Μετά τον Ορφέα, τον Ησίοδο και τον Όμηρο αρχίζει η επιστημονική ανάπτυξη της Αστρονομίας στην Ελλάδα με τον Θαλή, περίπου το 600 π.Χ., η οποία χαρακτηρίζεται από την προσπάθεια μιας σειράς αστρονόμων να διατυπώσουν νόμους για τα παρατηρούμενα αστρονομικά φαινόμενα. Στην προσπάθεια τους αυτή ανάπτυξαν και διάφορες υποθέσεις σχετικά με τη δομή και την αρχή του σύμπαντος (κοσμολογία).
Ο Θαλής, που θεωρείται ο πατέρας της ελληνικής και παγκόσμιας φιλοσοφίας έζησε στη Μίλητο από το 624 ως το 564 π.Χ.. Ήταν όχι μόνο παρατηρητής του ουρανού (όπως οι παλιότεροι Ησίοδος, Όμηρος και Ορφέας), αλλά και θεωρητικός αστρονόμος. Ήταν ο πρώτος που είπε ότι η Σελήνη
λαμβάνει το φως από τον Ήλιο. Πρόβλεψε την έκλειψη του ηλίου που έγινε το 585 π.Χ., υπολόγισε πρώτος την διάρκεια του έτους σε 365 ημέρες και ότι η διάμετρος του Ηλίου ήταν το 1/720 της φαινόμενης τροχιάς του περί τη Γη. Συγχρόνως βρήκε ότι η σχέση αυτή υπάρχει και μεταξύ της διαμέτρου της Σελήνης και της τροχιάς της περί την Γη. Γνώριζε, επίσης, ότι οι εκλείψεις του ήλιου παρουσιάζονταν σε περιόδους 223 σεληνιακών κύκλων. Δίκαια λοιπόν θεωρείται ο πρώτος Έλληνας αστρονόμος.
Ο Αναξίμανδρος. (610-545 π.Χ.) ήταν νεότερος, μαθητής και διάδοχός του Θαλή στη σχολή της Μιλήτου. Υποστήριζε ότι η αρχή των όντων ήταν το άπειρο, δηλαδή η αιώνια και συνεχώς μεταβαλλόμενη ύλη, επινόησε το πρώτο ηλιακό ημερολόγιο, σχεδίασε τον πρώτο χάρτη της έως τότε γνωστής γης και ασχολήθηκε με αστρονομικά και κοσμολογικά ζητήματα. Θεωρείται ο πρόδρομος της μαθηματικής προσέγγισης στην αστρονομία. Μίλησε πρώτος για το ότι η Γη είναι μετέωρη και για την κίνηση της γύρω από το κέντρο του κόσμου (προφανώς τον ήλιο). Μέτρησε πρώτος τις αποστάσεις των πλανητών από τη Γη καθώς και τα μεγέθη τους. Σχεδίασε τον πρώτο χάρτη της ουράνιας σφαίρας, χάραξε την κίνηση του Ήλιου πάνω στην εκλειπτική, μέτρησε δε με σχετική ακρίβεια την λόξωση της εκλειπτικής (24ο αντί της σωστής 23ο 27′). Υπολόγισε με τον γνώμωνα τα ηλιοστάσια και τις ισημερίες.
Ο Αναξιμένης (585-528 π.Χ.) διαδέχτηκε τον Αναξίμανδρο στη σχολή. Πίστευε ότι η αρχή των όντων ήταν ο αέρας, που, με την κίνηση, αλλού γίνεται νερό και αλλού γίνεται αιθέρας και φωτιά. Κατάλαβε πρώτος ότι το φως του φεγγαριού προέρχεται από τον ήλιο και εξήγησε φυσικά τις εκλείψεις του ήλιου και του φεγγαριού.
Στον Πυθαγόρα (580-500 π.Χ. περίπου) και τους μαθητές του οφείλουμε την εξήγηση των εκλείψεων και των φάσεων της Σελήνης. Διατύπωσαν δε για πρώτη φορά νόμους για την κίνηση των πλανητών και την απόσταση τους από τον Ήλιο. Δημιούργησε ένα αστρονομικό σύστημα θέτοντας μια κεντρική εστία πυρός ως «εστία του παντός», γύρω από την οποία περιφέρονται τα ου -ράνια σώματα, συμπεριλαμβανομένων του Ήλιου, της Γης και της Αντίχθωνος, η οποία περιλάμβανε το μη ορατό μέρος της Γης. Λέγεται ότι εφηύρε την «αρμονία των σφαιρών» και ότι αναγνώρισε πως ο Αυγερινός και ο Αποσπερίτης εί -ναι ουσιαστικά ένα και το αυτό αντικείμενο (η Αφροδίτη).
Ηράκλειτος ο Εφέσιος (540-480 π.Χ περίπου)—Έλληνας φυσικός φιλόσοφος που άσκησε μεγάλη επίδραση στην επιστημονική σκέψη της εποχής του. Πίστευε πως η μεταβολή είναι η μόνη βεβαιότητα για το σύμπαν, και το πυρ η θεμελιώδης αρχή του. Θεωρούσε ότι όλοι οι άνθρωποι έχουν μια παγκόσμια ψυχή.
Ο Φιλόλαος (6ος-5ος αιώνας π.Χ.) ήταν ο πρώτος που εκθρόνισε τη Γη από το κέντρο του Κόσμου και στη θέση της έβαλε μια πύρινη σφαίρα μια Εστία γύρω από την οποία στρέφεται η Γη κάθε 24 ώρες. Θεωρούσε ότι ο Ήλιος, η Γη και η Σελήνη περιφέρονται γύρω από αυτή την πύρινη σφαίρα. Η επινόηση αυτή του πυθαγόρειου Φιλόλαου – ότι η Γη και η Σελήνη κινούνται – ήταν πραγματική επανάσταση για την εποχή του. Σήμερα δεχόμαστε ότι η Εστία του Φιλόλαου και των Πυθαγορείων ήταν ο Ήλιος.
