Astronomijas attīstība
Astronomija ir viena no vecākajām zinātnēm. Tā radusies no nepieciešamības orientēties telpā un laikā, izskaidrot novērojamās debess parādības un, ja iespējams – iemācīties paredzēt tās. Debess parādības un spīdekļi tika godāti kā dievības, tādēļ astronomiskajiem novērojumiem bija rituāla nozīme. Senajām klejotāju ciltīm sākot nodarboties ar zemkopību, radās nepieciešamība savlaicīgi noteikt gadalaikus. Savukārt tautām, kas dzīvoja pie jūras, astronomijas zināšanas bija nepieciešamas sekmīgai kuģniecībai. Tā astronomija ieguva arī praktisku nozīmi.
Debess spīdekļi un parādības attēloti jau alu un klinšu zīmējumos, bet senākās liecības par astronomiskajiem novērojumiem sniedz vēlā akmens laikmeta (neolīta) arheoloģiskie pieminekļi. Dažviet Eiropā un Āzijā saglabājušies akmens stabi un akmeņu riņķi, kas lietoti svarīgu astronomisku virzienu noteikšanai. Pēc rietošās Saules stāvokļa pie horizonta bija iespējams noteikt saulgriežu momentus un līdz ar to arī gadalaikus un gada garumu. Lielākā “akmens laikmeta observatorija” ir Stonhendža Lielbritānijā. Līdzīgi akmeņu krāvumi vai atsevišķi akmeņi ar iecirstām zīmēm sastopami daudzās zemēs, tai skaitā arī Baltijā. Tomēr nav drošu ziņu, ka Latvijā atrastie akmeņu riņķi būtu saistīti ar astronomiskiem novērojumiem.
Babilonija, Senā Ēģipte un Ķīna
Pirmās liecības par astronomiskajiem novērojumiem senatnē sniedz babiloniešu māla ķīļrakstu plāksnītes. Astronomiskie novērojumi Babilonijā sākās aptuveni 2500 gadus p.m.ē. Sākotnēji babiloniešu astronomi interesējās tikai par spožākajām zvaigznēm un raksturīgākajiem zvaigznājiem pie debess, bet vēlāk jau pazina piecas planētas un zināja, ka rīta un vakara zvaigzne ir viens un tas pats spīdeklis – Venēra. Īpašs astronomijas uzplaukums Babilonijā sākās ar 7. gs. p.m.ē.Babiloniešu astronomi ieviesa debess ekliptikas joslas dalījumu divpadsmit zodiaka zvaigznājos. Viņi atklāja arī 19 gadus garo Mēness un Saules kustības ciklu, kas deva iespēju saskaņot Mēness kalendāru ar Saules kalendāru. Īpašu precizitāti babiloniešu astronomija sasniedza pēdējos gadsimtos pirms mūsu ēras, bet drīz pēc tam sākās babiloniešu kultūras noriets.
Trešajā gt. p.m.ē. Nīlas ielejā izveidojās liela valsts, kuru daudzus gadsimtus pārvaldīja faraonu dinastijas. Šīs valsts saimniecībā liela nozīme bija ikgadējiem Nīlas plūdiem, kas nodrošināja zemes auglību, tādēļ Ēģiptē agri sāka lietot Saules kalendāru. Nīlas plūdu paredzēšanai izmantoja Sīriusa pirmo parādīšanos rītausmā, vasaras sākumā pēc neredzamības perioda. Šai zvaigznei bija tik liela nozīme ēģiptiešu dzīvē, ka tas kļuva par auglības un zemkopības dievietes Izīdas iemiesojumu. Arī Saule un Mēness bija ēģiptiešu dievības. Daudzus gadsimtus Ēģiptē valdošais bija Saules dieva (Rā, vēlāk Amona) kults. Nav skaidrs, vai Senajā Ēģiptē regulāri novēroja un mācēja paredzēt aptumsumus, taču nosaukums “saross”, ar kuru apzīmē aptumsumu atkārtošanās periodu, ir radies Senajā Ēģiptē. Astronomijas attīstību Ēģiptē ietekmēja babiloniešu kultūra. No Babilonijas Ēģiptes astronomi pārņēma zodiaka zvaigznāju sistēmu un astroloģijas principus. Vēlāk savukārt daudzi grieķu astronomi apguva astronomijas zināšanas pie Ēģiptes priesteriem.
Senajā Ķīnā astronomija sāka attīstīties vēlāk nekā Babilonijā un Ēģiptē, toties ap 355. g. p.m.ē.ķīniešu astronomi sastādīja astronomijas vēsturē pirmo zināmo zvaigžņu katalogu. Tajā ietilpa vairāk nekā 800 zvaigžņu. Viņi novērojumiem lietoja armilāro sfēru – konstrukciju, kas parāda galvenās debess sfēras līnijas. Šie novērojumi tika veikti speciāli iekārtotos laukumos – observatorijās. Līdz pat mūsdienām savu vērtību saglabājušas ķīniešu astronomiskās hronikas, kurās fiksēti Saules un Mēness aptumsumi, komētu parādīšanās un pārnovu uzliesmojumi. Trīssimt gadus pirms mūsu ēras ķīniešu astronomi pirmie atklāja Saules plankumus un kopš 240. g. p.m.ē. nav palaiduši garām nepamanītu nevienu Haleja komētas parādīšanos. Hronikās fiksētas arī intensīvasmeteoru plūsmas – zvaigžņu lieti.
