nim bezwładność. Kwestia poszukiwania przyczyny ruchu była wówczas postrzegana raczej jako problem filozoficzny, a nie astronomiczny. Oczywiście, astronomia była częścią filozofii przyrody. Pod wieloma względami okazała się jednak dyscypliną naukową, która przyczyniła się do rozłamu filozofii przyrody i wykształcenia się współczesnej nauki.

Poszukiwanie genezy nowych idei jest dużym wyzwaniem. Jak się przekonaliśmy na przykładzie omówionej przed chwilą ewolucji modeli, mapy odzwierciedlają stan wiedzy w określonej chwili i mogą być ważnymi wyznacznikami przebiegu procesów dynamicznych, w wyniku których nowe koncepcje najpierw się pojawiają, a następnie są rozpowszechniane, omawiane i kwestionowane. Mapy łączą w sobie obserwacje, rozwój techniczny i aktualny stan wiedzy.

Mars oglądany z Ziemi krążącej po orbicie wokół Słońca od czasu do czasu wydaje się poruszać wstecz, a potem powraca do swojego normalnego kierunku ruchu. Wyjaśnienie tego dziwnego zachowania stało się możliwe dopiero po przyjęciu heliocentrycznego modelu Kopernika i uwzględnieniu odkrycia Keplera, że orbity mają kształt eliptyczny.

Starożytni mogli polegać wyłącznie na własnych oczach, natomiast współcześni astronomowie mają do dyspozycji teleskopy umieszczone na powierzchni Ziemi i w przestrzeni kosmicznej. Dzięki nim sięgają wzrokiem o wiele dalej i mogą oglądać zarówno bliski, jak i odległy Wszechświat. Na mapach nieba zachowały się ślady tej transformacji i możemy na nich zobaczyć, jak nasze wyobrażenie nieba przekształciło się z obrazu opartego na wyobraźni i fantazji do modelu bazującego na logicznym rozumowaniu. Choć Kepler przedstawił przekonujący model, ostateczne rozstrzygnięcie kwestii ruchu planet stało się możliwe dopiero po pojawieniu się lepszych przyrządów naukowych i pewnej nowej koncepcji. W 1608 roku w Amsterdamie zaczęto konstruować lunety, które początkowo wykorzystywano do prowadzenia obserwacji na powierzchni Ziemi. Szybko jednak znaleziono dla nich nowe zastosowanie i używano ich do oglądania odległych obiektów na nocnym niebie. Powszechnie uważa się, że wynalazcą teleskopu astronomicznego, czyli ulepszonej wersji prostej lunety, był Galileusz, który za pomocą takiego przyrządu odkrył księżyce Jowisza, plamy na Słońcu, fazy Wenus i sporządził mapę powierzchni Księżyca. Przyczynił się również do rozwinięcia się pojęcia fizyki nieba. Kolejny ważny krok nastąpił po ukazaniu się w 1687 roku dzieła Philosophiae naturalis principia mathematica (Matematyczne zasady filozofii naturalnej) angielskiego fizyka Isaaca Newtona, w którym znalazł się opis prawa powszechnego ciążenia. Trudno sobie wyobrazić, by ten traktat mógł powstać bez odkrycia przez Keplera jego trzech praw. Newton wykonał najśmielszy do tej pory krok, wprowadzając bowiem powszechne prawo ciążenia, połączył zjawiska ziemskie z niebieskimi. Zniósł rozróżnienie między niebem a Ziemią i pokazał, że w obu sferach obowiązują takie same zasady. W tym samym okresie, czyli w XVII stuleciu, zaczęła się kształtować metodologia prowadzenia badań, którą obecnie kojarzymy z nauką.

Zasadnicza zmiana obrazu świata – ogłoszona przez Kopernika i poparta przez obserwacje teleskopowe Keplera, Galileusza i wielu innych – wskrzesiła inną starożytną dyskusję na temat struktury dalszych obszarów kosmosu. Odkrycia uczonych wywołały wzrost zainteresowania pytaniem o to, czy poza Układem Słonecznym istnieją jeszcze jakieś inne światy. Na rycinie z końca XVII wieku, wykonanej przez francuskiego mistrza rytownictwa Bernarda Picarta, możemy zobaczyć, jak ów wybitny artysta wyobrażał sobie wielość światów, które mogą istnieć we Wszechświecie – na ilustracji umieścił obok Słońca liczne inne gwiazdy, którym towarzyszą układy planetarne przypominające Układ Słoneczny. Wyjaśniwszy strukturę Układu Słonecznego, astronomowie skierowali wzrok dalej. Zapragnęli się dowiedzieć, co znajduje się poza obrębem naszego układu planetarnego, i sporządzić mapę swoich odkryć.