Ο Αναξαγόρας (γεννήθηκε στις Κλαζομενές της Ιωνίας περί το 500 π.Χ.) πίστευε για τη Γη πως έχει τυμπανοειδές σχήμα και πως συγκρατείται στον αέρα. Τον Ήλιο ο Αναξαγόρας τον θεωρούσε ως διάπυρο λίθο κι όχι ο θεός Απόλλων ή ο Φοίβος, ενώ το μέγεθός του ήταν μεγαλύτερο από την Πελοπόννησο. Για τη Σελήνη πίστευε πως ήταν ετερόφωτη, αλλά τη θεωρεί ως μια δεύτερη Γη που κατοικείται από ανθρώπους και άλλα όντα. Και για τα άστρα έλεγε ότι έχουν όμοια μορφή με αυτή του Ηλίου. Ασχολήθηκε επίσης με τους κομήτες και τους διάττοντες αστέρες, ενώ για τους μετεωρίτες, ο Αναξαγόρας πιστεύει ότι ήταν λίθοι που στροβιλίζονται και έλκονται από τη Γη. Καταδικάστηκε σε θάνατο γιατί εισήγαγε κενά δαιμόνια, αλλά πρόλαβε και έφυγε. Στον τάφο του γράφτηκε: “Εδώ αναπαύεται ο Αναξαγόρας, που για τον ουράνιο κόσμο βρήκε την αλήθεια”.
Ο
Μέτων (έζησε τον 5ο αιώνα π.Χ. στην Αθήνα) υπήρξε αστρονόμος, γεωμέτρης και μηχανικός. Επινόησε έναν ημερολογιακό κύκλο βασισμένο στις κινήσεις της Σελήνης, που είναι γνωστός ως Κύκλος του Μέτωνα ή Κύκλος της Σελήνης. Η δημιουργία ενός σταθερού συστήματος χρονολόγησης – το οποίο θα καθόριζε την περιοδικότητα των φαινομένων σε σχέση με κάποια σταθερά αριθμητικά δεδομένα – ήταν βασική προϋπόθεση για να υπάρξει πρακτική αστρονομία βασισμένη στα μαθηματικά. Ο Μέτων παρατηρώντας την περιοδικότητα της Σελήνης και καταγράφοντας τους χρόνους εμφάνισης των πανσελήνων, για πολλά έτη, συνειδητοποίησε μια σειρά κανονικοτήτων και επαναλήψεων. Προσδιόρισε λοιπόν ότι ανά 19 έτη επαναλαμβάνεται η ίδια σειρά των πανσελήνων, παρατήρηση με την οποία ήταν δυνατό να προβλεφθούν ακριβώς οι μελλοντικές πανσέληνοι. Τις αστρονομικές παρατηρήσεις του ο Μέτων τις πραγματοποιούσε με ένα αστρονομικό όργανο, τον γνώμονα ή ηλιοτρόπιο. Με την βοήθεια του γνώμονα ανακάλυψε ότι οι ισημερίες και οι τροπές δεν διαιρούσαν το έτος σε 4 εποχές ίσης διάρκειας, κάτι που λέγεται ότι είχε υποστηριχθεί παλαιότερα και από το Θαλή. Ο κύκλος του Μέτωνα χρησιμοποιήθηκε αργότερα ως παραλλαγή για το εβραϊκό ημερολόγιο, καθώς και από τη χριστιανική εκκλησία για τον προσδιορισμό των εορτών. Έφτιαξε επίσης ένα παρατηρητήριο στον Κολωνό, ηλιακό ρολόι στην Πνύκα.
Ο Πλάτωνας (427-347 π.Χ.) εκτός από φιλόσοφος άσκησε μεγάλη επίδραση στην εποχή του και σαν αστρονόμος. Θεωρούσε την αστρονομία κλάδο των μαθηματικών ενώ στην Πολιτεία περιέγραψε την κίνηση των ουρανίων σωμάτων με την βοήθεια περιστρεφόμενων σφονδύλων. Θεωρούσε το σύμπαν σφαιρικό και τη Γη να κατέχει το κέντρο του. Στο τέλος της ζωής του, όμως σύμφωνα με τον Πλούταρχο, αφού διάβασε τα έργα του Φιλόλαου μετάνιωσε που έβαλε τη Γη στο κέντρο του κόσμου.
Ο Εύδοξος ο Κνίδιος (408 -355/3 πΧ), ήταν σπουδαίος μαθηματικός και γεωμέτρης. Αυτή η ιδιότητα του τον βοήθησε να ασχοληθεί με την αστρονομία. Η Σχολή που ίδρυσε στον Κύζικο άκμασε για πολύ καιρό και τα γραπτά του χρησίμευσαν για πρωτότυπο στη συλλογή «Μικρή Αστρονομία», που παρουσίαζε σε γεωμετρική μορφή το σύνολο των θεωρημάτων που αναφέρονται στη σφαίρα και στην ημερήσια περιστροφή. Πρώτος αυτός εφάρμοσε τη μέθοδο, που ακολούθησε ο Αρίσταρχος ο Σάμιος, για να υπολογίσει την απόσταση της Γης από τη Σελήνη και τον Ήλιο. Και το κυριότερο συνέλαβε την πρώτη γεωμετρική θεωρία για την κίνηση των πλανητών (με ομόκεντρες σφαίρες που περιστρέφονται η μια μέσα στην άλλη). Πάλι πρώτος απέδειξε τη σφαιρικότητα της Γης, την οποία χώρισε σε ζώνες, και μέτρησε για πρώτη φορά την περίμετρό της. Διόρθωσε την “οκταετηρίδα” του Κλεοστράτου, ο οποίος συνέδεε το σεληνιακό με το ηλιακό έτος. Χαρτογράφησε τους αστερισμούς του Ισημερινού και των Τροπικών κύκλων, και τους έδωσε ονόματα σύμφωνα με τον Ίππαρχο. Μέτρησε τις περιόδους πέντε πλανητών, δίδοντας τους τις εξής τιμές: Άρης 2 έτη (πραγματική 1.88), Δίας 12 έτη (11.86) και Κρόνος 30 έτη (29.46). Θεωρείται σαν ιδρυτής της θεωρητικής αστρονομίας και της ουρανίου μηχανικής. Πάνω στο έργο του βασίστηκε αργότερα όπως είπαμε ο αστρονόμος Αρίσταρχος ο Σάμιος. Τέλος ίδρυσε αστεροσκοπεία σε πολλά μέρη.
