Astronoomia ajalugu

Astronoomia ajalugu hõlmab ajaliselt inimkonna kogu kultuuriloo. Astronoomia on algselt kujutanud endast teadmisi tähistaevast ja selle tsüklitest, arenenud klassikaliseks geomeetriliseks astronoomiaks, mille vanimad valdkonnad on positsiooniastronoomia ja efemeriidide arvutamine, ning lõpuks astrofüüsikaks, mis püüab taevakehi endid füüsikaliselt tundma õppida.

Vanaaeg

Astronoomia ulatub tagasi vanaaega ning sai alguse esiaja kultusest. Selle jälgi on säilinud astroloogias, millega astronoomia oli kaua aega läbi põimunud ning millest ta Läänes lõplikult lahknes alles 18. sajandi teisel poolel.
Varajases astronoomias vaadeldi ja ennustati nähtavate taevakehade, eriti tähtede ja planeetide liikumist. Hakati koostama horoskoope.
Vanaaja astronoomid eristasid tähti ja planeete, sest tähtede suhteline asend püsis sajandeid muutumatuna, seevastu planeetide suhteline asend muutus võrdlemisi lühikese aja jooksul märgatavalt. Planeetide hulka arvati ka Päike ja Kuu.
Algselt samastati taevakehi jumalate ja vaimudega. Taevakehi ja nende liikumist seostati näiteks vihma, põua, aastaaegade ja loodetega. Arvatakse, et esimesed "kutselised" astronoomid olid preestrid, kes pidasid taevast jumalikuks, mistõttu astronoomia ongi vanaajast peale seotud astroloogiaga. Arvatakse, et vanaaja astronoomilise otstarbega ehitistel (näiteks Stonehenge) olid ühtlasi kultuslikud funktsioonid.
Kalendrid põhinesid tavaliselt Päikese ja Kuu näival liikumisel (mille alusel peeti arvestust ööpäevade, kuude ja aastate üle). Nad olid olulised agraarühiskondades, kus viljasaak sõltus õigeaegsest külvamisest või istutamisest. Meil praegu kasutusel olev Gregoriuse kalender põhineb vanarooma kalendril.

Esiaeg

Tähistaevaga seotud leiud ja kujutised võivad tagasi ulatuda paleoliitikumi (nende tõlgendus on vaieldav). Selles suhtes on kõige tuntumad Lascaux' koopa seinamaalingud, millel võib-olla on kujutatud Plejaadid ja sodiaak, ja Prantsusmaalt Abri Blanchardi lähedalt Alexander Marshacki poolt leitud kotka tiivaluu punktmarkeeringutega, mille arvu ja asetust on seostatud Kuu faasidega. Arheoloogiliste tõendite nappus ei pruugi tähendada, et taevavaatlused ei etendanud paleoliitikumi inimeste elus mingit rolli. Igatahes on tänapäeva küttide-korilaste, näiteks Austraalia aborigeenide elus taevavaatlustel oma koht. Lõuna-Aafrika kultuurides oli samuti astronoomilise sümboolikaga tseremooniaid lõikuse alguse puhuks, need aga ei peegelduks arheoloogilistes leidudes.
Neoliitikumi leiud näitavad hoopis teistsugust pilti, sest taeva ja kalendri tundmine on põllumajandusel põhinevatele kultuuridele elutähtis. Taevatsüklite õiget ennustamist võimaldavad sümbolilised tõlgendused. Nõnda saab olulisi iga-aastasi sündmusi ette kindlaks määrata, mis võimaldab planeerimist. Taevanähtuste ja nende põhjuste religioosne tõlgendamine tõi kaasa astraalkultused, millest sai alguse nii astronoomia kui ka astroloogia. Paljud tolleaegsed hauad on orienteeritud ilmakaarte järgi. Kalendriga seotud arheoloogiliste leidude seas on Lõuna-Saksamaalt ja Prantsusmaalt leitud kuldkübarad, mida peetakse päikesekultuse preestrite sakraalseteks peakateteks, ja Kesk-Euroopast Nebra taevaketas. Kõige muljetavaldavam esiaegne kultusepaik Euroopas on Stonehenge. Stonehenge'is praktiseeritud kultuste kohta pole midagi teada, aga ehitise geograafiline orientatsioon on ilmselt astronoomilise iseloomuga. Sama võib öelda kogu maailma kultusehoonete kohta kõigil ajastutel.
1970ndatel tekkis omaette teadusharu arheoastronoomia, mis tegeleb nende ehitiste ja leidude uurimisega. Peab aga rõhutama, et tegemist polnud astronoomiaga tänapäevases mõttes: kõigis neis kultuurides on taevas, taeva tsüklid ja taevavaatlused lahutamatult seotud religiooni ja mütoloogiaga.

