היסטוריה של האסטרונומיה

אסטרונומיה היא העתיקה ביותר מבין מדעי הטבע. ראשיתה בעת העתיקה, ומקורותיה באמונות ומנהגים דתיים, מיתולוגיים, קוסמולוגיים, קלנדריים ואסטרולוגיים מתקופת הפרהיסטוריה. שרידים אלה עדיין נמצאים באסטרולוגיה, תחום לימוד השזור זמן רב באסטרונומיה הציבורית והממשלתית. בתקופת המהפכה הקופרניקאית שהחלה ב-1543, האסטרולוגיה והאסטרונומיה לא היו מופרדות לחלוטין. כמו כן, בתרבויות אחדות, מידע אסטרונומי שימש לניבוי אסטרולוגי.

אסטרונומים בעת העתיקה היו מסוגלים להבחין בין כוכבים לכוכבי לכת, כיוון שכוכבים נשארו במיקום קבוע יחסית לאורך שנים רבות, בעוד שכוכבי לכת נעו באופן ניכר במהלך זמן קצר.

שמאל|ממוזער|250px|זריחת השמש מעל סטונהנג' ביום ההיפוך הקייצי
האסטרונומיה היא, ככל הנראה, המדע העתיק ביותר. כבר תרבויות פרימיטיביות שמו לב לתופעות אסטרונומיות בסיסיות; זריחה ושקיעה, מופעי הירח, נטיית מסלול השמש בעונות השנה, השפעת נטיית השמש על אורך היום והלילה ומזג האוויר, תנועת כוכבי הלכת וסידור כוכבי השבת. הבנת תופעות אלו הייתה חשובה במעבר לחברה חקלאית, על פי התופעות האסטרונומיות יכלו בני האדם לדעת מתי לחרוש ומתי לזרוע. ישנם גם ממצאים ארכאולוגים המתעדים אירועים נדירים יותר כגון שביטים, ליקוי מאורות ואף נובות וסופרנובות. אם כי לרוב ממצאים אלו אינם מוחלטים.

אסטרונומיה קדומה
איננו יודעים מתי החל חקר האסטרונומיה המסודר ומתי פעל האסטרונום הראשון, אולם ככל הנראה הכוכבים ריתקו את בני האדם במשך עשרות אלפי שנים לפני ימנו. לפי מספר חוקרים, הרישומים העתיקים ביותר שיש לנו של תצפיות אסטרונומיות הם ציורי מערות בני 30,000 שנה. לפי מחקר משנת 2018 ציורי מערות באירופה מלפני כ-38,000 שנים מתארים אירועים אסטרונמיים שונים באמצעות ציורים של בעלי חיים.

ישנן ממצאים ארכאולוגים ברורים לעיסוק רציני באסטרונומיה ברמה גבוהה בתרבויות העתיקות ביותר. נמצאו עדויות לעיסוק באסטרונומיה מתקופת הפריחה של שומר (לפני כ-6,000 שנה), וידוע גם שהמצרים הקדמונים עסקו בה. ממצא מרשים הוא סטונהנג' שבאנגליה (נבנה במהלך האלף השלישי לפנה"ס). החוקרים חלוקים האם האתר שימש כמצפה כוכבים או לשימוש אחר, אך מוסכם על כולם שהאבנים מוקמו על פי אירועים אסטרונומיים. עמודי האבן ממוקמים כך שניתן לחשב בעזרתם אירועים אסטרונומים כגון נקודת השוויון ונקודת היפוך נקודות במסלולו של הירח ועוד. עד לפילוסופים היוונים ביוון הקלאסית שימשה האסטרונומיה הן כמדע תצפיתי (שסייע למשל לקבוע את לוח השנה) והן כבסיס לאסטרולוגיה שנחשבה אז חלק בלתי נפרד ממנה. גם כתבים אסטרונומיים מימיה האחרונים של ממלכת בבל, מן המאה השלישית או השנייה לפני הספירה, כוללים נתונים מספריים תצפיתיים, ללא רמז למודל מדעי שיוכל להסביר את התצפיות. ממצאים המעידים על תצפיות שיטתיות נמצאו במצרים, הודו, סין ומסופוטמיה. בכל המקומות הללו נעשו חישובים שחזו אירועים אסטרונומיים כגון ליקויים.

אירופה הפרה-היסטורית
ממוזער|טקסט=אילוסטרציה של לוח שנה הירחי של שדה וורן.|אילוסטרציה של לוח שנה הירחי של שדה וורן.
מאז 1990 התרחש שינוי מהותי ביחס לידע האסטרונמי של אירופאים פרהיסטוריים, בעקבות גילויים של חפצים אסטרונומיים עתיקים ברחבי אירופה. החפצים מאוששים את התאוריה כי לאירופאים מתקופת הנאוליתית והברונזה היה ידע מתוחכם במתמטיקה ואסטרונומיה. דבר זה כולל:

 לוח השנה של שדה וורן בעמק נהר די של אברדנשייר בסקוטלנד. נחפר לראשונה בשנת 2004 אך רק בשנת 2013 נחשף כממצא בעל משמעות עצומה. זהו לוח השנה העתיק ביותר הידוע, שנוצר בסביבות 8000 לפני הספירה והקדים את כל שאר לוחות השנה בכ-5,000 שנים. לוח השנה הוא מבנה מזוליתי המכיל סדרה של 12 בורות שנראים כמסייעים לצופה לעקוב אחר חודשי הירח על ידי חיקוי שלבי הירח. הוא גם מתיישר עם הזריחה בזמן היפוך החורף, ובכך מתאם את שנת השמש עם מחזורי הירח. המבנה תוחזק ועוצב מחדש מעת לעת, אולי עד מאות פעמים, בתגובה למחזורי שמש/ירח משתנים, במהלך 6,000 שנים, עד שהלוח יצא מכלל שימוש לפני כ-4,000 שנה. 
 מעגל Goseck  ממוקם בגרמניה ושייך לתרבות הקדרות הליניארית . התגלה לראשונה בשנת 1991, משמעותו הייתה ברורה רק לאחר שתוצאות מחפירות ארכאולוגיות התגלו בשנת 2004. האתר הוא אחד ממאות מתחמים עגולים דומים שנבנו באזור שכיום שוכנות בו אוסטריה, גרמניה וצ'כיה, המבנים נבנו במהלך תקופה של 200 שנה שהחלה זמן קצר לאחר 5000 לפנה"ס. 
 כובעי זהב  שנמצאו בגרמניה, צרפת ושווייץ משנת 1400 עד 800 לפני הספירה קשורים לתרבות Urnfield מתקופת הברונזה. כובעי הזהב מעוטרים במוטיב ספירלי של השמש והירח. הם היו כנראה מעין לוח שנה ששימשו לכיול בין לוח השנה הירחי ללוח השנה השמשי.

אסטרונומיה מסופוטמית
הבבלים המציאו את גלגל המזלות המוכר לנו כיום, וקבעו את תחילתו באלדברן שהיה אז בנקודת השוויון האביבי. חוקרים שבדקו את קבוצות הכוכבים המקובלות בעולם העתיק, והשוו זאת לכוכבים הנראים בקווי רוחב שונים בתקופות שונות, שיערו כי החלוקה הראשונית של כוכבים בהירים לקבוצות נעשתה לראשונה לפני כ-4,800 שנה באזור קו רוחב 40°. יש יסוד לדבר שהחלוקה נעשתה בארם נהריים.

הלוח הבבלי (שמבוסס על לוח שומרי) מבוסס על מחזור ה"סארוס"- מחזור של ליקוי חמה (או לבנה) של 18 שנים ו-11 יום שהם 223 חודשים סינודים (הפרש בין מולד ירח אחד למשנהו). מחזור זה מאפשר קביעת לוח שמסנכרן חודשי ירח ושנות חמה ומעיד על לוחות תצפית מדויקים לאורך שנים רבות. מחזור זה היווה, ככל הנראה, בסיס למחזור המטוני של מטון ולחישוביו של תאלס איש מילטוס. גם הלוח העברי בנוי על יסוד חישובים אלו. לוח השנה במגילות קומראן מבוסס אף הוא על האסטרונומיה המסופוטמית.

נמצאו לוחות תצפית שמפרטים את מיקומי השמש, הירח, כוכבי הלכת, ליקויים, נקודות היפוך, ולעיתים אף את זריחתו של סיריוס. הלוחות מתוארכים מסוף המאה השביעית לפסה"נ ועד למאה הראשונה לפסה"נ.

לאסטרולוגיה היה חלק חשוב בפיתוח האסטרונומיה הבבלית. היו להם אלים לכל כוכבי הלכת ואל לשמיים ולכוכבים. מצפי הכוכבים מוקמו כחלק מהמקדשים, וכהני הדת היו מנסים לחזות אירועים חשובים כמו עליית ונפילת מלכים.

בסביבות המאה ה-5 לפנה"ס חישבו הבבלים ברמת דיוק מפליאה את אורך החודש הסינודי הממוצע- 29.530614 או 29.530594 יום לעומת הזמן המדויק שעמד על 29.530583 באותה התקופה. גם את אורך השנה הטרופית חישבו הבבלים כ-365.234 במקום 365.2422. רמת דיוק זו מפליאה בייחוד בהתחשב במכשירי המדידה הלא מדויקים שהיו באותה תקופה.

 אסטרונומיה מצרית 
האסטרונומיה המצרית לא הגיעה, ככל הנראה, לאותה רמת התפתחות של זאת הבבלית, אך הייתה גם היא מפותחת מאוד. המצרים ידעו בשלב מוקדם למדי את ההבדל בין אורך של שנת חמה (365.25 יום) לבין הלוח המצרי (365 יום). המצרים חישבו מחזור גדול שבו 1,461 שנים שלהם שוות ל-1,460 שנות חמה. על פי החישוב מחזורים גדולים כאלה התחילו בשנים 4,241, 2,781 ו-1,321 לפסה"נ. אין ראיות ברורות מתי התחיל הלוח, אבל ישנם כמה חוקרים שסבורים שהתאריך הראשון היה תחילת הלוח. אם השערה זו נכונה הרי שמדובר בתאריך הקדום ביותר הידוע של כרונולוגיה היסטורית.

בבניית הפירמידות במצרים ניכרים הישגיהם של המצרים באסטרונומיה. הן בכיוון המדויק לרוחות השמיים והן בכיוון אלמנטים שונים לאירועים אסטרונומיים כמו עמדות כוכבים בעונות השנה. המצרים יישרו את הפירמידות והמקדשים שלהם לכיוון צפון מכיוון שהם האמינו שהפרעונים שלהם הפכו לכוכבים בשמים הצפוניים לאחר מותם. כדי להבטיח שמלך יצטרף לכוכבים, הפירמידות כוונו צפונה לעבר הכוכבים ה"בלתי ניתנים להריסה" דבר שהיה אמור להעניק לפרעונים המתים גישה ישירה לשמי הצפון.

אסטרונומיה של בני המאיה

מכל העולם העתיק, אלו שתוצאותיהם הכי מדויקות - ובהפרש משמעותי משל שאר בני זמנם - הם בני המאיה, מהמאה החמישית לפני הספירה.