Ο Ηρακλείδης ο Ποντικός (390-330 π.Χ.) γεννήθηκε μεν στην Ηράκλεια του Πόντου, αλλά σπούδασε φιλοσοφία στην Αθήνα υπό τον Πλάτωνα και Αριστοτέλη. Οι Αθηναίοι τον αποκαλούσαν και “παραδοξολόγο”, γιατί εισήγαγε επαναστατικές ιδέες στην αστρονομία. Ο Ηρακλείδης διατύπωσε πρώτος τη θεωρία ότι ο χώρος είναι άπειρος. Παραδεχόταν και δίδασκε ότι η Γη περιστρέφεται γύρω από τον άξονα της σε 24 ώρες και απέδιδε την ημερήσια περιστροφή της Ουράνιας σφαίρας στην περιστροφή της Γης. Ορισμένοι πιστεύουν ότι ο Ηρακλείδης είχε υπόψη του, εκτός της ημερήσιας κινήσεως του Ήλιου κατά την ανάδρομη φορά, και την ετήσια κίνηση αυτού επί της εκλειπτικής κατά την ορθή φορά. Για τη θεωρία των άστρων, πλανητών και απλανών, ο Ηρακλείδης ταυτίζεται με τα πυθαγόρεια δόγματα και ισχυριζόταν πως κάθε αστέρας υφίσταται σαν ένας κόσμος που περιλαμβάνει και αέρα και αιθέρα, μέσα στον άπειρο αιθέρα. Θεωρούσε τους κομήτες ως σύννεφα που βρίσκονται σε πολύ μεγάλο ύψος και φωτίζονται από το ανώτερο φως το ίδιο με εκείνο του Ολύμπου των Πυθαγορείων. Ο Συμπλίκιος ανέφερε ότι ο Ηρακλείδης ο Ποντικός και ο Αρίσταρχος ο Σάμιος πιστεύουν ότι ο Ουρανός και τα άστρα μένουν ακίνητα ενώ η Γη γυρίζει γύρω από τους πόλους του ισημερινού με κατεύθυνση από τα δυτικά προς τα ανατολικά κάνοντας μια περιστροφή περίπου την ημέρα. Ο Πρόκλος αναφέρει ότι ο Ηρακλείδης σε αντίθεση από τον Πλάτωνα που πίστευε ότι η Γη είναι ακίνητη, υποθέτει ότι αυτή κινείται κυκλικά και ότι ο ουρανός και οι απλανείς αστέρες παραμένουν ακίνητοι (ενώ η Γη κάνει περιστροφή γύρω από τον άξονά της), κάτι αντίθετο με τα φαινόμενα και την απλή λογική.
Κάλλιπος ο Κυζικηνός (ήκμασε τον 4ο π.Χ. αιώνα) —Έλληνας αστρονόμος, μαθητής του Ευδόξου. Διόρθωσε και βελτίωσε χη θεωρία του μέντορα του για τις ομόκεντρες σφαίρες ώστε να εξηγείται η κίνηση του Ήλιου, της Σελήνης και των πλανητών.
Ο Αριστοτέλης (384 – 322 π.Χ.) μαζί με τον δάσκαλό του Πλάτωνα αποτελεί τη φωτεινή δυάδα της φιλοσοφικής σκέψης του αρχαίου κόσμου. Υπήρξε σοφός μεγαλοφυής, εγκυκλοπαιδικός, φυσιοδίφης, δημιουργός της λογικής και ο σημαντικότερος από τους διαλεκτικούς της αρχαιότητας. Θεωρείται σαν ο μεγαλύτερος συστηματικός μελετητής στην ιστορία του παγκόσμιου πολιτισμού. Το έργο του αποτελεί ένα ολοκληρωμένο, κλειστό, οικουμενικό σύστημα έρευνας και διδασκαλίας και περιλαμβάνει μεταξύ άλλων γραπτά για τη Βιολογία, την Ποίηση, τη Μετεωρολογία, την Πρώτη Φιλοσοφία (ή Μεταφυσική), τη Ρητορική και την Πολιτική. Οι αστρονομικές αντιλήψεις του Αριστοτέλη ίσχυαν μέχρι την Αναγέννηση με τη μορφή του γεωκεντρικού συστήματος του Πτολεμαίου και αντικαταστάθηκαν από το ηλιοκεντρικό σύστημα του Κοπέρνικου.
