天文学の歴史は、その始まり以来、天の科学を特徴づけてきた3つの広義の領域から構成されています。 特定の文明や時代において、天文学者は程度の差こそあれ、天体の運動を理解し、その物理的特性を決定し、宇宙の大きさや構造を研究しようと努めてきたのです。 後者の研究は、宇宙論として知られています。

太陽、月、惑星の運動
文明の夜明けからコペルニクスの時代まで、天文学は天体の運動の研究に支配されていた。 占星術、暦の決定、日食の予測に不可欠であり、また不規則な動きを秩序立てて、天体の位置をより正確に予測しようとする欲求に支えられていたのです。 暦と天体の運動との関連は特に重要で、作物の植え付けや収穫、宗教的な祝祭など、初期社会の最も基本的な機能の時期を決定するために天文学が不可欠であったことを意味する

古代人が観測した天体現象は、現代のものと同じである。 太陽は一日のうちに着実に西に進み、夜には星と五つの惑星が同じように見える。 日没時、太陽は星を背景に1日に約1度ずつ東に移動し、1年の間に星座の道（360度）を完全に横切ったことが観察された。 惑星も黄道に沿って東進し、太陽の黄道から8度以内の範囲で移動するが、時には天空で反転し、再び東進を始めるという不思議な動きをする。 それに比べ、月は黄道を約27日半で移動し、いくつかの満ち欠けを繰り返している。 9675>

エジプト人はこのような一般的な現象を知っていたはずですが、天体運動の体系的な研究は、ナイル川の氾濫とシリウス星の初出との関連に限られていました。 また、月の満ち欠けを利用した暦を作ろうという試みもあったが、あまりに複雑なため断念され、結果として天文学がエジプト文明で果たした役割は小さくなってしまった。 同様に、中国でも天体の運動を体系的に解明しようとはしなかった。 しかし、意外なことに、ヨーロッパ、イギリスでは、ストーンヘンジを筆頭に、古代の石組みやストーンサークルが見つかっている。 紀元前3000年頃には、ストーンヘンジの巨石群は古代の天文台として機能し、司祭たちは季節の始まりを知るために、毎朝地平線に沿って太陽の動きを追っていた。 紀元前2500年頃には、ストーンヘンジは月食の予知に利用されていたかもしれない。 紀元1000年になってから、新世界の文化圏で同様の活動が行われるようになった。 天文学はバビロニア人の間で最初の高みに到達した。 紀元前1800年頃から400年頃にかけて、バビロニア人は太陽の動きと月の満ち欠けをもとにした暦を開発した。 バビロニア人は、太陽の動きと月の満ち欠けを基にした暦を開発し、その後400年間、新月が現れる時刻を正確に予測し、その時刻を月の始まりとすることに重点を置いていた。 前世紀に解読された楔形文字は、バビロニア人がこの問題を数分単位で解決したことを示している。これは、精密な観測表を作成し、太陽と月の速度の変化をかつてないほど小さくすることによって達成された。 また、月の緯度の変化など、時間とともに規則正しく変化する様子を数値的に解析した。 9675>

ギリシャの球体と円。 ギリシャ人は同じ天体の運動を理解するために、数値的というよりむしろ幾何学的なアプローチを用いた。 プラトンの円運動の完全性という形而上学的概念の影響を受け、ギリシア人は球と円を用いて神の天体の運動を表現しようとした。 この説明方法は、1609年にケプラーが円を楕円に置き換えるまで揺るがなかった。