אורך השנה הטרופית ע"פ חשבונם מדויק מאוד - הרבה יותר משל היוונים (סטיה של 18 שניות לשנה בלבד), אורך מחזור הירח די מדויק - 29 יום 12 שעות 44 דקות 1/3 26 שניות. אורך מחזור נוגה מדויק מאוד: 584 יום (היום ידוע לנו: 583.92). כמו כן הם היחידים שגילו - לפני המצאת הטלסקופ - שערפילית אוריון (כסיל) היא מטושטשת ויש בה כוכבים מפוזרים ולא נקודה בודדת. גם הם חישבו את זמני ליקויי החמה והלבנה.

 האסטרונומיה ביוון העתיקה
ממוזער|250px|איור הממחיש את מדידת היקף כדור הארץ שביצע ארטוסתנס:
S - אסואן, שבה בעת המדידה השמש בדיוק בזנית
A - אלכסנדריה, שם מדד ארטוסתנס את אורך הצל שמטיל עמוד אנכי
 - הזווית בין קרני השמש לעמוד באלכסנדריה
 - המרחק בין הערים
ממסופוטמיה עברה גחלת האסטרונומיה לעולם ההלניסטי, שבו מוקד העיסוק השתנה מאירועים כגון ליקויי חמה ולבנה והפקת לוחות שנה למיפוי כיפת השמים, יצירת קטלוגים, מדידות מידות ומרחקים, ותאוריות קוסמולוגיות שחלקן קיימות עד היום. לשם כך הם נעזרו בידע בגאומטריה

כתבים המיוחסים לאסטרונום אאודוקסוס מקנידוס, מן המאה הרביעית לפני הספירה, כוללים מודל גיאוצנטרי, לפיו כדור הארץ היה במרכז וסביבו סבו השמים כולם. אצל אוודוקסוס, כל כוכב לכת נע כאילו הוא משובץ בכדור גדול שמרכזו מתלכד עם מרכז כדור הארץ, בעוד שהכדור סב על צירו. כדי להסביר את הנתונים האסטרונומיים, אוודוקסוס נאלץ להניח שציר הסיבוב עצמו אינו קבוע, אלא נוקף במעגל קטן כמו ציר הסיבוב של סביבון.

דמוקריטוס גם הוא מהמאה ה-4 לפני הספירה, הבין לראשונה, שמה שאנו מכנים שביל החלב, הוא האור שאנו רואים מהכוכבים הרחוקים בשמי הלילה. פילוסופים אחרים, כמו אריסטו, יצאו נגד טענה זו.

דמוקריטוס היה בין הראשונים, שהציעו שהיקום כולל עולמות רבים, חלקם מיושבים:

תאוריה זו נשכחה והוצעה מחדש רק כעבור כ-2000 שנה על ידי ג'ורדנו ברונו.

ארטוסתנס, מתמטיקאי, גאוגרף ואסטרונום יווני שחי באלכסנדריה במאה ה-3 לפני הספירה, הצליח למדוד את היקף כדור הארץ בקירוב טוב למדי באמצעות חישוב גאומטרי, מדידת הצל בשני מקומות שונים והערכת המרחק ביניהם.
שמאל|ממוזער|250px|השיטה לפיה חישב אריסטרכוס את יחס הגדלים ארץ:ירח (לחצו על התמונה להגדלה)
אריסטרכוס מסאמוס היה אסטרונום ומתמטיקאי מהאי סאמוס ביוון העתיקה, שפעל במהלך המאה ה-3 לפני הספירה. הוא נחשב לראשון שהציע מודל הליוצנטרי ברור של מערכת השמש, שבו השמש נמצאת במרכז היקום הידוע ולא (וזו גם הסיבה שהוא ידוע לפעמים כקופרניקוס היווני).

הישג נוסף של אריסטרכוס היה מדידה של יחס הגדלים בין הארץ לירח. לשם כך הוא השתמש שעון חול וליקוי ירח. שמאחר ובעת הליקוי הירח חולף בצל כדור הארץ, יחס הזמנים בין התכסות בצל הארץ לבין יציאה ממנו הוא גם יחס הגדלים. המדידה הניבה תוצאה מדויקת כמעט - אריסטרכוס מדד יחס זמנים של 5 ל-19, שקרוב מאוד (כדי 97%) ליחס האמיתי. בזכות מדידה זו יכול היה להעריך הן את גודל הירח (שכן היו כבר הערכות לגבי גודל כדור הארץ) והן את המרחק לירח - על ידי חישוב המרחק בו עצם בגדלו של הירח יראה בגודל זוויתי של כ-30 שניות.
שמאל|ממוזער|250px|בשיטה זו העריך אריסטרכוס כבר לפני למעלה מ-2,000 שנה את היחס בין מרחק הארץ מהירח והשמש (לחצו על התמונה להגדלה)
הישג גדול נוסף של אריסטרכוס היה מדידת היחס בין המרחק ארץ-ירח למרחק ארץ-שמש. הוא התבסס על עבודותיהם של תאלס ואנכסגורס ולפיהן קבע שבעת שאנו צופים בחצי ירח חייבת להיות זווית בת 90 מעלות בין השמש לירח ולארץ. נותר לו למדוד את הזווית בין השמש לירח כפי שהיא נראית מהארץ. במדידה זו שגה אריסטרכוס והגיע לתוצאה השגויה של 87 מעלות, בעוד שבפועל הזווית היא 89.85 מעלות. לכן שגה בתוצאה והסיק שהשמש רחוקה פי 19 מהירח, בעוד שבפועל היא רחוקה פי 375 לערך. עם זאת, מדידה זו היא מופת קדום לשיטה מדעית בפעולה, על אף שגיאת המדידה. ככל הנראה ספרו של אריסטרכוס שבידינו נכתב בתחילת מחקריו, ובהמשך שכלל את מדידותיו והתקרב הרבה יותר לתוצאה הנכונה ואל המדידות האלה נחשף ארכימדס. כך גם ניתן להבין מאין שאב את רעיונותיו על ממדיו הכבירים של היקום.