Στο έργο του “Περί του Ουρανού” ο Κόσμος στο σύνολό του αποτελεί σφαιρικό χώρο του οποίου το κέντρο κατέχει η επίσης σφαιρική Γη. Ο Αριστοτέλης έδωσε δύο επί πλέον λόγους γιατί η Γη ήταν στρογγυλή. Πρώτον, σημείωσε ότι η γήινη σκιά πάντα έκανε μια κυκλική στεφάνη πάνω στο φεγγάρι κατά τη διάρκεια μιας σεληνιακής έκλειψης, η οποία εξηγείται μόνο αν η Γη ήταν σφαιρική. Εάν η Γη ήταν ένας δίσκος, η σκιά της θα εμφανιζόταν ως επιμηκυσμένη έλλειψη τουλάχιστον κατά τη διάρκεια της έκλειψης. Δεύτερον, ο Αριστοτέλης ήξερε ότι οι άνθρωποι που ταξίδεψαν προς το Βορρά, είδαν τον Πολικό Αστέρα να ανατέλλει υψηλότερα στον ουρανό, ενώ προς το Νότο είδαν τον Πολικό αστέρα να βυθίζεται. Σε μια επίπεδη Γη, οι θέσεις των αστεριών δεν θα μεταβάλλονταν με τη τοποθεσία της παρατήρησης.
Ο Αριστοτέλης θεωρούσε ότι η Γη είναι σφαιρική αλλά όχι πολύ μεγάλη, ενώ ήταν ακίνητη. Σε ένα χωρίο του ο Αριστοτέλης μας πληροφορεί ότι το μήκος της περιμέτρου της γήινης σφαίρας δεν είναι μεγάλη σε σύγκριση με τους όγκους των άλλων αστεριών. Και την υπολόγισε σε τεσσαράκοντα μυριάδες στάδια που ισοδυναμούν με 73.000 χλμ. δηλαδή με το διπλάσιο σχεδόν του πραγματικού μήκους. Ως προς τους πλανήτες δέχεται ο Αριστοτέλης ότι είναι σε σειρά απόστασης: Σελήνη, Ήλιος, Ερμής, Αφροδίτη, Άρης, Ζεύς και Κρόνος.
Περίπου το 330 π.Χ. ο Αριστοτέλης αναγνώρισε ότι ο Ήλιος και η Σελήνη είναι σφαίρες, και ότι οι τροχιές τους γύρω από τη Γη είναι κυκλικές. Έδειξε ότι οι κινήσεις των πλανητών θα μπορούσαν να κατασκευαστούν από έναν συνδυασμό διάφορων κυκλικών κινήσεων. Αλλά μετά από προσεκτική μελέτη αποφάσισε ότι ο ήλιος δεν ήταν στο κέντρο αυτών των τροχιών, έτσι επέλεξε τη Γη ως το κέντρο του ηλιακού μας συστήματος.
Ο Αριστοτέλης εξήγησε σωστά τις εκλείψεις του ήλιου και της Σελήνης, και συμπέρανε ότι η Γη ήταν σφαιρική από τη σκιά της πάνω στο φεγγάρι. Έκανε ακόμη και μια σωστή εκτίμηση της γήινης ακτίνας. Επιπλέον, αναγνώρισε ότι τα αστέρια πρέπει να είναι πολύ απόμακρα και υποστήριξε ότι ήταν κι αυτά σφαιρικά. Επίσης έθεσε ως αίτημα ότι τα αστέρια πρέπει να βρίσκονται πέρα από μια ορισμένη απόσταση.
Λόγω του τρομακτικού κύρους του η άποψη του Αριστοτέλη για την ακίνητη Γη έγινε αιτία να μην διαδοθεί η άποψη του Φιλολάου περί κινήσεως της Γης, ούτε του Αρίσταρχου του Σάμιου που υποστήριζε το ηλιοκεντρικό σύστημα.
Ο
Αρίσταρχος ο Σάμιος (310 – 230 π.Χ.) ήταν αστρονόμος και μαθηματικός από τη Σάμο. Είναι ο πρώτος άνθρωπος που σε έργο του πρότεινε το ηλιοκεντρικό μοντέλο, θέτοντας τον Ήλιο και όχι τη Γη στο κέντρο του γνωστού Σύμπαντος. Για το λόγο αυτό είναι συχνά γνωστός ως ο Έλληνας Κοπέρνικος. Οι ιδέες του περί Αστρονομίας δεν είχαν γίνει αρχικά αποδεκτές και θεωρήθηκαν κατώτερες από εκείνες του Αριστοτέλη και του Πτολεμαίου, έως ότου αναγεννήθηκαν επιτυχώς και αναπτύχθηκαν από τον Κοπέρνικο περίπου 2000 χρόνια μετά. Ως εκ τούτου, ο Αρίσταρχος πίστευε ότι τα αστέρια βρίσκονται σε άπειρη απόσταση, και αυτό το θεωρούσε ως εξήγηση για την απουσία ορατής παράλλαξης, δηλαδή της παρατηρούμενης κίνησης των αστέρων καθώς η Γη κινείται γύρω από τον Ήλιο. Στην πραγματικότητα τα αστέρια βρίσκονται πολύ πιο μακριά από όσο είχε υποτεθεί στην αρχαιότητα, το οποίο ερμηνεύει το γεγονός ότι η αστρική παράλλαξη είναι ανιχνεύσιμη μόνο με τηλεσκόπια. Αλλά είχε υποτεθεί ότι το γεωκεντρικό μοντέλο ήταν μια απλούστερη και καλύτερη εξήγηση για την έλλειψη παράλλαξης. Ο Αρίσταρχος παρατήρησε την κίνηση της Σελήνης διαμέσου της σκιάς της Γης κατά τη διάρκεια μιας έκλειψης Σελήνης. Εκτίμησε ότι η διάμετρος της Γης ήταν 3 φορές μεγαλύτερη από τη διάμετρο της Σελήνης. Χρησιμοποιώντας τον υπολογισμό του Ερατοσθένους ότι η περιφέρεια της Γης ήταν
42.000 χλμ., συμπέρανε ότι η Σελήνη έχει περιφέρεια ίση με
14.000 χλμ. Σήμερα, είναι γνωστό ότι η Σελήνη έχει περιφέρεια περίπου ίση με 10.916 χλμ. Ο Αρίσταρχος παρατήρησε ότι ο Ήλιος, η Σελήνη και η Γη σχηματίζουν σχεδόν μια ορθή γωνία τη στιγμή του πρώτου ή του τελευταίου τετάρτου της Σελήνης. Εκτίμησε ότι η γωνία ήταν 87°. Χρησιμοποιώντας σωστά τη Γεωμετρία, αλλά με λανθασμένα στοιχεία παρατήρησης, ο Αρίσταρχος συμπέρανε ότι ο Ήλιος ήταν 20 φορές πιο μακριά από ό,τι η Σελήνη. Στην πραγματικότητα ο Ήλιος είναι περίπου 390 φορές πιο μακριά. Εντόπισε ότι η Σελήνη και ο Ήλιος έχουν σχεδόν το ίδιο φαινόμενο μέγεθος από τη Γη και συμπέρανε ότι οι διάμετροί τους θα είναι ανάλογοι με την απόστασή τους από τη Γη. Έτσι κατέληξε στο συμπέρασμα ότι ο Ήλιος είχε 20 φορές μεγαλύτερη διάμετρο από τη Σελήνη, κάτι που είναι υπολογιστικά λογικό και σωστό, αλλά επίσης λάθος (αφού στηρίζεται σε λάθος δεδομένα). Η εκτίμησή του όμως αυτή υποδεικνύει ότι ο Ήλιος είναι ξεκάθαρα μεγαλύτερος από τη Γη, κάτι που υποστηρίζει το ηλιοκεντρικό μοντέλο.