Vanakreeka astronoomia eelkäijad

Ka Põhja-Aafrika ja Lähis-Ida muistsetes kõrgkultuurides olid taevavaatlused seotud mütoloogia ja religiooniga.
Erinevalt näiteks Babülooniast huvitas astronoomia ja ka astroloogia muinasegiptlasi võrdlemisi vähe, kui mitte arvestada huvi päikesetsüklite vastu.

Egiptus

Muinasegiptlased jaotasid taeva analoogiliselt oma 36 kümnepäevase nädalaga 36 võrdse otsetõusuga dekaaniks, nii et iga dekaani tähed tõusid ja loojusid 40 minutit pärast eelmise dekaani omi. Keskmiselt 18 öisest dekaanist kasutati öiseks ajamõõtmiseks iga kord umbes 12 dekaani, kusjuures esimese ja viimase dekaani pikkust kohandati aastaajale.
Erinevalt dekaanidest tähtkujud erilist osa ei etendanud. Universumi kataloog (umbes 1100 eKr) mainib ainult viit tähtkuju, umbes 500 aastat varasemal dekaanide tabelil Senenmuti hauas mingeid tähtkujusid näha ei ole. Üksikud tähtkujud, nagu neid on kujutatud näiteks Seti I hauas (umbes 1280 eKr), ei ole võrreldavad praeguste tähtkujudega, mis ei pärine Vana-Egiptuse omadest.
Astronoomilisi printsiipe võib täheldada ka sakraalehitiste, eriti Egiptuse püramiidide orientatsioonis. Pole aga teada, milliseid meetodeid sealjuures kasutati; selle kohta on erinevaid oletusi.
Vanaegiptuse kalendris etendab erilist osa Siirius, mille heliaakilist tõusu seostati iga-aastase Niiluse üleujutusega. Et vanaegiptuse aasta pikkus oli täpselt 365 ööpäeva, siis Niiluse üleujutuse daatum pikkamisi muutus ning Siiriuse heliaakiline tõus langes vanaegiptuse kalendri samale päevale umbes 1460 päeva tagant. Vanaegiptuse religiooni ajalugu näitab, et preestrid valvasid oma astronoomilisi teadmisi ja veel umbes 150 eKr tühistasid nad kalendrireformi, millega aasta pikkuseks määrati 365,25 ööpäeva: preestrid tahtsid säilitada oma tõlgendusvõimu kalendriasjades.