Tak w 1673 roku wyobrażał sobie wielość światów francuski rytownik Bernard Picart. Ilustrację zamieszczono dzięki uprzejmości Rijksmuseum w Amsterdamie.

Razem ze wszystkimi współczesnymi astronomami odziedziczyłam tę ciekawość świata i zamiłowanie do tworzenia map. Choć obecnie posługujemy się modelami komputerowymi zamiast astrolabium, to wciąż pozostajemy badaczami kosmosu. Granica nie przebiega już na krańcu świata zbadanego na pokładzie karaweli, ale na krańcu Wszechświata oglądanego przez najpotężniejsze teleskopy skonstruowane przez człowieka. Bezustannie tworzymy i zmieniamy kosmologiczne mapy z pomocą coraz to bardziej skomplikowanych przyrządów. Dostrzegamy nowe granice sięgające znacznie dalej, niż sobie wyobrażaliśmy – do najodleglejszych zakątków przestrzeni kosmicznej i do cichego szumu młodego Wszechświata dobiegającego z chwili tuż po tym, jak powstał w Wielkim Wybuchu. Kontynuujemy tradycję, która zrodziła się, gdy przenieśliśmy się do świata kierującego się najpierw prawami logiki, a potem wymogami metody naukowej. Zobaczymy ten postęp na dalszych kartach książki – przekonamy się, że nowe obserwacje i nowe teorie pozwalają nam bezustannie sprawdzać i ulepszać śmiałe koncepcje przestrzeni wynikające z badań kosmologicznych.

CIĄG DALSZY DOSTEPNY W PEŁNEJ, PŁATNEJ WERSJI

PEŁNY SPIS TREŚCI:

Wstęp

Rozdział 1. Pierwsze mapy kosmosu

Rozdział 2. Przesuwająca się granica

Rozdział 3. Ciemne wnętrze

Rozdział 4. Niewidzialna sieć

Rozdział 5. Zmiana skali

Rozdział 6. Kolejna zmarszczka

Rozdział 7. Nowa rzeczywistość i poszukiwanie innych światów

Epilog

Literatura uzupełniająca

Podziękowania

1 Layard sam opisał szczegółowo swoje odkrycia w książce A Popular Account of Discoveries at Nineveh (Przystępny opis odkryć w Niniwie, Derby, Nowy Jork 1854). Nawiasem mówiąc, zbiór czterdziestu tysięcy tabliczek klinowych odkrytych przez Layarda znajduje się obecnie na Uniwersytecie Yale, gdzie tworzą część kolekcji babilońskiej, czwartej na świecie pod względem wielkości zbiorów starożytnych mezopotamskich tabliczek klinowych i największej tego typu kolekcji znajdującej się poza placówkami muzealnymi. (W Polsce ukazała się inna książka Layarda poświęcona tej samej tematyce: Austen Henry Layard, W poszukiwaniu Niniwy, przeł. Wacław B. Mrugalski, Wydawnictwa Artystyczne i Filmowe, Warszawa 1983; przyp. tłum.).

2 Kenneth R. Lang, The Cambridge Guide to the Solar System (Przewodnik po Układzie Słonecznym wydawnictwa Cambridge, Cambridge, Londyn 2011), s. 410–420. Bardziej szczegółowy opis babilońskiej astronomii, astrologii i kosmologii można znaleźć w pracy Thorkilda Jacobsena Enuma Elish – ‘The Babilonian Genesis’ (Enuma elisz – „Babilońska księga Genesis”), opublikowanej w książce pod redakcją Miltona K. Munitza Theories of the Universe: From Babylonian Myth do Modern Science (Teorie Wszechświata: od babilońskich mitów do współczesnej nauki, Free Press, Nowy Jork 1965, s. 8–21). Historia astronomii zawiera wiele dokumentów świadczących o tym, że tworzone przez ludzi mapy pokazywały związek między niebem i Ziemią. Więcej ciekawych przykładów można znaleźć w moim artykule Revelations from Outer Space (Objawienia z przestrzeni kosmicznej), „New York Review of Books”, 21 maja 2015, http://www.nybooks.com/articles/2015/05/21/interstellar-revelations-outer-space/ (dostęp: 22 maja 2017).

3 Angielskie tłumaczenie tekstu Tabliczki Wenus można znaleźć w artykule Astrology in Babylonia (Astrologia w Babilonii) w Encyclopaedia of the History of Science, Technology, and Medicine in Non-Western Cultures (Encyklopedia historii nauki, techniki i medycy w kulturach niezachodnich), 2 wyd., Helaine Selin [red.], Springer Verlag, Berlin 2002, s. 251.