Ο Ερατοσθένης (276 – 194 π.Χ.) ήταν μαθηματικός, γεωγράφος και αστρονόμος. Από τα πιο σπουδαία επιτεύγματά του ήταν ότι υπολόγισε για πρώτη φορά το μέγεθος της Γης, ότι κατασκεύασε ένα σύστημα συντεταγμένων με παράλληλους και μεσημβρινούς, και ότι κατασκεύασε ένα χάρτη του τότε γνωστού κόσμου. Είχε αρκετές σημαντικές συνεισφορές στην Αστρονομία, όπως τον σφαιρικό αστρολάβο που τον χρησιμοποιούσαν ευρέως μέχρι την εφεύρεση του πλανηταρίου τον 18ο αιώνα. Αναφέρεται ότι είχε υπολογίσει την περιφέρεια της Γης γύρω στο 240 π.Χ. χρησιμοποιώντας το ύψος του Ηλίου κατά την εαρινή ισημερία κοντά στην Αλεξάνδρεια και στη νήσο Ελεφαντίνη, κοντά στη Συήνη (το σημερινό Ασουάν της Αιγύπτου). Εκτός από την ακτίνα της Γης ο Ερατοσθένης προσδιόρισε την καμπυλότητα του ελλειψοειδούς, μέτρησε την απόκλιση του άξονα της Γης με μεγάλη ακρίβεια δίνοντας την τιμή 23° 51′ 15″, κατασκεύασε έναν αστρικό χάρτη που περιείχε 675 αστέρες, πρότεινε την προσθήκη στο ημερολόγιο μίας ημέρας ανά τέσσερα χρόνια και προσπάθησε να συνθέσει μία ιστορία βασισμένη σε ακριβείς ημερομηνίες.
Η εποχή του Ερατοσθένη ήταν έτοιμη για επιτεύγματα όπως η μέτρηση των πραγματικών διαμέτρων του Ήλιου, της Σελήνης και της Γης, και των μεταξύ τους αποστάσεων. Αυτές οι μετρήσεις υπήρξαν ορόσημα στην ιστορία της αστρονομίας, αντιπροσωπεύοντας τα πρώτα διστακτικά βήματα στην πορεία της κατανόησης ολόκληρου του σύμπαντος. Ο Ερατοσθένης σαν πραγματικός επιστήμονας χρησιμοποίησε όχι μόνο τις προηγούμενες γνώσεις για την σφαιρική Γη και τα απαραίτητα μαθηματικά εργαλεία, αλλά σχεδίασε και τα αναγκαία πειράματα. Η άποψη ότι η Γη ήταν σφαιρική Γη ήταν αποδεκτή στην αρχαία Ελλάδα, το είχαν καταλάβει γιατί έβλεπαν τα πλοία, μετά τον απόπλου, να εξαφανίζονται σιγά σιγά στον ορίζοντα μέχρι που από το λιμάνι φαινόταν μόνο η κορυφή του καταρτιού τους. Κάτι τέτοιο είχε νόημα μόνο αν η επιφάνεια της θάλασσας καμπυλωνόταν. Αν η θάλασσα είχε καμπυλωμένη επιφάνεια, το ίδιο θα έπρεπε να συμβαίνει και με τη Γη, πράγμα που σημαίνει ότι ίσως είναι σφαίρα. Αυτή η άποψη ενισχύθηκε με την παρατήρηση των εκλείψεων της Σελήνης: κατά την έκλειψη, η Γη έριχνε στη Σελήνη μια σκιά σε σχήμα κυκλικού δίσκου, ακριβώς όπως το σχήμα που θα περιμέναμε από ένα σφαιρικό αντικείμενο. Ίδιας σπουδαιότητας ήταν και το γεγονός ότι όλοι μπορούσαν να δουν ότι η ίδια η Σελήνη ήταν στρογγυλή, γεγονός που υποδείκνυε ότι η σφαίρα ήταν η φυσική κατάσταση ύπαρξης, ενισχύοντας την υπόθεση ότι και η Γη είναι στρογγυλή. Όλα άρχισαν να αποκτούν νόημα, ακόμη και τα γραπτά του έλληνα ιστορικού και ταξιδευτή Ηρόδοτου που μιλούσε για ανθρώπους στο μακρινό βορρά οι οποίοι κοιμούνταν τις μισές μέρες του χρόνου. Αν η Γη ήταν σφαιρική, τότε διαφορετικά μέρη της υδρογείου θα φωτίζονταν με διαφορετικό τρόπο ανάλογα με το γεωγραφικό τους πλάτος, γεγονός που εξηγούσε με φυσικό τρόπο έναν πολικό χειμώνα και νύχτες με διάρκεια έξι μηνών.