Mesopotaamia

Kuigi sodiaagi jaotamine 360 kraadiks pärineb tõenäoliselt vanaegiptuse dekaanidest, pärandasid selle koos ulatuslike muude astronoomiaalaste teadmistega Vana-Kreekale babüloonlased.
Babüloonia astronoomia põhitähelepanu oli astroloogial ja taevaennetel. Mesopotaamia kultuuriruumis said babüloonlased toetuda Assüüria rikkale vaatlustraditsioonile. Ka babüloonlased arhiveerisid oma vaatlusi. Ka kõige tagasihoidlikumate hinnangute kohaselt ulatuvad vaatlused tagasi 2. aastatuhandesse eKr. Tuhandetel leitud kiilkirjaga savitahvlitel on astronoomilised tekstid, mis peale välileidude kuuluvad peamiselt Uruki ja Niinive arhiivide juurde. Assüürlaste ja babüloonlaste huvi taeva vastu kasvas välja traditsioonist otsida loodusest, sealhulgas taevavõlvilt ja ilmast, endeid. Pikaajaliste vaatluste põhjal töötasid babüloonia astronoomid välja matemaatilised meetodid taevakehade asendi ning seega ühtlasi taevanähtuste ennustamiseks. Juba umbes 1000 eKr analüüsisid nad keerukalt kattuvad nähtused perioodilisteks ridadeks, mis võimaldas neid ette välja arvutada. Babüloonlaste vaatlused ja perioodid võtsid üle muinaskreeklased, kuid viimased ei hoolinud babüloonlaste matemaatilistest meetoditest, sest nad mõistsid universumit geomeetriliselt.

Astronoomia Vana-Kreekas ja Vana-Roomas

Vanakreeka astronoomia areng on aimatav juba varajastes kirjutistes. Nii Homeros kui ka Hesiodos kirjeldasid astronoomilisi nähtusi, kuigi nende sügavamat mõistmist neist kirjeldustest ei ilmne. Nii on mõlemal Ehatäht ja Koidutäht erinevad taevakehad (tegelikult on mõlemad Veenus; babüloonlased teadsid seda ning nimetasid Veenust Ištariks). Homeros kirjeldas osalt juba praegusi sodiaagimärke.
Looduse mõistmises jõudsid kaugemale Sokratese-eelsed filosoofid 6.–5. sajandil eKr. Muuhulgas töötasid nad välja üha täpsemaid ajamõõtmismeetodeid, näiteks päikesekelli, mille tööpõhimõtte nad tõenäoliselt võtsid üle babüloonlastelt. Thales Mileetosest ennustas 585 eKr päikesevarjutust ning tegi legendi järgi sellega lõpu ühele sõjale. Nii võib teda pidada esimeseks euroopa astronoomiks.
Thalese kaasaegne ja õpilane Anaximandros postuleeris geotsentrilise maailmasüsteemi, kirjeldades esimesena taevast sfäärina, mille keskmes on Maa. Varasemad kultuurid pidasid taevast poolsfääriks maaketta kohal ega puudutanud väljaspool müüte küsimust, kus asuvad tähed loojumise ja tõusu vahel. Anaximandros ei pidanud siiski veel Maad keraks.
Klassikalise ajajärgu kreeka kultuur oli esimene, mis tegeles astronoomiaga ilma astraalkultusliku või astroloogilise tagapõhjata. Veel tänapäeval on kuulus Maa läbimõõdu ja ümbermõõdu hämmastavalt täpne mõõtmine Eratosthenese poolt 220 eKr. Ta põhjendas erinevad päikesevarju pikkused Aleksandrias ja Syenes samal päeval kellaajal, mil Päike on täpselt seniidis, erinevate laiuskraadidega keral. Vähem tuntud on Samose Aristarchose katse mõõta Päikese kauguse ja Kuu kauguse suhet. Ebapiisava mõõtmistäpsuse tõttu see ebaõnnestus (tulemus on 20 korda tegelikust väiksem), kuid metoodiliselt oli see korrektne.
Vanakreeka astronoomid arutasid küll juba heliotsentrilist maailmasüsteemi, mille kohaselt ei ole paigalseisvaks keskmeks mitte Maa, vaid Päike, kuid geotsentriline maailmasüsteem jäi üldtunnustatuks. Religioossetel motiividel rünnati kujutlusi, et Päike võib olla kosmose keskpunkt, ning sooviti nende pooldaja Samose Aristarchose kohtu alla andmist. Aristarchos pääses siiski karistuseta.
Hipparchos Nikaiast ja teised töötasid välja astronoomilised instrumendid, mis jäid kasutusele pikksilma leiutamiseni kaks tuhat aastat hiljem, nagu näiteks armillaarsfääri. Hipparchos mõõtis ka esimesena pretsessiooni ja koostas esimese tähekataloogi.
Ptolemaiose teos "Almagest" (150 pKr) oli antiikastronoomia kulminatsioon ja lõpetus. Seal esitas ta nn Ptolemaiose maailmasüsteemi. Raamatust sai astronoomia standardteos, mille tähekataloogile viitasid astronoomid renessansiajani välja.
Vana-Roomas hinnati astronoomiat kui hariduse osa, kuid ei arendatud seda edasi. Kui üldse, harrastati seal pigem astroloogiat, kuigi eelistati teisi ennustamise viise. Antiikaegsed astronoomiateosed säilisid Bütsantsis.