4 Carlo Rovelli, The First Scientist: Anaximander and His Legacy (Pierwszy uczony: Anaksymander i jego spuścizna), Westholme, Yardley 2011, s. 57–60, 104. Dodatkowe informacje na temat obu obywateli Miletu można znaleźć w artykule Francisa M. Cornfolda Pattern of Ionian Cosmology (Wzorce jońskiej kosmologii), opublikowanym w książce pod redakcją Miltona K. Munitza Teories of the Universe, op. cit., s. 21–31; oraz w książce pod redakcją G.S. Kirka, J.E. Ravena i M. Schofielda Filozofia przedsokratejska: studium krytyczne z wybranymi tekstami, przeł. Jacek Lang, Wydawnictwo Naukowe PWN, Poznań 1999, s. 88–148.

5 John Vardalas, A History of the Magnetic Compass (Historia kompasu magnetycznego), „The Institute”, 8 listopada 2013, http://theinstitute.ieee.org/tech-history/technology-history/a-history-of-the-magnetic-compass (dostęp 22 maja 2017). Niedawno wydana książka Johna Hutha The Lost Art of Finding Our Way (Zapomniana sztuka odnajdywania drogi), Harvard University Press, Cambridge 2013, jest opowieścią o historii nawigacji, w której można znaleźć omówienie prymitywnych technik wykorzystywanych przez starożytne kultury, a także najnowszych osiągnięć w tej dziedzinie.

6 Robert C. Taiaferro zamieszcza przekład Almagestu w książce Great Books of the Western World (Wielkie księgi świata zachodniego), tom 16, Encyclopaedia Britannica, Chicago 1952. Przegląd kosmologii starożytnych Greków poprzedzających model Ptolemeusza można znaleźć w komentarzach zamieszczanych przy okazji publikacji przekładów dzieł klasyków: Francis M. Cornford, Plato’s Cosmology: The Timaeus of Plato (Kosmologia Platona: Timajos), Humanities Press, Nowy Jork 1937; William K.C. Guthrie, Aristotle: On the Heavens (Arystoteles: O niebie), Loeb Classical Library, Harvard University Press, Cambridge, 1939.

7 Bardziej szczegółowy opis nauki islamskiej w średniowieczu, ze szczególnym uwzględnieniem matematyki i jej zastosowań w astronomii, można znaleźć w książce: Ali Abdullah al-Daffa, The Muslim Contribution to Mathematics (Wkład muzułmanów do matematyki), Croom, Londyn 1997.

8 Petra G. Schmidl, Two Early Arabic Sources on the Magnetic Compass (Dwa wczesne źródła arabskie opisujące kompas magnetyczny), „Journal of Arabic and Islamic Studies” 1997–1998, tom 1, s. 85.

9 Wyobrażenia kosmosu przedstawione na ilustracji z Brewiarza, a także inne, omawiane w dalszej części rozdziału – a mianowicie mapę zaczerpniętą z Atlasu katalońskiego oraz ilustracje Andreasa Cellariusa, Giovanniego Battisty Ricciolego i Bernarda Picarta – można znaleźć w obszernym zbiorze ilustracji Cosmigraphics: Picturing Space Through Time (Kosmigrafia: wyobrażenia kosmosu na przestrzeni czasu) autorstwa Michaela Bensona (Abrams, Nowy Jork 2014), który omawiam w przywoływanym już artykule Revelations from Outer Space, op. cit.

10 Owen Gingerich, Książka, której nikt nie przeczytał, przeł. Jarosław Włodarczyk, Wydawnictwo Amber, Warszawa 2004, s. 144.

11 W istocie uważa się, że to Arystarch z Samos (310–230 p.n.e.) pierwszy zaproponował heliocentryczny model Układu Słonecznego. Choć tekst, w którym przedstawia tę koncepcję, nie przetrwał do naszych czasów, to jednak w późniejszym dziele Archimedesa (287–212 p.n.e.) można znaleźć odwołania do jego obliczeń matematycznych.

12 Owen Gingerich, op. cit., s. 166–180.

13 Szczegółowy opis owocnej współpracy naukowej Brahego i Keplera można znaleźć w książce Kitty Ferguson Tycho and Kepler: The Unlikely Partnership That Forever Changed Our Understanding of the Heavens (Tycho i Kepler: Niezwykły duet, który na zawsze zmienił nasze rozumienie nieba), Walker, Nowy Jork 2002.

Spis treści

Wstęp

Rozdział 1. Pierwsze mapy kosmosu