Ο
Ίππαρχος ο Ρόδιος (190 – 120 π.Χ.) ήταν αστρονόμος, γεωγράφος, χαρτογράφος και μαθηματικός, θεωρούμενος από αρκετούς ως ο «πατέρας της παρατηρησιακής Αστρονομίας». Επίσης, του αποδόθηκε ο τίτλος του «θεμελιωτή της τριγωνομετρίας» ως και του «μεγαλύτερου αστρονόμου της αρχαιότητας», αλλά και «όλων των εποχών». Η υπομονή του, η οξυδέρκειά του αλλά και το βεβαιούμενο ιστορικά πάθος του με ότι καταπιανόταν τον οδήγησαν σε δρόμους που σήμερα, αναλογικά με τα δεδομένα της εποχής του, σίγουρα εντυπωσιάζουν. Ανέπτυξε μαθηματικά μοντέλα για την κίνηση του Ηλίου και της Σελήνης, από παρατηρήσεις αιώνων αρχίζοντας από τους Χαλδαίους της Μεσοποταμίας. Υπήρξε επίσης ο πρώτος που συνέταξε τριγωνομετρικό πίνακα, πράγμα που του επέτρεπε να επιλύει οποιοδήποτε τυχαίο τρίγωνο. Τα έξι κορυφαία πάντως επιτεύγματά του ήταν:
Υπολόγισε πως το ηλιακό ή τροπικό έτος είναι 365,242 ημέρες, όταν σήμερα τα σύγχρονα ατομικά ρολόγια τον επιβεβαιώνουν υπολογίζοντάς το σε 365,242199 ημέρες. Η ανακάλυψη της μετάπτωσης των ισημεριών. Υπολόγισε τη διάμετρο της Σελήνης και τη κυμαινόμενη απόστασή της από τη Γη. Η δημιουργία του πρώτου καταλόγου αστέρων, τουλάχιστον στο δυτικό κόσμο. Η επινόηση της κλίμακας των μεγεθών των αστέρων από τη μέτρηση της φωτεινότητάς των, που χρησιμοποιείται ακόμα και σήμερα από όλους τους αστρονόμους του κόσμου. Το 134 π.Χ. ο Ίππαρχος ανακάλυψε ένα αστέρα που δεν υπήρχε πριν (πιθανόν κομήτης) στον αστερισμό του Σκορπιού, και τότε διατύπωσε την αρχή ότι «οι αστέρες δεν είναι αιώνιοι στον ουρανό».
Είναι εφευρέτης του Αστρολάβου, το όργανο με τη βοήθεια του οποίου μέτρησε τις συντεταγμένες των αστέρων. Τελειοποίησε τη Διόπτρα, ένα όργανο που του επέτρεψε την εκτίμηση της φαινόμενης διαμέτρου Ηλίου και Σελήνης, την απόσταση και το πραγματικό μέγεθός τους. Επίσης τελειοποίησε πολλά παλαιότερα όργανα όπως ήταν ο Γνώμων, το Ηλιοτρόπιο κλπ. Θεωρείται ο πρώτος που διαίρεσε τους κύκλους των παραπάνω αστρονομικών οργάνων σε 360 μοίρες ενώ είναι ο πρώτος που κατασκεύασε Υδρόγειο σφαίρα.
Ο Μηχανισμός των Αντικυθήρων – ένα σύμπλεγμα οδοντωτών τροχών στο εσωτερικό του μηχανισμού αναπαριστούσε τη μεταβλητή γωνιακή ταχύτητα της Σελήνης - φτιάχτηκε σύμφωνα με τη θεωρία του Ιππάρχου.
Το πολυπλοκότερο πάντως από τα γεωκεντρικά συστήματα δημιουργήθηκε από τον Κλαύδιο Πτολεμαίο (108-168 μ.Χ.) στην Αλεξάνδρεια το 2ο αιώνα μΧ.
Ποσειδώνιος ο εξ Απαμείας (περίπου 135-51 π.Χ.)—Έλληνας φιλόσοφος. Τα επιστημονικά του έργα καλύπτουν όλα τα πε -δία της γνώσης και προσέδωσαν στην αρχαία φυσική φιλοσοφία
την τελική της μορφή. Απέδωσε τις παλίρροιες στη συνδυασμένη δράση Ήλιου και Σελήνης και αναγνώρισε τη σύνδεση μεταξύ των παλιρροιών και των φάσεων της Σελήνης.
Ο Κλαύδιος Πτολεμαίος ήταν βασικά ένας θεωρητικός ερευνητής που στήριξε τις απόψεις του σε μεγάλο βαθμό στις παρατηρήσεις και τα στοιχεία που είχε συγκεντρώσει ο Ίππαρχος 300 χρόνια νωρίτερα. Είναι γνωστός κυρίως για το μεγάλο έργο του, τη «Μεγάλη Μαθηματική Σύνταξη», γνωστή και ως Αλμαγέστη (από την ονομασία που της έδωσαν οι Άραβες), η οποία περιείχε τις εργασίες πολλών Ελλήνων αστρονόμων, καθώς και τις δικές του μελέτες σε συνολικά 13 τόμους.
Ο Πτολεμαίος τοποθέτησε τη Γη στο Κέντρο του Σύμπαντος, με το Φεγγάρι, Ερμή, Αφροδίτη, Ήλιο, Άρη, Δία και Κρόνο να περιφέρονται κυκλικά γύρω από τον πλανήτη μας. Το μοντέλο αυτό επέζησε για 1.900 χρόνια.