 המודל הגאוצנטרי 
שמאל|ממוזער|250px|מערכת שמש גאוצנטרית

מקור השם גאוצנטרי הוא ביוונית: גאו (=ארץ) וצנטרון (=מרכז). כלומר - ההשקפה לפיה כדור הארץ במרכז, הוא מרכז היקום לפי מודל זה, כלומר: השמש, הירח, הכוכבים וכוכבי הלכת סובבים את כדור הארץ. לאחר גילוי צורתו הכמעט-כדורית של העולם על ידי היוונים נוצר מודל זה. מודל זה היה נפוץ בעולם ההלניסטי ורעיונות דומים לו היו נפוצים בשאר העולם (הודו העתיקה, סין העתיקה).

במהלך המאה ה-3 לפני הספירה התפרסמה הפיזיקה של אריסטו ששלטה במדע במשך מאות שנים. לפי אריסטו כדור הארץ נמצא במרכז היקום. אריסטו הגיע מכאן גם למסקנות נוספות על טיבו של היקום - התאוריה של אריסטו לגבי כבידה גרסה שכל הגופים נעים לעבר מקומם הטבעי. לטענת אריסטו המקום הטבעי של גופים מסוימים הוא מרכז היקום - כלומר מרכז כדור הארץ, ולכן הם נופלים כלפיו. לגופים אחרים, מקום טבעי זה הוא הספירות השמימיות, משום כך גזים, וקיטור לדוגמה, מתרחקים ממרכז הארץ כלפי השמים והירח.

במאה השנייה לספירה גיבש תלמי את המודל הגיאוצנטרי. מודל חיזק את הראיה אנתרופוצנטריות של היקום ובהמשך אומץ במאה ה-13 על ידי הכנסייה הקתולית, ומשל בכיפה עד לימי גלילאו. המודל היה פופולרי בין היתר בזכות חיזוי טוב למדי של מועדי ליקוי ירח וחמה ושימוש במיקומי הכוכבים לצורכי ניווט.

לפי המודל הגאוצנטרי 55 ספירות (Spheres) בדולח הכילו את השמש הכוכבים וכוכבי הלכת. עם זאת כיפת השמים לא צייתה למודל זה. כוכבי הלכת התנהגו בדרכים מוזרות: נעו קדימה ואחורה בצורה שנראתה בלתי צפויה. כדי להסביר זאת אריסטו טען שכוכבי הלכת נעים לא בדיוק לפי סיבוב הספירות אלא גם לפי סיבוב של ספירות קטנות יותר על הספירות: אפיציקלים. תלמי העמיק במדידותיו את המודל עם אפיציקלים על-גבי אפיציקלים בכמויות מרובות. הוא גם שינה את המרכז שסביבו סובבים הכוכבים מכדור הארץ לנקודה קרובה לו.

המודל הגאוצנטרי שרד עד המאה השש-עשרה והוחלף בהדרגה במודל ההליוצנטרי של קופרניקוס, גלילאו וקפלר.

 האסטרונומיה בימי האימפריה הרומית
האנציקלופדיה הראשונה בהיסטוריה, תולדות הטבע מאת פליניוס הזקן, יצאה בשנת 77 לספירה, ובה אסטרונומיה היא הנושא הראשון, בכרך השני. פליניוס מתאר את היקום הידוע, ומותח ביקורת נוקבת על ניסיונות בתחום הקוסמולוגיה ומציגם כטירוף, כולל הדעה שיש אינספור עולמות אחרים מלבד כדור הארץ. הוא מסכים עם תאוריית ארבעת היסודות (האריסטוטליים), אש, אדמה, אוויר ומים. כרוב בני תקופתו הוא תמך במודל הגאוצנרטי ומתעד את שבעת "כוכבי הלכת" כולל השמש והירח המקיפים לכאורה את כדור הארץ. כדור הארץ מתואר ככדור, תלוי באמצע החלל. הוא רואה כחולשה ניסיונות למצוא את צורתו של האל או להניח שליצור כזה יהיה אכפת מענייני אנוש. הספר מזכיר ליקוי חמה, אך מחשיב את האלמנך של היפרכוס לגרנדיוזי בגלל שהוא מתיימר לדעת איך הטבע פועל. הוא מצטט את הערכתו של פוסידוניוס שהירח נמצא במרחק של 230,000 מיילים מכדור הארץ. הוא מתאר שביטים, ומציין שרק אריסטו תיעד ראייה של יותר משביט אחד בבת אחת.

בתקופה הרומאית חל קפאון באסטרונומיה, שבתקופה זו עיקר תפקידה היה ביישומה המעשי (לדעת מאמיניה באותה תקופה), האסטרולוגיה. ברבע השני של המאה השנייה לפני הספירה ערך היפרכוס קטלוג שכלל כ-1000 כוכבים, והצביע על אי-דיוקים במודלים האסטרונומיים של מערכת השמש שהיו מקובלים בתקופתו.
מעט מאוחר יותר התקין יוליוס קיסר, המנהיג הרומאי החשוב, לוח אחיד באימפריה הרומית, הוא הלוח היוליאני.

אסטרונומיה בימי הביניים-שליטת המודל הגיאוצנטרי
לאחר נפילת האימפריה הרומית עבר לפיד האסטרונומיה לערבים (עם עליית האסלאם) ולהודים ולסינים שקיבלו אותה דרך דרך המשי. בעוד ההודים והסינים, שעסקו באסטרונומיה עוד לפני זאת, לא פיתחו את האסטרונומיה במיוחד בתקופה זו, הערבים, שעד עליית האסלאם היו עם מפגר אחרי העמים שבסביבתו, החלו בתקופה זו במחקר אסטרונומי רב כפי שלא נראה עד אותה תקופה, ועד היום רוב הכוכבים שלהם שם שאינו תחת מערכת מתן שמות מסודרת - שמם ערבי. אחת המוטיבציות לכך הייתה שימוש בניווט אסטרונומי למסעות ימיים ואחד האמצעים שסייעו בידם הייתה המצאה יוונית בשם אצטרולב.