Keskaja astronoomia

Keskajal säilisid õppeainete kaanonina seitse vaba kunsti, milles astronoomia on kvadriiviumi osa. Praktikas aga õpetati varakeskaja kloostrikoolides enamasti ainult ladinakeelset triiviumi, ja sedagi sageli ainult osaliselt. Karl Suure reformipoliitika käigus hakati jälle rohkem rõhku panema astronoomia õpetamisele, muuhulgas selleks, et vaimulikud oskaksid paremini arvutada ülestõusmispüha kuupäeva. Neil reformid ei olnud pikas perspektiivis siiski edukad, nii et astronoomia jäi küll ideaalhariduse, kuid mitte tegeliku hariduse osaks.
Karolingide aega jäävad ka Aratose astronoomiliste õpetusluuletuste ärakirjad, näiteks luksuslikult illustreeritud Leideni "Aratea", mille oletatavasti tellis Ludwig Vaga õukond ning mille tõenäoliselt koostas Lotringis Astronomus, kelle isik pole kindlalt teada, kuid kellelt on teada ka teisi teoseid. Aratos ja Hyginus Mythographuselt pärinevad tähtkujude kirjeldused teoses "Poeticon Astronomicon" olid laialt levinud standardteosed hiliskeskaja lõpuni. Klassikaliste tähtkujumüütide tundmine sai suurelt jaolt alguse nendest teostest. Illustratsioonid on küll kunstiliselt kõrgel tasemel, kuid tähtede asendil nendel ei ole tegeliku tähistaevaga suurt midagi ühist, sest need on klapitatud figuuridega. Võrdlemisi väheseid muid antiikaja astronoomia säilinud teoseid kloostrites esialgu ainult kopeeriti, skolastika algusest 11. sajandil neid üha enam ka kommenteeriti. Nende kinnitamine, täiendamine või kummutamine oma vaatluste põhjal ei vastanud aga varakeskaegsele arusaamale teadusest.
Kultuurivahetuses islamimaadega, eriti pärast ristisõdijate riikide rajamist 12. sajandil ja Hispaania rekonkista käigus, jõudsid Aristotelese ja Ptolemaiose teosed araabia tõlkijate vahendusel läände tagasi. Alles Bütsantsi emigrandid tõid need pärast Konstantinoopoli vallutamist osmani türklaste poolt lõpuks kreekakeelsetena Kesk-Euroopasse.
Ka kõrgkeskajal olid fookuses pigem filosoofilis-teoloogilised kosmoloogiaalased arutlused kui konkreetselt vaadeldud taevasündmused. Põhjalikult arutati erinevaid taevasfääride mudeleid, mis leidusid näiteks Aristotelese ja Ptolemaiose taasavastatud teostes. Kõne all oli näiteks sfääride arv ja küsimus sellest, kas kord ööpäevas teeb täispöörde kinnistähtede sfäär või Maa. Selle kosmoloogia alustes aga ei kaheldud.
14. sajandil näitas Nicole d'Oresme, et Aristotelese esitatud argumendid Maa liikumise vastu pole veenvad, ning esitas lihtsuseargumendi selle kasuks, et liigub Maa, mitte taevas.
Hiliskeskajal, mil haridus kandus kloostritest üha enam ülikoolidesse, hakati tundma suuremat huvi teaduse, sealhulgas astronoomia vastu. Inkunaablite ajastul trükiti muuhulgas ka astronoomiaalaseid teoseid. Mõlema ülalmainitud antiikaegse teose kõrval anti välja näiteks saksa astronoomi Regiomontanuse arvukaid astronoomiraamatuid, sealhulgas "Calendarium", mida võib tolle aja mõõtkavas pidada bestselleriks. Regiomontanus ei uskunud enam traditsiooni ja vanade kirjutiste absoluutsesse kehtivusse. Tema arvates pidid oma vaatlused ja võrdlus antiikteaduse tulemustega aitama astronoomiat uuendada. Sellise hoiakuga oli ta Nicolaus Cusanuse kõrval Koperniku maailmasüsteemi oluline teerajaja.
Nicolaus Cusanus esitas mõnes oma teoses oletuse, et Maa tiirleb ümber Päikese ning iga täht on kauge päike. Ta ei esitanud siiski teaduslikult verifitseeritavat universumiteooriat.