Η Μεγάλη Μαθηματική Σύνταξη του Κλαύδιου Πτολεμαίου, που εκτός από αστρονόμος ήταν γεωγράφος και μαθηματικός, θεωρήθηκε καθοριστικής σημασίας για περισσότερο από 1.400 χρόνια. Δεν υπαινίχθηκε απλώς ότι οι ουρανοί είναι σφαιρικοί, αλλά επέμεινε ότι έχουν ακριβώς το σχήμα της σφαίρας. Επειδή ο νυχτερινός ουρανός είχε το σχήμα τέλειου ημισφαιρίου, η Γη όφειλε να βρίσκεται στο κέντρο του σύμπαντος – στον φυσικό της τόπο σύμφωνα με την κοσμολογία του Αριστοτέλη. Περαιτέρω, η Γη του Πτολεμαίου δεν περιστρεφόταν γύρω από τον άξονα της: αν περιστρεφόταν τα σύννεφα και τα πουλιά θα έμεναν πίσω, μην μπορώντας να την ακολουθήσουν.
Η Αλμαγέστη επαναλάμβανε ένα μεγάλο μέρος από το έργο του Ίππαρχου. Μεταξύ άλλων, τη μέτρηση της γωνίας της εκλειπτικής, εκτιμήσεις των αποστάσεων της Γης από τη Σελήνη και τον Ήλιο κι έναν κατάλογο αστέρων. Ακόμα απαριθμούσε 44 αστερισμούς, στους οποίους ο Πτολεμαίος έδωσε το όνομα που χρησιμοποιείται ακόμα και σήμερα (για παράδειγμα Ωρίων και Λέων).
Η συμβολή του Πτολεμαίου που άσκησε τη μεγαλύτερη επιρροή ήταν η μαθηματική θεωρία του για τις πλανητικές κινήσεις. Επειδή οι τροχιές των πλανητών περί τον Ήλιο είναι σχεδόν κυκλικές, το γεωκεντρικό του σύστημα μπορούσε να προβλέπει με αποδεκτή ακρίβεια τις θέσεις τους. Με λίγα λόγια: οι πλανήτες περιφέρονταν σταθερά πάνω σε έναν τέλειο κύκλο, τον επίκυκλο. Το κέντρο αυτού του κύκλου περιφερόταν σταθερά πάνω σε έναν άλλο τέλειο κύκλο (τον φέροντα) που είχε ως κέντρο του τη Γη.
Ωστόσο για να εξηγήσει τη φαινόμενη μεταβλητή ταχύτητα της περιφοράς των πλανητών καθώς και τη μη τέλεια κυκλική τροχιά τους, ο Πτολεμαίος αναγκάστηκε να εισαγάγει περίπλοκα εργαλεία, όπως ένα σημείο που ονομάζει εξισωτή. Παρ’ όλα αυτό η Αλμαγέστη δεν παύει να είναι ένα σημαντικό μαθηματικό επίτευγμα. Αρκεί να αναλογιστεί κανείς πως όλοι οι Ευρωπαίοι αστρονόμοι μέχρι την εποχή του Tycho Brahe ήταν πεπεισμένοι ότι οι σφαίρες που φέρουν τα ουράνια σώματα έχουν υλική υπόσταση.
Ο Πτολεμαίος ασχολήθηκε ακόμη με την αστρολογία και τη γεωγραφία. Η γεωγραφική πραγματεία του είχε στην κλασική γεωγραφία ανάλογη θέση με τη θέση της Αλμαγέστης στην κλασική αστρονομία.
Παρά ταύτα, πολλοί άνθρωποι πίστευαν σε μια επίπεδη Γη για πολλούς αιώνες. Από τότε λοιπόν η επίσημη άποψη ήταν ότι όσα είχαμε να μάθουμε για το Σύμπαν ήταν ήδη γνωστά. Η Γη θεωρούνταν το κέντρο του Σύμπαντος και οι ελάχιστοι που πρότειναν ιδέες, οι οποίες αργότερα αποδείχτηκαν πιο σωστές δεν ήταν παρά μεμονωμένες φωνές «βοώντων εν τη ερήμω». Και τότε μέσα σε ένα σχετικά μικρό χρονικό διάστημα ολόκληρος ο κλάδος της Αστρονομίας αλλά και όλης της επιστήμης επαναστατικοποιήθηκε από την εμφάνιση αρκετών μεγαλοφυών ανθρώπων. Σε αυτό βοήθησαν και οι εξερευνήσεις στον 16ο αιώνα και οι πεποιθήσεις αυτές σταμάτησαν.
Για να εκτιμήσουμε τα επιτεύγματα του Αριστοτέλη, πρέπει να καταλάβουμε ότι δεν είχε επιτευχθεί καμία σημαντική πρόοδος στην εικόνα του Κόσμου για 1900 χρόνια, έως ότου ο Νίκολας Κοπέρνικος ανακαλύψει ότι ο ήλιος είναι το κέντρο του ηλιακού μας συστήματος. Ακόμα και η μεγάλη πρόοδος που έγινε από το Κοπέρνικο, έγινε μέσα στο αριστοτελικό πλαίσιο και συνελήφθη σαν μια προσπάθεια της βελτίωσης των παρατηρήσεών του Αριστοτέλη για τις πλανητικές τροχιές.
Για τους περισσότερους αρχαίους αστρονόμους, οι ακριβείς προβλέψεις των θέσεων των πλανητών ήταν ισοδύναμες προς την κατανόηση του πως δουλεύει το Σύμπαν. Τα πιό μακριά απόμακρα αστέρια ήταν απλά το φόντο πάνω στο οποίο πραγματοποιείται η πλανητική δράση. Ο Πτολεμαίος, ο τελευταίος των μεγάλων Ελλήνων αστρονόμων της αρχαιότητας, ανέπτυξε ένα αποτελεσματικό σύστημα για τον Κόσμο στη “Μεγίστη Μαθηματική Σύνταξη” ή Αλμαγέστη . Η θεωρία του βασίστηκε αρκετά στην εργασία του προκατόχου του Ιππάρχου, έτσι ο Πτολεμαίος σχεδίασε ένα γεωκεντρικό μοντέλο ή με την Γη στο κέντρο, ένα μοντέλο που κράτησε για 1.900 έτη.