プラトンの弟子クニドスのエウドクソス（紀元前408～355年頃）は、この線に沿って初めて解決策を提示した。 彼は、各惑星は地球を中心とした同心円状につながった球体の一つに付着しており、それぞれの惑星が異なる方向の軸で回転することで観察される運動が生じると仮定したのである。 しかし、この結晶球体説は、紀元前4世紀のアリストテレスの宇宙論に取り入れられることになる。 このように、アリストテレスを頂点とするヘレニズム文明は、物理的な宇宙論を記述しようとしたのである。 これに対して、アレキサンダー大王の征服に続くヘレニズム文明は、その後4世紀にわたって、天体現象を説明する数学的なメカニズムを主流に発展させた。 その基礎となったのが、エキセントリック、デフレント、エピシクルと呼ばれる様々な円である。 ヘレニズム時代の数学者ペルガのアポロニウス（紀元前262〜190年頃）は、太陽の年周運動が地球を中心とした円周で近似できることに着目し、1年間に観測される速度の変化を説明するために、地球をわずかに中心としない、つまり偏心させた円周で説明することにした。 同様に、月も27日半の周期で偏心した円を描いている。 惑星が周期的に逆行するということは、新たな理論的な工夫が必要である。 各惑星は、より大きな円（デフィリットル）の周りを動く小さな円（エピシクル）の周りを、それぞれの惑星に適した一様な速度で動くと仮定したのである。 古代で最も優れた天文学者であったヒッパルコス（紀元前190〜120年頃）は、ニカイアとロードス島での観測に基づいて太陽と月の理論を改良し、太陽説に基本的に最終的な形を与えた。 100年から165年までのプトレマイオスは、ギリシャ天文学の知識をすべて『アルマゲスト』にまとめ、最終的な月・惑星論を展開することになった。 月の場合、プトレマイオスは、中心の方程式と呼ばれる主要な不規則性を説明し、日食の予測を可能にしただけでなく、その不規則性を解消した。 さらに、地球を中心に回転する偏心デフレートに乗せたエピセクルを用いて、月の軌道の他の地点にあるもう一つの不規則性、エヴェクションを発見し、修正したのだ。 さらにプトレマイオスはプロスネウシスと呼ばれる改良を加え、月の位置が天球上で10分以内、すなわち1/6°以内の弧を描くことを予測できるようになった。この予測は、当時使われていた観測機器による正確さとよく一致した。 同様に、プトレマイオスは『アルマゲスト』に各惑星の運動を記述し、この書物は、いくつかの顕著な改良を加えながら、イスラム文明を経て、ニコラウス・コペルニクスを育てたルネサンス期のヨーロッパ文明に受け継がれていきました。 特に、プトレマイオスの説明装置の一つである、円運動が一様であるという原理を損なう等値線というものを強く嫌っていたコペルニクスは、地球ではなく太陽を宇宙の中心に置くという考えを、『De revolutionibus orbium caelestium』（1543年）で発表したのである。 しかし、この著作では、ギリシャのエピシクルとエキセントリックのシステムを新しい配置に適合させただけであった。 その結果、地球の日周運動と年周運動が本来の意味を持つようになり、当初は単純化され調和がとれたが、プトレマイオスと同じ予測精度を得るために必要なエピセクルの数は全体として単純化されることはなかった。 したがって、この新しい宇宙論的システムが、惑星の運動を正確に説明できる真の数学的システムへの鍵を握っていることは、まったく明らかではなかった。 ドイツの天文学者ケプラーは、惑星運動の問題に対して大胆な解決策を提示し、コペルニクスの天動説が有効であることを証明し、惑星運動の物理的原因を直接太陽に関連づけた。 ケプラーが問題にしたのは、火星の位置について、理論と観測の間にわずか8フィートの誤差があることだった。 しかし、デンマークの天文学者ティコ・ブラーエがウラニボルグ天文台から新たに作った六分儀と四分儀を用いて行った観測では、1フィートから4フィート以内の精度で観測することができたのだ。 この新しい精度の尺度は天文学に革命をもたらした。ケプラーは『新天文学』（1609年）の中で、火星や他の惑星は楕円軌道を描くはずだと発表し、この著作と『世界の調和』（1619年）で解説した惑星運動の法則によって容易に予測できるようになったのである。 ケプラーの法則とコペルニクス理論は、アイザック・ニュートンが『プリンキピア』（1687年）で万有引力の法則を発表したことによって、最終的に検証されることになったのです。 この法則では、惑星の運動の物理的な原因は太陽であるとされた。 この法則は、ケプラーの法則を導き出すための理論的根拠にもなった。 18世紀には、ジャン・ダランベール、アレクシス・クレロー、オイラー、ラグランジュ、ラプラスといった優れた数学者たちによって、重力天文学の意義が認識され、分析されるようになった。 天体の力学という科学が生まれ、正確な予測という目標がついに実現したのである。

この議論の間、星は固定されているとみなされていた。 しかし、ヒッパルコスは850個の星のカタログを作りながら、すでに赤道歳差という現象に気づいていた。 18世紀、エドモンド・ハレーは、星には固有の運動（固有運動）があり、数年の周期でも検出可能であることを発見した。 ジョン・フラムスティードらの多大な努力によって行われたトランジット装置による恒星位置の観測は、星の分布や宇宙の構造といった、別の時代の宇宙論的問題を解決するための基礎を築いたのである

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