Islami astronoomia

Pärast Rooma riiki, kus astronoomiat küll veel õpetati, kuid enam edasi ei arendatud, järgnesid edasised edusammud alles koos islami levikuga. Aleksandria vallutasid araablased. Sealne Aleksandria raamatukogu ning India mõjud juhtisid islami õpetlaste uuringuid. Juhtivad teadlased olid sageli ka õueastronoomid või õuematemaatikud. Araablaste saavutused puudutavad eeskätt astromeetriat: tehti täpseid taevavaatlusi – eelkõige astroloogilisel eesmärgil, kuigi islam ei soosi katseid tulevikku ette näha ja astroloogiat õigupoolest ei luba – ja koostati tähekatalooge, millel on oluline osa praegu käibel olevate tähenimede päritolus. Arendati edasi ka instrumente, nagu näiteks astrolaabi. Et aga islami astronoomidel puudusid teleskoobid, ei suutnud nad astronoomiaalaseid teadmisi antiikajaga võrreldes oluliselt avardada. Geotsentriline maailmasüsteem oli üldtunnustatud. Esialgu arutati, parandati ja laiendati ainult selle detaile, nagu epitsüklite ja taevasfääride teooriat. Vaatluste ja antiikaja teooriate vahelised lahknevused muutusid islami õpetlastele aina ilmsemaks. 16. sajandil, mil ka Euroopas leidis aset koperniklik pööre, hakkasid islami õpetlased antiikset astronoomilist maailmapilti üha enam eitama. Pole teada, kas teadmiste areng kulges kummaski kultuuripiirkonnas sõltumatult või jõudsid Kopernikuni kaudsel teel islamimaailma astronoomia mõjud.
9. sajandi pärsia astronoom al-Farghānī (Alfraganus) kirjutas pikalt taevakehade liikumisest. 12. sajandil tõlgiti tema teos ladina keelde.
10. sajandi lõpus rajas astronoom al-Khujandī Teherani lähedale hiigelobservatooriumi. Al-Khujandī vaatles Päikese meridiaanist läbiminekuid, mis võimaldas tal välja arvutada ekliptika kalde.
’Omar Khayyām koostas palju tabeleid ja reformis kalendriaastat nii, et see muutus Juliuse kalendri omast täpsemaks ja lähenes täpsuselt Gregoriuse kalendri omale. Aasta pikkuseks arvutas ta 365,24219858156 ööpäeva, mis on kuni kuuenda kümnendkohani täpne.
Traagilisel kombel jäid suurte islami astronoomide paljud saavutused lõppkokkuvõttes episoodilisteks. See puudutab näiteks Ulugbeki poolt 15. sajandi alguses rajatud Samarqandi observatooriumi. See oli oma aja parim observatoorium, kuid põlvkond hiljem lasksid Ulugbeki järeltulijad sellel laguneda. Teiste islami observatooriumide saatus oli sarnane. Ainult Nasir al-Din Tusi poolt 1264 rajatud Maragha observatoorium elas oma rajajast nelikümmend aastat kauem, enne kui see ajavahemikus 1304–1316 suleti. Kuigi islami astronoomid märkasid antiikaja teooriate vigu ja parandasid neid, seisneb nende saavutus, mis on tänapäeva seisukohast tähtis, siiski antiikaja loodusteaduse säilitamises, tõlkimises ja osalises edasiarendamises, milleks Euroopa kultuur varakeskajal ei olnud võimeline. Pärast islami õitseaja lõppu 15. sajandil ei suutnud islami astronoomia Euroopa astronoomiat enam mõjutada. Renessansiajal jõuti Euroopas islami astronoomiale järele ja viimane jäi unustusse.