באירופה, הבקיאות בשפה היוונית התמעטה וכתבים מפורטים שנכתבו ביוונית על תחום האסטרונומיה הפכו לפחות נגישים ואת מקומם תפסו תקצירים או מאמרים ישומיים בלטינית. עיקר העניין באותה עת בתחום האסטרונומיה היה בהקשר של לוחות השנה וקביעת מועדי החגים הנוצריים (כך למשל, חיבור של בדה ונרביליס שימש לקביעת המועד המדויק של חג הפסחא) ומצד אסטרולוגים.

במאה ה-12 משכילים אירופאים כדוגמת סילבסטר השני ערכו מסעות אל ספרד וסיציליה עקב השמועה על הידע הקיים בעולם הערבי הקשור לאסטרונומיה ועריכת לוח השנה ובפרט האצטרולב. כתבים בערבית ויוונית תורגמו ללטינית והעשירו את הידע באירופה, באוניברסיטאות שהחלו לקום באותה עת נלמדה גם אסטרונומיה וכתבים חדשים נוצרו, כדוגמת אלו של יוהנס דה סקרובוסקו.

בארצות האסלאם פעלו מספר מרכזים לחקר הכוכבים. בין היתר ניתן לציין מצפה הכוכבים אולוג בג ומצפה הכוכבים הגדל בנבנה באיסטנבול בשנת 1577 שנוהלה על ידי מונאג'ים באשי אך נהרסה לאחר כמה שנים.

אסטרונומיה בעת החדשה

בבוא ההרנסאנס האיטלקי התפתחה רבות האסטרונומיה באיטליה, ומשם עברה לשאר אירופה הנוצרית עם התפתחות הרנסאנס. התגליות והמודל של ניקולאוס קופרניקוס, קיבלה חיזוק באמצעות תצפיות ותאוריות של גלילאו גליליי ויותר מכל - של יוהאנס קפלר פתחו את הצוהר לתאוריה החדשה של האסטרונומיה: התאוריה ההליוצנטרית לפיה השמש במרכז היקום וכדור הארץ ושאר גרמי השמים סבים סביבה. היום והלילה נגרמים כתוצאה מסיבוב כדור הארץ סביב צירו פעם ביממה, ולא בגלל סיבוב השמש סביב כדור הארץ.

ממוזער|רישומים ותצפיות של גלילאו על הירח גילו שפני שטחו הרריים
באותן שנים גליליי שכלל את הטלסקופ והפך אותו מאביזר אשליה ושעשוע כפי שנתפס אז (כדוגמת קליידוסקופ או חדר מראות) לכלי מדעי אמין ואמצעי תצפיות חשוב ביותר של האסטרונום. המשכילים של אותה עת הביעו ספקנות רבה ועדיין חשדו כי מדובר באביזר אשליה, אך גליליי הציג את תגליותיו והצליח לבסס את התאוריה החדשה והטלסקופ הפך לכלי החשוב ביותר באסטרונומיה במאות הבאות. שכלול הטלסקופ והשיפורים שהוכנסו בו לאורך השנים (כדוגמת פיתוח עדשה אכרומטית) עזרו לגילוי המוני כוכבים, ותרמו לאין ערוך לקידום תחומי מדעים אחרים, כדוגמת פיזיקה או אלקטרוניקה.

המודל ההליוצנטרי
ממוזער|250px|שמאל|מערכת שמש הליוצנטרית

מקור השם הליוצנטרי הוא ביוונית הליוס (=שמש) וצנטרון (=מרכז), כלומר ההשקפה לפיה השמש במרכז. המודל, שנוגד את האינטואיציה (שהרי כשמסתכלים לשמי הלילה רואים את הכוכבים נעים), היה מוכר כבר ליוונים והועלה על ידי הפיתגוראים ואריסטרכוס. גם במאה החמישית מודל הליוצנטרי הוצע בהודו על ידי האסטרונום ההודי אריבהאטה.

עם זאת רק במאות השש-עשרה והשבע עשרה המודל הועלה מחדש במערב על ידי קופרניקוס (בחוברת קומנטריולוס (1514) ובספרו על הקפות כיפות השמיים שפורסם ב-1543) וגלילאו (אשר החל לתמוך בו בסביבות 1597) וזכה לביסוס מתמטי בעזרת קפלר שהתבסס על תצפיותיו המדויקות של טיכו ברהה. עם זאת, התאוריה לא התקבלה בברכה על ידי הכנסייה הקתולית, וקופרניקוס, שחשש ממנה, נמנע מפרסום עבודתו עוד בחייו. עבודתו של גליליי שתמכה במודל ההליוצנטרי, התקבלה כביזוי האפיפיור, למרות קשריו הטובים עמו, והוא נאלץ לעמוד למשפט האינקוויזיציה ולשבת במעצר בית עד סוף חייו.

