Гиппарх, как и многие другие крупнейшие мыслители Древней Греции, отнюдь не был узким специалистом: он впервые ввел географические координаты (широту и долготу) и стал одним из основоположников тригонометрии.
И все-таки Гиппарх прежде всего известен своими блестящими расчетами различных астрономических величин и движения небесных светил.
Работы Гиппарха касались проблем календаря, он исследовал прецессии, составил первый в античном мире звездный каталог (в этом его опередил только китайский ученый Ши Шень, составивший в IV–III веках до н. э. каталог 840 звезд), изучал движение Солнца, Луны и планет.
Календарная система в Древнем Вавилоне и Древней Греции была очень сложной и запутанной. Лунный год, состоявший из двенадцати лунных месяцев, соответствовал (с округлением) 354 суткам, что было на одиннадцать с лишним суток меньше так называемого тропического года (периода между двумя последовательными прохождениями Солнца через точку весеннего равноденствия). Поэтому в некоторые годы (примерно раз в три года) добавляли тринадцатый месяц, и такой год длился уже 384 дня.
Около 433 года до н. э. греческий астроном Метон ввел 19-летний цикл, получивший впоследствии название метонова цикла. Он содержит 6940 суток и почти в точности равен длительности 235 лунных (синодических) месяцев.
Средняя длительность года в метоновом цикле составляла 365,26316 суток, что на 19 минут длиннее введенного четырьмя столетиями позднее юлианского года (365,25 суток).
Метонов цикл значительно облегчал работу по составлению календаря. Он давал простое соотношение между годом и лунным месяцем.
Столетие спустя после Метона астроном Каллипп, ученик и помощник Аристотеля, улучшил метонов цикл, объединив четыре цикла по 19 лет и отняв одни сутки. В каллипповом цикле 940 месяцев соответствуют 27 759 суткам. Отсюда получается «почти правильная» длина тропического года — 365,74 суток и длина синодического месяца 29,530851 суток, что всего лишь на 23 секунды продолжительнее истинного.
Одной из задач Гиппарха было точное определение длительности тропического года, т. е. отрезка времени от одного весеннего равноденствия до следующего. В своем сочинении «О длительности года» Гиппарх доказывает, что тропический год короче 365,74 суток (расчетного значения «по Каллиппу») на очень маленькую величину, которую можно определить лишь за очень длительный промежуток времени. Эта разница будет проявляться в систематическом смещении дат равноденствия и солнцестояния относительно дат каллиппова цикла. В этом сочинении Гиппарх утверждает, что за время, прошедшее от наблюдения солнцестояния Аристархом Самосским в 279 году до его собственного наблюдения в 134 году, т. е. за 145 лет, разница составила половину суток, иначе говоря, одни сутки накапливались за 290 лет.
В действительности в эпоху Гиппарха сутки накапливались за 132 года (сейчас — за 128 лет). Таким образом, в определении длительности тропического года Гиппарх допускал ошибку в шесть минут.
Важнейшая научная заслуга Гиппарха — открытие явления прецессии (предварения равноденствий). Идея основана на различии в длительности тропического и сидерического годов (сидерический год — период обращения Земли вокруг Солнца или, с точки зрения античных астрономов, Солнца вокруг Земли). Это различие, составлявшее примерно 20 минут, было известно еще предшественникам Гиппарха, которые, однако, не могли его объяснить. Гиппарх дал этому явлению правильное объяснение, определив, что прецессия (медленное смещение точки весеннего равноденствия по небесной сфере) происходит вдоль эклиптики (плоскости эллиптической орбиты Земли), т. е. изменяются (возрастают) только долготы звезд, а широты остаются неизменными.
От работ Гиппарха берет начало и теория движения спутника Земли — Луны. Период возвращения Луны к перигею своей орбиты (так называемый аномалистический месяц, названный так потому, что угол отстояния Луны от апогея назывался у древних астрономов аномалией) не равен звездному (сидерическому) месяцу, т. е. периоду обращения Луны вокруг Земли. Аномалистический месяц был длиннее сидерического. Период же возвращения Луны по широте, т. е. период между двумя пересечениями ею эклиптики с юга на север (или с севера на юг), был короче сидерического месяца.
Используя данные многолетних наблюдений вавилонских астрономов, Гиппарх определил соотношения между всеми периодами Луны (месяцами). Точность его измерений была совершенно феноменальной даже по нынешним меркам: расхождения с современными значениями для синодического и драконического месяцев не превосходят 0,35 секунды (синодический месяц — период между двумя последовательными одинаковыми фазами Луны, а драконический — между двумя последовательными прохождениями Луны через один и тот же узел орбиты в ее движении вокруг Земли), а для сидерического и аномалистического месяцев они составляют 1,5 секунды. Полученные Гиппархом соотношения длин месяцев позволяли найти три основных параметра, сыгравших в дальнейшем важнейшую роль при построении динамической теории движения Луны на основании законов ньютоновой механики.
Еще одним величайшим научным достижением Гиппарха стало составление систематического звездного каталога. Этот каталог приводится александрийским астрономом Клавдием Птолемеем в его знаменитом «Альмагесте». В нем перечислены 1022 звезды, причем Птолемей утверждал, что привел в этом каталоге положения звезд по наблюдениям Гиппарха (850 «точек») и по своим собственным наблюдениям (якобы добавив к гиппарховым еще 172 звезды). Однако, согласно исследованиям современных историков астрономии, все перечисленные им 1022 звезды каталога наблюдались именно Гиппархом на широте Родоса (36° с. ш. ), поскольку в нем нет ни одной звезды, которая могла быть видна в более южной Александрии (31° с. ш.), но не наблюдалась на Родосе.
Использован материал книги В. А. Броншт***эна «Клавдий Птолемей» (Москва, изд-во «Наука», 1988)