Antīkajā pasaulē astronomija īpaši attīstījās Grieķijā. Tā pamatojās uz rūpīgiem novērojumiem, kā arī uz grieķu filozofu idejām par pasaules uzbūvi. Astronomijas uzplaukums Grieķijā sākās 6. gs. p.m.ē. Ekliptikas dalījums 12 daļās tika pārņemts no babiloniešiem, bet 19 gadu ciklu Saules un Mēness kalendāra saskaņošanai grieķi atklāja patstāvīgi. Senie grieķi pazina aptuveni pusi mūsdienās zināmo zvaigznāju un ieviesa astronomijas praksē to nosaukumus.
Uzskatos par pasaules uzbūvi sākotnēji valdīja liela dažādība. Daži filozofi uzskatīja, ka Zeme ir plakans, nekustīgs cilindrs. Pitagora skolas filozofi domāja, ka Zeme ir lodveida, griežas ap asi un riņķo ap centrālo uguni. Šajā pasaules uzbūves modelī pirmo reizi planētas bija izkārtotas pareizā attālumu secībā. Tāpat grieķu filozofi izvirzīja daudzus ģeniālus minējumus par Saules un Mēnessaptumsumu cēloņiem, par citu planētu sistēmu un zvaigžņu sistēmu pastāvēšanu. Taču netrūka arī aplamu spriedumu, piemēram, ka Saule atrodas tālāk par zvaigznēm.
Viens no izcilākajiem sengrieķu astronomiem bija Hiparhs. Rūpīgu novērojumu rezultātā viņš izveidoja Mēness un Saules nevienmērīgās kustības teoriju. Izmantojot šo teoriju, Hiparhs varēja paredzēt Saules un Mēness aptumsumus ar 1 līdz 2 stundu precizitāti. Viņš arī sastādīja zvaigžņu katalogu, kurā ietilpa 850 zvaigznes, kas bija iedalītas sešās spožuma klasēs. Salīdzinot savus novērojumus ar senāk veiktajiem novērojumiem viņš atklāja to, ka zvaigžņu koordinātas lēni mainās. Šo efektu sauc par precesiju.
Sengrieķu astronoms Aristarhs novērojot Sauli un Mēnesi noteica, ka Saule ir ievērojami lielāka par Zemi. Šī iemesla dēļ viņš uzkatīja, ka pasaules centrā atrodas Saule, bet Zeme riņķo ap to. Tādējādi kļuva vienkārši izskaidrot dienas un nakts maiņu un citas parādības. Taču viņa teorija netika pieņemta, jo šajā laikā jau valdīja Aristoteļa ģeocentriskā teorija.
Sengrieķu novērojumus un pieredzi izanalizēja un sakārtoja vienotā dabaszinātņu sistēmā sengrieķu zinātnieks Aristotelis. Pamatojoties uz ikdienas pieredzi, viņš pieņēma, ka Zeme ir nekustīga un atrodas pasaules centrā, bet visi debess ķermeņi un zvaigznes griežas ap to. Aristotelis uzskatīja, ka Saule, Mēness, planētas un zvaigznes ir piestiprinātas pie caurspīdīgām, riņķojošām sfērām. Vistuvāk Zemei atradās Mēness sfēra, bet vistālāk - zvaigžņu sfēra. Aristoteļa teorija bija liels solis uz priekšu astronomijas attīstībā, jo tā izskaidroja daudzas parādības un ieviesa zinātniskus izpētes paņēmienus, taču Aristotelis pieļāva arī daudz kļūdu. Sadalot pasauli Zemes daļā, kurā notiek visas mainīgās parādības, un nemainīgajā kosmosā, kopā ar meteoriem “zemmēness” pasaulē nokļuva arīkomētas un novas. Šādi priekšstati astronomijā noturējās turpat vai 2000 gadus! Taču Aristoteļa teorijas galvenā kļūda bija ģeocentrisms – nekustīgas Zemes novietošana pasaules centrā. Vēlāk viduslaiku Eiropā Aristoteļa mācība būtiski kavēja astronomijas un citu dabaszinātņu attīstību.
Balstoties uz Aristoteļa priekšstatiem, sengrieķu astronoms Klaudijs Ptolemajs izveidoja debess ķermeņu kustības matemātisko teoriju. Lai izskaidrotu planētu cilpveida kustību, Ptolemajs pieņēma, ka katra planēta kustas pa nelielu apli – epiciklu, bet epicikla centrs kustas pa lielāku apli –deferentu. Izmantojot Ptolemaja teoriju, varēja samērā precīzi noteikt spīdekļu stāvokļus ilgākam laika periodam uz priekšu. Tiesa, matemātiskie aprēķini bija diezgan sarežģīti – spīdekļu kustības aprakstīšanai bija vajadzīgi 80 epicikli un deferenti.