להתפתחות המודל ההליוצנטרי באירופה היו מספר שלבים: תחילה הופיע המודל של קופרניקוס בו כל מערכת השמש פרט לירח סובבת סביב השמש, לאחר זמן הופיע המודל הטיכוניאני של טיכו ברהה לפיו השמש והירח מקיפים את כדור הארץ ושאר מערכת השמש מקיפה את השמש (משום שלא עמד לרשותו טלסקופ מתאים, לא הצליח לזהות היסט ולכן הניח שאין תנועת כוכבים). טיכו הצביע גם על קיומם של כוכב שביט וכוכב שבת נוסף (כיום ידוע שהיה מדובר בסופרנובה), עובדה שמעידה על הדינמיות של השמיים, מה שסתר את הרעיון של גרמי השמיים שאינם משתנים, חלק מהמודל שהכנסייה הגנה עליו. גילוי ירחי צדק על ידי גלילאו בינואר 1610 יצר סדק נוסף במודל הגיאוצנטרי לפיו כל הגופים השמימיים מקיפים את הארץ.

בשני המודלים, ההליוצנטרי והטיכוניאני, תנועת ההקפה הייתה מעגלית לחלוטין, ולכן עדיין נדרשו המוני אפיציקלים כדי לתאום את המציאות. ב-1609 פורסמו בספרו של קפלר "האסטרונומיה החדשה", שניים מחוקי קפלר ולפי מודל זה, התנועה של הגופים השמימיים אליפטית ולכן התצפיות היו תואמות אפילו יותר משל המודל הגאוצנטרי. החוליה החסרה במודל הייתה הקשר בין אסטרונומיה לפיזיקה ואותה השלים אייזק ניוטון עם עבודתו בנוגע לכוח הכבידה. ניוטון הסביר לא רק כיצד מערכת השמש בנויה אלה גם מה חוקי הטבע המושלים בה וסיפק הסבר כללי למכניקה שהתקיימה הן ביחס לתנועת הכוכבים והן ביחס לתנועת גופים על כדור הארץ.

הכנסייה הקתולית אימצה את המודל רק לאחר תצפיותיו של ג'יימס בראדלי במאה ה-18, כאשר הצליח לזהות היסט. גם הכנסייה הפרוטסנטית והוגים יהודים התנגדו בתחילה למודל ההליוצנטרי בגלל טיעונים דתיים שהתסמכו על התנ"ך כמו "שמש בגבעון דום".

המהפכה הקופרניקאית חוללה טלטלה ברחבי אירופה, והובילה, לצד גורמים אחרים, לשינוי תפיסתי נרחב, בכל תחומי הדעת והתפיסה. כוחה של הכנסייה התערער, ונפתח הפתח לתקופה חדשה - העת החדשה. המהפכה הקופרניקאית נחשבת לחלק מרכזי מאוד במהפכה המדעית, ומקובל לקבוע את שנת 1543 (שנת פרסום ספרו של קופרניקוס) כנקודת הפתיחה של המהפכה. המהפכה הקופרניקאית נחשבת העימות הראשון ואולי המפורסם ביותר בין תאולוגיה למדע. היא הייתה המקרה הראשון בו המדע החליף את הגורמים המניעים את העולם בחוקי טבע במקום ברצונם של אלים (אלי שמש או אלוהים). שינוי נוסף נבע לדוגמה ביחס להתפתחות היקום וגילו. מאמונה בבריאת העולם ב-6 ימים ליצירת תאוריות ותצפיות לחישוב גיל היקום או התפתחות מערכת השמש. שינויים נוספים נגעו למקומו של האדם ביקום ובהיסטוריה, ערעור על תפיסת החושים, המהפכה הקופראנית הייתה אחד המקרים הראשונים, בהם הגיון ותצפיות וזהירים הובילו למסקנות ותאוריות שנראו לאנשים חכמים רבים כנוגדת את השכל הישר.

תגליות מרכזיות

 מסלולי כוכבי הלכת (אליפטיקה) - יוהאנס קפלר - 1605
 גילוי ירחי צדק - גלילאו גליליי - 1610
  גילוי טבעות שבתאי - כריסטיאן הויגנס - 1659
 גילוי אורנוס - ויליאם הרשל - 1781
 גילוי כוכב הלכת נפטון - יוהאן גלה - 1846

ערפיליות או גלקסיות נוספות?

בשלהי המאה ה-17 יזם האסטרונום הבריטי ויליאם הרשל סקר שמים מקיף, אותו ביצע בטלסקופים שבנה במו ידיו. במסגרת הסקר בנה הרשל הערכה גסה של המבנה התלת-ממדי בו פזורים הכוכבים. הוא הופתע לגלות שכוכבי השמיים אינם מפוזרים באופן אחיד, אלא ערוכים במעין דיסקה שמרכזה נפוח, ומישור הדיסקה הוא שביל החלב - חגורה רחבה הנראית בעין בלתי מזוינת כענן זרחני בשמי הלילה.

אחרי שהרשל פרסם את תוצאותיו טבע הפילוסוף עמנואל קאנט את המונח גלקסיה. קאנט שיער שקיימות גלקסיות רבות, בניגוד להרשל שסבר ששביל החלב הוא הגלקסיה היחידה ביקום, ולמעשה היא היקום כולו. מחלוקת זו, שהתפרסמה בשם המחלוקת הגדולה, שיסעה את עולם האסטרונומיה למשך יותר ממאה שנה, הרבה אחרי שקאנט והרשל הלכו לעולמם.

עם שיפור הטלסקופים החלו האסטרונומים לקטלג ערפיליות, שהן גרמי שמים חיוורים. חלק מהערפיליות היו ללא מבנה מוגדר, אך אחרות נראו כדיסקה שמרכזה נפוח, בדומה למבנה שביל החלב. תומכי מחנה קאנט טענו שאלו אינן ערפיליות כלל, אלא גלקסיות אחרות, הנמצאות מחוץ לגלקסיית שביל החלב. מצדדיו של הרשל ענו שדמיון במבנה אינו מחייב זהות בממדים, וגרסו שאפשר שאלו מערכות שמש בשלב מוקדם של יצירתן. במקביל הצליחו למדוד מרחקים לכוכבים קרובים, אך ללא שיטה למדידת המרחק ל"ערפיליות" דמויות הדיסקה לא ניתן היה ליישב את המחלוקת.