Ότι ο Πτολεμαίος μπόρεσε να τοποθετήσει τη Γη στο κέντρο του Κόσμου και να προβλέψει ικανοποιητικά τις θέσεις των πλανητών, οφειλόταν στην ικανότητά του ως μαθηματικός. Έτσι μπόρεσε να κάνει το μοντέλο του με τέτοιο τρόπο, ώστε να διατηρήσει συγχρόνως και την αρχαία ελληνική πεποίθηση ότι οι Ουρανοί ήταν τέλειοι — κι έτσι ο κάθε πλανήτης να κινείται κατά μήκος μιας κυκλικής τροχιάς (η τέλεια καμπύλη με θεϊκή ιδιότητα) με σταθερή ταχύτητα.
Οι μεγαλύτερες δυσκολίες που έπρεπε να υπερνικήσει εξηγούσαν τις μεταβαλλόμενες ταχύτητες και τις περιστασιακές ανάδρομες κινήσεις (από την ανατολή προς τη δύση) των πλανητών. Το έργο αυτό το ολοκλήρωσε βάζοντας τον πλανήτη να κινείται κατά μήκος ενός μικρού κύκλου, του ονομαζόμενου επίκυκλου, του οποίου το κέντρο κινιόταν ομοιόμορφα κατά μήκος ενός μεγαλύτερου κύκλου, που ονομάστηκε φέροντας ή οδηγός κύκλος, με τη Γη στο κέντρο του.
Όταν αυτό το σχέδιο κόντευε να ολοκληρωθεί, ο Πτολεμαίος κατάλαβε πως υπήρχαν κάποια λάθη και έτσι έκανε μερικές μικρές διορθώσεις. Πρώτον, τοποθέτησε τη Γη ελαφρώς πιο μακριά από το κέντρο του φέροντος κέντρου (Μια Γη που δεν βρίσκεται στο κέντρο αυτού του κύκλου, μοιάζει με το σημερινό σύστημα, όπου ο ήλιος βρίσκεται στο ένα κέντρο της έλλειψης. Και δεύτερον, τοποθέτησε το κέντρο της κίνησης του επίκυκλου να κινείται με μια σταθερή γωνιακή ταχύτητα γύρω από ένα τρίτο σημείο, το οποίο βρίσκεται στην αντίθετη πλευρά του κέντρου του φέροντος κύκλου από τη Γη. Αυτές οι τροποποιήσεις επέτρεψαν στον Πτολεμαίο, να προβλέψει τις θέσεις των πλανητών με λογική — αν και κάθε άλλο παρά ιδανική — ακρίβεια.
Κατά τη διάρκεια του Μεσαίωνα δυστυχώς η περισσότερη από αυτήν την γνώση της Αρχαίας Ελλάδας για την αστροφυσική εξαφανίστηκε στην Ευρώπη, αν και κάποια γνώση συντηρήθηκε από τους Άραβες. Μόνο ένα αχνό φως ρίχτηκε μέσα σε αυτό το σκοτάδι από μορφωμένους μοναχούς, όπως ο πατέρας Bede στον 8ο αιώνα.
Η αναγέννηση όμως στην αστροφυσική δεν ήρθε, όταν οι αστρονόμοι μετέβαλαν το θεωρητικό πλαίσιο του Αριστοτέλη, με τις εργασίες του Γαλιλαίου στην αρχή του 17ου αιώνα. Η αληθινή αναγέννηση ήρθε μόνο κατά τη διάρκεια του 12ου και 13ου αιώνα, όταν ανακαλύφθηκαν εκ νέου οι εργασίες του Αριστοτέλη από τους ευρωπαίους μελετητές.
Η Υπατία (370 μ.Χ. – 415 μ.Χ. Αλεξάνδρεια) είναι η τελευταία φιλόσοφος και μαθηματικός της αρχαίας Ελλάδας. Ο πατέρας της, ο Θέωνας, ήταν κι αυτός μαθηματικός και αστρονόμος. Έγραψε σχόλια όχι μόνο για τα Μαθηματικά αλλά και για τον Αστρονομικό Κανόνα του Πτολεμαίου. Εκτός από τη φιλοσοφία και τα μαθηματικά, η Υπατία είχε ενδιαφέρον για τη μηχανική και την πρακτική τεχνολογία. Τα γράμματα του Συνέσιου περιέχουν σχέδια της για αρκετά επιστημονικά όργανα που περιλαμβάνουν κι έναν αστρολάβο. Ο αστρολάβος χρησιμοποιούταν για τη μέτρηση των θέσεων του άστρων, πλανητών και του ήλιου και για τον υπολογισμό της ώρας όπως και του ανερχόμενου ζωδίου του ζωδιακού.
Η Υπατία ήταν ο τελευταίος ειδωλολάτρης επιστήμονας του δυτικού κόσμου και ο θάνατός της συνέπεσε με τα τελευταία χρόνια της Ρωμαϊκής Αυτοκρατορίας. Και αφού από τότε δεν υπήρξαν σημαντικοί πρόοδοι στα μαθηματικά, την αστρονομία και τη φυσική σε όλο τη Δύση για άλλα 1000 χρόνια, η Υπατία έγινε σύμβολο του τέλους της αρχαίας επιστήμης. Μετά την Υπατία ήρθε το χάος και ο βαρβαρισμός των Σκοτεινών Χρόνων.
