Аристотель, автор «Фізики», теж був учнем Платона. В його творах було немало раціональних думок; він переконливо довів, що Земля - куля, спираючись на форму тіні Землі при місячних затьмареннях, оцінив коло Землі в 400000 стадій, або близько 70000 км - завищено майже удвічі, але для того часу точність непогана. Але зустрічаються і безліч помилкових тверджень: розділення земних і небесних законів світу, заперечення пустки і атомізму, чотири стихії як першооснови матерії плюс небесний ефір, суперечлива механіка: «стрілу у польоті підштовхує повітря» - навіть в середньовіччі це безглузде положення висміювалося (Філопон, Бурідан). Метеори він вважав атмосферними явищами, спорідненими блискавці.
Стародавня Греція - александрійський період
Концепції Аристотеля частина філософів канонізувала ще при його житті, і надалі багато здорових ідей, що суперечать їм, зустрічалися вороже - наприклад, геліоцентризм Аристарха Самосського. Аристарх вперше намагався також зміряти відстань до Сонця і Місяця і їх діаметри; для Сонця він помилився на порядок (вийшло, що діаметр Сонця в 250 разів більше земного), але до Аристарха всі вважали, що Сонце менше Землі. Саме тому він і вирішив, що в центрі світу знаходиться Сонце. Більш точні вимірювання кутового діаметра Сонця виконав Архімед, в його переказі нам і відомі погляди Аристарха, твори якого втрачені.
Ератосфен в 240 р. до н.е. досить точно зміряв довжину земного кола і нахил екліптики до екватора (т.е нахил земної осі); він також запропонував систему високосів, пізніше названу юліанським календарем.
З III століття до н.е. грецька наука засвоїла досягнення вавілонян, у тому числі - в астрономії і математиці. Але греки пішли значно далі. Біля 230 року до н.е. Аполлоній Пергській розробив новий метод представлення нерівномірного періодичного руху через базове коло - деферент - і вторинне коло, що кружляється навкруги деферента, - епіцикл; саме світило рухається по епіциклу. В астрономію цей метод ввів видатний астроном Гиппарх, що працював на Родосі.
Гиппарх відкрив відмінність тропічного і сидеричного років, уточнив довжину року (365,25 - 1/300 днів). Методика Аполлонія дозволила йому побудувати математичну теорію руху Сонця і Місяця. Гиппарх ввів поняття ексцентриситету орбіти, апогею і перигея, уточнив тривалість синодичного і сидеричного місячних місяців (з точністю до секунди), середні періоди обігу планет. По таблицях Гиппарха можна було передбачати сонячні і місячні затьмарення з нечуваною для того часу точністю - до 1-2 годин. До речі, саме він ввів географічні координати - широту і довготу. Але головним результатом Гиппарха стало відкриття зсуву небесних координат - «передування рівнодень». Вивчивши дані наглядів за 169 років, він знайшов, що положення Сонця у момент рівнодення змістилося на 2°, або на 47" в рік (насправді - на 50,3").
В 134 році до н.е. в сузір'ї Скорпіона з'явилася нова яскрава зірка. Щоб полегшити стеження за змінами на небі, Гиппарх склав каталог для 850 зірок, розбивши їх на 6 класів по яскравості.
46 рік до н. е.: введений юліанський календар, розроблений александрійським астрономом Созігеном за зразком єгипетського цивільного. Літочислення Рима велося від легендарної підстави Рима - з 21 квітня 753 року до н.е.
Систему Гиппарха завершив великий александрійський астроном, математик, оптик і географ Клавдій Птоломей. Він значно удосконалив сферичну тригонометрію, склав таблицю синусів (через 0.5°). Але головне його досягнення - «Мегале синтаксис» (Велика побудова); араби перетворили цю назву в «аль Маджісті», звідси пізніше «Альмагест». Праця містить фундаментальний виклад геоцентричної системи світу.
Будучи принципово невірною, система Птолемея, проте, дозволяла з достатньою для того часу точністю передобчислювати положення планет на небі і тому задовольняла, до певної міри, практичним запитам протягом багатьох століть.
Системою світу Птоломея завершується етап розвитку старогрецької астрономії.
Розвиток феодалізму і розповсюдження християнської релігії спричинили за собою втрату інтересу до природних наук, і розвиток астрономії в Європі загальмувався на багато сторіч.
Наступний період розвитку астрономії пов'язаний з діяльністю вчених країн ісламу - ал-Баттани, ал-Бируни, Абу-л-Хасана ібн Юніса, Насир пекло-Діна ат-Туси, Улугбека і багатьох інших.
Становлення теоретичної астрономії. Середньовіччя
В епоху середньовіччя астрономи займалися лише наглядами видимих рухів планет і узгодженням цих наглядів з прийнятою геоцентричною системою Птолемея.