ההכרעה הגיעה רק בשנות העשרים של המאה ה-20, מתגלית של אסטרונום צעיר בשם אדווין האבל. האבל זיהה קפאיד באחת ה"ערפיליות", והסתייע בתוצאות מחקריה של האסטרונומית הנרייטה ליוויט לחישוב המרחק לקפאיד זה. החשבון הניב תוצאה בת מאות אלפי שנות אור - בשני סדרי גודל מעל כל מרחק כוכבי שחושב קודם לכן - ולמעשה הוכח מעל כל ספק כי שביל החלב אינה הגלקסיה היחידה ביקום.

אמצעים חדשים, תאוריות מודרניות וחקר החלל בחזית המדע

לאורך השנים שוכללו שיטות המחקר האסטרונומיות וגילויים חדשים תרמו לפיתוח התאוריות המדעיות שלהן הייתה השפעה על יישומים טכנולוגיים. במקביל, בדומה לתהליך שאירע עם גיבוש המודל ההליוצנטרי, פיזיקאים חתרו לגלות את "הגביע הקדוש" של המדע והוא התאוריה של הכול, איחוד תורות או תאוריות שונות מתחומים שונים לכאורה. כך למשל גילוי הקשר בין חשמל ומגנטיות, הקשר בין כוחות מגע בין חומרים לתגובות חשמליות בין חלקיקים, בין קשרים כימיים לכוחות חשמליים. התנהגות האור עצמו הייתה אפופה מסתורין-בתחילת המאה ה-20, נמצא כי האור הוא גם גל וגם חלקיק-הייתה לכך השלכה גם על חקר החלל. תצפיות החלל הפכו לשדה ניסויים גדול ושימשו גם לאישוש תאוריות על אבני הבניין הבסיסיות ביותר של החומר, היווצרות היקום ושאלת הצפוי לו.

בראשית המאה ה-20 אלברט איינשטיין פיתח את תורת היחסות הפרטית בשל פער בהסבר תופעה אלקטרומגנטית של מוליך הנע בשדה מגנטי והזרם העובר בו-מטרתו הייתה להגדיר במדויק מושגי מרחב וזמן. בין המסקנות והיישומים שנבעו מתורה זו היו שקילות המסה והאנרגיה וקיומו האפשרי של אנטי-חומר. תורה זו גם תרמה לתיאור נכון של תופעות במכניקת הקוונטים.

לפי תאוריות הפיזיקה הקלאסית של ניוטון ומקסוול, הבדלים במהירות האור בתוך "אתר נושא האור" אמורים להיות קיימים בכיוונים שונים. ניסוי מייקלסון-מורלי שנועד למצוא הפרשים כאלו לא מצא הפרשי מהירות ובראייה לאחור, "כישלון" זה למעשה הוכיח את נכונות תורת היחסות הפרטית שאינה מניחה שאתר קיים. ההרחבה לתורה זו, תורת היחסות הכללית, מתייחסת גם לכבידה והשפעתה על המרחב והזמן. תורה זו חוזה את קיומם של חורים שחורים. מסקנה נוספת של תורה זו הייתה שהגלקסיות אמורות לנוע אחת אל השנייה בשל קיומו של כוח משיכה הדדית, אך איינשטיין האמין בקיומו של יקום סטטי ולכן הוסיף קבוע קוסמולוגי, שמסמל כוח דחייה תאורטית בין הגלקסיות. תצפית אסטרונומית שנערכה ב-1919 בעת ליקוי חמה לכאורה הוכיחה את הסטת אור הכוכבים כפי שניתן היה לחזות.

בראשית המאה ה-19 יוזף פראונהופר פיתח את הספקטרוסקופ. כאשר מצא הבדל בין ספקטרום האור הנפלט של סיריוס לספקטרום של כוכבי שבת אחרים, הוא יצר את תחום הספקטרוסקופיה הכוכבית (יישום ספקטרוסקופיה לגילוי הרכבם הכימי של הכוכבים, טמפרטורה, מהירות, צפיפות). ההתקדמות במכניקת קוונטים תרמה לפיתוח הספקטרוסקופיה. יישום חשוב לספקטרוסקופיה נמצא כמאה לאחר מכן-במהלך תצפיות במסגרת עבודתו במצפה הכוכבים בשנות העשרים של המאה ה-20, אדווין האבל גילה שהקרינה המגיעה מהגלקסיות המרוחקות מוסחת לאדום ולמעשה היקום מתפשט (ובעקבות כך איינשטיין הודה בטעותו והסיר את הקבוע הקוסמולוגי) ועל כן תאוריית המפץ הגדול נכונה בעיקרה. בסוף המאה ה-20 התגלה שקצב התפשטות היקום אף מואץ וההסבר שנמצא לכך הוא קיומה של "אנרגיה אפלה", ועל כן הקבוע הקוסמולוגי נוסף בשנית לנוסחאות-זהו מודל למדא-CDM.

האסטרונומית אנני ג'אמפ קאנון, אשר יחד עם צוותה סיווגה למעלה מרבע מיליון כוכבים לפי בהירותם, התפרסמה בזכות עבודתה על סיווג ספקטרלי (סיווג הרווארד). דיאגרמת הרצשפרונג-ראסל, המתבססת על הסיווג הספקטרלי, קושרת בין בהירות המוחלטת של כוכב לבין טמפרטורת פני השטח שלו ומאפשרת לסווג את הכוכב ולהעריך את אורך חייו והשלב שבו הוא נמצא במחזור החיים שלו. לאורך הדיאגרמה ישנה עקומה המכונה הסדרה הראשית-מיקום הכוכבים על העקומה תלוי בגילם ובמסתם ההתחלתית. בשנות ה-40 הוכנס לשימוש סיווג ירקס המתחשב גם בהשפעת רדיוס הכוכב על הארתו. עבודות אלו תרמו להבנה של מחזור החיים של כוכבים.