Astronoomia teistes kultuurkondades

Islami astronoomia saavutas umbes samasuguse taseme nagu astronoomia mitmes teises kultuurkonnas, kus samuti ei tuntud teleskoope. Eriti mainimisväärsed on india, hiina ja Kolumbuse-eelne ameerika astronoomia. Kõigis neis kultuurides koguti sajandite pikku vaatlusandmeid, mille abil sai ennustada taevakehadega seotud perioodilisi nähtusi.

Renessansiaja astronoomia

Renessansiajal jõudis õitsenguni klassikaline astronoomia kui teadus universumi geomeetrilisest ehitusest, mis ei pühendunud veel taevakehade liikumise füüsikaliste põhjuste uurimisele.
Astroloogia ja astronoomia ei olnud kuni renessansiajani välja omavahel vastuolus, kuid nad ei langenud ka kokku, nagu mõnikord väidetakse. Veel 17. sajandil koostasid paljud astronoomid koostasid oma tellijatele horoskoope, kuid nad ei näinud selles oma põhitegevust. Klassikaline astronoomia tegeles ainult tähtede ja planeetide asenditega ja nende täpse arvutamisega, neid asendeid tõlgendas maapealsete sündmuste märkidena aga astroloogia. Nii olid astronoomiaalased teadmised vaid astroloogia eelduseks.
Euroopa astronoomia uus tõus algas Mikołaj Koperniku töödega 16. sajandil. Pärast Kuu vaatlusi kinnistähtede taustal hakkas ta geotsentrilises maailmasüsteemis kahtlema ja töötas välja uue mudeli, heliotsentrilise maailmasüsteemi, milles Päike on kosmose keskmes. Aastal 1543 esitas ta selle oma raamatus "De Revolutionibus Orbium Coelestium".
Tycho Brahe vaatles 1572 "uut tähte" (stella nova), mida ta nimetas imeks, "mida maailma algusest saadik pole nähtud". Sellist nähtust (supernoovat) olid hiinlased küll juba 1054 näinud, aga euroopa õpetlased kas jätsid selle märkamata või ei võtnud seda teadmiseks. Brahe oli instrumentide valmistamise ja täpse vaatlemise meister. Tema kvadrant vahetas universaalinstrumendina välja antiikajast saadik kasutusel oleva armillaarsfääri. Brahe asendimõõtmiste täpsus võimaldas Johannes Kepleril 1609/1619 avastada Kepleri seadused planeetide liikumise kohta. Tõsi küll, Kepler avaldas need koos mõningate ekslike ideedega ega omistanud nendele kuigi suurt tähtsust.
  
Pikksilma leiutamine 17. sajandi alguses pani astronoomia revolutsioonile pitseri. Galileo Galilei avastas oma 20-kordse suurendusega refraktorteleskoobi abiga 1610 Jupiteri neli suuremat kaaslast ja Veenuse faasid. Need avastused avaldas ta 1610 raamatus "Siderius nuntius". Sellega muutus geotsentriline maailmasüsteem kaitstamatuks. Järgnenud tüli katoliku kirikuga lõppes küll inkvisitsiooni juriidilise võiduga, pani aga alguse kiriku ja loodusteaduse problemaatilisele vahekorrale, mille mõjud ulatuvad tänase päevani.