Цікаві космологічні ідеї можна знайти в творах Орігена з Александрії, видного апологета раннього християнства, учня Філона александрійського. Оріген закликав сприймати Книгу Буття не буквально, а як символічний текст. Всесвіт, по Орігену, містить безліч світів, у тому числі жилих. Більш того, він допускав існування безлічі Всесвітів з своїми зоряними сферами. Кожний Всесвіт кінцевий в часі і в просторі, але сам процес їх зародження і загибелі нескінченний:
Що стосується мене, то скажу, що Бог приступив до своєї діяльності не тоді, коли був створений наш видимий мир; і подібно тому, як після закінчення існування останнього виникає інший мир, так само до початку Всесвіту існував інший Всесвіт. Отже, слід вважати, що не тільки існують одночасно багато світів, але і до початку нашого Всесвіту існували багато Всесвітів, а після закінчення неї будуть інші світи.
Треба сказати, звучить цілком сучасно.
В XI-XII століттях основні наукові праці греків і їх арабомовних учнів були перекладені на латинський. Основоположник схоластики Альберт Великий і його учень Хома Аквінській в XIII столітті препарували навчання Аристотеля, зробивши його прийнятним для католицької традиції. З цієї миті система світу Арістотеля-Птолемея фактично зливається з католицьким догматизмом. Експериментальний пошук істини підмінявся більш звичною для теології методикою - пошуком відповідних цитат в канонізованих творах і їх просторовим коментуванням.
В XIII столітті в Толедо під заступництвом короля Кастілії Альфонса X Мудрого відкрилася перша в Європі обсерваторія. В ній працювали християни, євреї і мусульмани; підготовлені ними астрономічні таблиці були опубліковані в 1252 році (піднесені королю при сходженні на престол). «Альфонсинськіє таблиці» відрізнялися хорошою точністю і використовувалися більше двох сторіч.
В XV столітті німецький філософ, кардинал Микола Кузанській, помітно випередивши свій час, виказав думку, що Всесвіт нескінченний, і у неї взагалі немає центру - ні Земля, ні Сонце, ні що-небудь інше не займають особливого положення. Всі небесні тіла складаються з тієї ж матерії, що і Земля, і, цілком можливо, жилі. За століття до Галілея він затверджував: всі світила, включаючи Землю, рухаються в просторі, і кожне спостерігач, що знаходиться на ньому, має право вважати нерухомим.
В XV столітті велику роль в розвитку наглядової астрономії зіграли праці Георга Пурбаха, а також його учня і друга Іоганна Мюллера (Региомонтана). До речі, вони стали першими в Європі ученими, що не мали духовного сану. Після серії наглядів вони переконалися, що всі астрономічні таблиці, що були, включаючи Альфонсинські, застаріли: положення марса давалося з помилкою на 2°, а місячне затьмарення спізнилося на цілу годину! Для підвищення точності розрахунків Региомонтан склав нову таблицю синусів (через 1') і таблицю тангенсів. Книгодрукування, що тільки що з'явилося, сприяло тому, що виправлений підручник Пурбаха і «Ефемеріди» Региомонтана протягом десятиріч були основним астрономічним керівництвом для європейців. Таблиці Региомонтана були набагато точніше колишніх і справно служили аж до Коперника. Їх використовували Колумб і Америго Віспуччі. Пізніше таблиці якийсь час використовувалися навіть для розрахунків по геліоцентричній моделі.
Регіомонтан також запропонував метод визначення довготи по різниці табличного і місцевого часу, відповідного заданому положенню Місяця. Він констатував розбіжність юліанського календаря з сонячним роком майже на 10 днів, що примусило церкву задуматися про календарну реформу. Така реформа обговорювалася на Латеранськом соборі (Рим, 1512-1517) і була реалізована в 1582 році.
Коперниканська революція
До XVI століття було ясно, що система Птоломея неадекватна і приводить до неприпустимо великих розрахункових помилок. Для підвищення точності розрахунків положень планет деякі астрономи пропонували ввести додаткові епіцикли, але і вони не рятували положення. Микола Коперник став першим, хто запропонував альтернативу, що детально пропрацювала, причому засновану на абсолютно іншій моделі світу.
Головна праця Коперника - «De Revolutionibus Orbium Caelestium» (Про обертання небесних сфер) - був в основному завершений в 1530 році, але тільки перед смертю Коперник зважився опублікувати його. Втім, в 1503-1512 роках Коперник поширював серед друзів рукописний конспект своєї теорії («малий коментар про гіпотези, що відносяться до небесних рухів»), а його учень Ретік опублікував ясний виклад геліоцентричної системи в 1539 році. Очевидно, чутки про нову теорію широко розійшлися вже в 1520-х роках.
По структурі головна праця Коперника майже повторює «Альмагест» в дещо скороченому вигляді (6 книг замість 13). В першій книзі також приведені аксіоми, але замість положення про нерухомість Землі поміщена інша аксіома - Земля і інші планети обертаються навкруги осі і навкруги Сонця. Ця концепція детально аргументується, а «думку стародавніх» більш менш переконливо спростовується. Коперник згадує як своїх союзників тільки античних філософів Філолая і Никетаса.
З геліоцентричних позицій Коперник без праці пояснює поворотний рух планет. Далі приводиться той же матеріал, що і у Птоломея, лише трохи уточнений: сферична тригонометрія, зоряний каталог, теорія руху Сонця і Місяця, оцінка їх розмірів і відстані до них, теорія прецесії і затьмарень.