בשנות ה-30 של המאה ה-20, הודות להתפתחויות בטכנולוגיית הרדיו והמכ"ם החלו המדענים לחקור גם תחומים בספקטרום האלקטרומגנטי שאינם בתחום האור הנראה, ובפרט גלי רדיו (רדיו-אסטרונומיה). כמו במקרים רבים, הדבר התגלה במקרה על ידי קארל ג'נסקי בשנות ה-30, כאשר בנה אנטנה לשידור טרנס-אטלנטי וחיפש גורמי רעש וגילה שאחד הגורמים מגיע מחוץ לכדור הארץ, במרכז גלקסיית שביל החלב. עם גילוי קו המימן ב-1951, נוסד תחום ספקטרוסקופיית הרדיו. בשנות ה-40 נעשה ניסיון ליצור רדיו-אינטרפרומטר באמצעות אנטנה הסמוכה לים. בשנות ה-60 פורסמה שיטה לניתוח המידע המתקבל. ב-1965 הפיזיקאים ארנו פנזיאס ורוברט וילסון גילו באקראי את קרינת הרקע הקוסמית, תגלית שהכריעה לטובת תאוריית המפץ הגדול אל מול תאוריית המצב היציב שהוצעה כנגדה.

בעקבות פיתוח יכולת השיגור לחלל, שוגר לחלל טלסקופ האבל שתרם רבות לחקר החלל והערכת גיל היקום ולאחריו שוגרו נוספים. אטמוספירת כדור הארץ חוסמת סוגים שונים של קרינה ולכן יש תצפיות שמתאפשרות רק מחוץ לאטמוספירה, אך ישנו מערך של טלסקופים אשר מצלם גם מפני הקרקע. בשנת 2019 החל לפעול מערך טלסקופים שהביא תיעוד ראשון מצולם של חור שחור.

אימות תופעות שונות כגון גלי כבידה (שנחזו לפי תורת היחסות הכללית) וקיומם של חלקיקים שנחזו לפי המודל הסטנדרטי כמו נייטרינו עשויים לשמש בעתיד לפיתוח יכולות תצפית חדשות. מאידך, המודל הסטנדרטי תוקן בהתאם לתצפיות אסטרונומיות שגילו כי לנייטרינו יש מסה.

ביהדות

ביהדות נודעה חשיבות רבה לעיסוק בחישובים האסטרונומיים, לצורך קביעת לוח השנה העברי וקביעת זמני חגי ישראל ומועדיו, שנקבעו עד אמצע תקופת האמוראים על סמך תצפיות בירח וחישובים אסטרונומיים. על פי חז"ל, ישנה גם מצווה לחשב תקופות ומזלות, דהיינו לעסוק בחישובים אסטרונומיים ("מזל" בארמית פירושו כוכב).

חכמי הסנהדרין היו חייבים להיות בקיאים באסטרונומיה, ובידיעותיהם השתמשו לצורך תפקידיהם בקידוש החודש ועיבור השנה. את ראשי החדשים קבעו על סמך עדים שהגיעו לבית הדין והעידו שראו את הלבנה החדשה, אך מהימנותם של העדים נבדקה על סמך ההיתכנות האסטרונומית לראיית הלבנה החדשה. בתלמוד מובאים כמה כללים שעל פיהם יכלו לאמת את נכונות העדות, כגון: , כלומר, החלק החשוך של הירח (להבדיל מהצד ההפוך של הירח) לעולם לא יפנה לכיוון השמש (מכיוון שהשמש היא זאת שמאירה את הירח), ולכן עדים שהעידו שפגימת הלבנה פנתה לכיוון השמש איננה קבילה; הלבנה אינה אמורה להיראות בארץ ישראל עד שש שעות אחרי המולד, ולכן עדים שראו את הלבנה מוקדם יותר אינם מהימנים. אך רבן גמליאל עצמו קיבל עדים כאלו, על סמך מסורת מאבותיו שלפעמים המולד האמיתי מתרחש לפני המולד הממוצע ולפעמים אחרי המולד הממוצע.

גם את זמן המולד הממוצע (החודש הסינודי) קבעו חז"ל. כך קובע התלמוד כי זמנו הוא 29 יום 12 שעות ו-793/1080 של שעה, לאחר המולד הקודם

כמה מחכמי ישראל היו ידועים בבקיאותם בחכמת האסטרונומיה. האמורא שמואל העיד על עצמו שהוא בקי בשבילי הרקיע כמו בשבילי נהרדעא עירו, ואף הרמב"ם הביא באריכות חישובים אסטרונומיים מורכבים כדי ללמד את מסלולי השמש והירח לצורך הלכות קידוש החודש (משנה תורה, ספר זמנים, הלכות קידוש החודש). בתלמוד אף הובאו כמה ידיעות אסטרונומיות, כגון: חישוב ארבע התקופות; אורך שנת החמה הוא 365 יום ורבע (על פי ערובין נ"ה ע"א); שנת החמה ארוכה באחד עשר יום משנת הלבנה; ועוד.

לקריאה נוספת

 קיצור תולדות הטלסקופ, "קרסו מדע בלוג"

 קישורים חיצוניים 

400 שנה לצפייה הראשונה באמצעות טלסקופ בידי גלילאו גליליי, יוניברס טודיי, 25 אוגוסט 2009
2,600 שנה לחיזוי המדעי המוצלח הראשון – ליקוי החמה של תאלס שגרם להפסקת מלחמה, אבי בליזובסקי, 29 מאי 2015


הערות שוליים

*