De Geschiedenissen van Herodotus (484BC tot 425BC) bieden een opmerkelijke kijk op de wereld zoals die bekend was bij de oude Grieken in het midden van de vijfde eeuw voor Christus. Bijna net zo interessant als wat zij wisten, is echter wat zij niet wisten. Dit vormt de basis voor de opmerkelijke vooruitgang in hun begrip gedurende de volgende eeuwen – gewoon vertrouwend op wat zij met hun eigen ogen konden waarnemen.

Herodotus beweerde dat Afrika bijna geheel door zee was omgeven. Hoe wist hij dat? Hij vertelt het verhaal van Fenicische zeelieden die door koning Neco II van Egypte (rond 600 v. Chr.) waren uitgezonden om rond het Afrikaanse vasteland te varen, met de wijzers van de klok mee, beginnend bij de Rode Zee. Dit verhaal, als het waar is, verhaalt over de vroegst bekende rondreis om Afrika, maar bevat ook een interessant inzicht in de astronomische kennis van de oude wereld.

De reis duurde verscheidene jaren. Nadat zij de zuidpunt van Afrika hadden gerond en een westelijke koers volgden, zagen de zeelieden dat de zon aan hun rechterzijde stond, boven de noordelijke horizon. Deze waarneming was in die tijd niet logisch, omdat ze nog niet wisten dat de Aarde een bolvorm heeft, en dat er een zuidelijk halfrond is.

De planeten draaien om de Zon

Een paar eeuwen later was er al veel vooruitgang geboekt. Aristarchus van Samos (310 v. Chr. tot 230 v. Chr.) stelde dat de zon het “centrale vuur” van de kosmos was en hij plaatste alle toen bekende planeten in hun juiste volgorde van afstand er omheen. Dit is de vroegst bekende heliocentrische theorie van het zonnestelsel.

Helaas is de oorspronkelijke tekst waarin hij dit argument aanvoert verloren gegaan, zodat we niet met zekerheid kunnen weten hoe hij dit heeft uitgewerkt. Aristarchus wist dat de Zon veel groter was dan de Aarde of de Maan, en hij kan hebben verondersteld dat de Zon daarom de centrale positie in het zonnestelsel zou moeten hebben.

Het is niettemin een verbijsterende vondst, vooral als je bedenkt dat ze pas in de 16e eeuw werd herontdekt, door Nicolaus Copernicus, die Aristarchus zelfs erkende tijdens de ontwikkeling van zijn eigen werk.

De grootte van de Maan

Een van de boeken van Aristarchus die wel bewaard zijn gebleven, gaat over de afmetingen en afstanden van de Zon en de Maan. In deze opmerkelijke verhandeling heeft Aristarchus de vroegst bekende pogingen tot berekeningen van de relatieve maten en afstanden tot de Zon en de Maan uiteengezet.

Het was al lang waargenomen dat de Zon en de Maan aan de hemel even groot leken te zijn, en dat de Zon verder weg stond. Zij realiseerden zich dit door zonsverduisteringen, veroorzaakt doordat de Maan op een bepaalde afstand van de Aarde voor de Zon langs schoof.

Ook redeneerde Aristarchus dat op het moment dat de Maan in het eerste of derde kwartier staat, de Zon, de Aarde en de Maan een rechthoekige driehoek vormen.

Omdat Pythagoras een paar eeuwen eerder had bepaald hoe de lengtes van de zijden van een driehoek met elkaar samenhingen, gebruikte Aristarchus de driehoek om te schatten dat de afstand tot de Zon tussen de 18 en 20 keer zo groot was als de afstand tot de Maan. Hij schatte ook dat de grootte van de Maan ongeveer een derde was van die van de Aarde, gebaseerd op nauwkeurige timing van maansverduisteringen.

Hoewel zijn geschatte afstand tot de Zon te laag was (de werkelijke verhouding is 390), vanwege het gebrek aan telescopische precisie die toen beschikbaar was, is de waarde voor de verhouding van de grootte van de Aarde tot de Maan verrassend accuraat (de Maan heeft een diameter van 0,27 maal die van de Aarde).

Heden ten dage weten we de grootte en afstand tot de maan nauwkeurig met behulp van verschillende middelen, waaronder nauwkeurige telescopen, radarwaarnemingen en laserreflectoren die door Apollo-astronauten op het oppervlak zijn achtergelaten.

De omtrek van de aarde

Eratosthenes (276 v.Chr. tot 195 v.Chr.) was hoofdbibliothecaris van de Grote Bibliotheek van Alexandrië, en een fervent experimenteel onderzoeker. Een van zijn vele prestaties was de vroegst bekende berekening van de omtrek van de Aarde. Pythagoras wordt algemeen beschouwd als de eerste voorstander van een bolvormige Aarde, hoewel blijkbaar niet de grootte. Eratosthenes’ beroemde en toch eenvoudige methode berustte op het meten van de verschillende lengten van de schaduwen die op de middag van de zomerzonnewende op verschillende breedtegraden werden geworpen door palen die verticaal in de grond waren gestoken.

De zon staat zo ver weg dat, waar haar stralen ook bij de aarde aankomen, zij in feite evenwijdig zijn, zoals eerder was aangetoond door Aristarchus. Dus het verschil in de schaduwen toonde aan hoezeer het aardoppervlak kromde. Eratosthenes gebruikte dit om de omtrek van de aarde op ongeveer 40.000 km te schatten. Dit is binnen een paar procent van de werkelijke waarde, zoals vastgesteld door de moderne geodesie (de wetenschap van de vorm van de Aarde).

Later gebruikte een andere wetenschapper genaamd Posidonius (135BC tot 51BC) een iets andere methode en kwam tot bijna exact hetzelfde antwoord. Posidonius woonde een groot deel van zijn leven op het eiland Rhodos. Daar observeerde hij dat de heldere ster Canopus heel dicht bij de horizon zou staan. Toen hij echter in Alexandrië, in Egypte, was, merkte hij op dat Canopus tot zo’n 7,5 graden boven de horizon zou stijgen.

Gezien het feit dat 7,5 graden 1/48ste van een cirkel is, vermenigvuldigde hij de afstand van Rhodos tot Alexandrië met 48, en kwam op een waarde van eveneens ongeveer 40.000 km.

De eerste astronomische rekenmachine

De oudste nog bestaande mechanische rekenmachine ter wereld is het Antikythera Mechanisme. Het verbazingwekkende apparaat werd ontdekt in een oud scheepswrak bij het Griekse eiland Antikythera in 1900.

Het apparaat is nu gefragmenteerd door het verstrijken van de tijd, maar wanneer het intact was, zou het eruit hebben gezien als een doos met daarin tientallen fijn bewerkte bronzen tandwielen. Wanneer de tandwielen met de hand aan een hendel werden gedraaid, spanden zij aan de buitenkant wijzerplaten die de maanfasen, de tijdstippen van maansverduisteringen en de posities van de vijf toen bekende planeten (Mercurius, Venus, Mars, Jupiter en Saturnus) op verschillende tijdstippen in het jaar aangaven. Dit verklaarde zelfs hun retrograde beweging – een illusoire verandering in de beweging van planeten door de hemel.

We weten niet wie het gebouwd heeft, maar het dateert van ergens tussen de 3e en 1e eeuw v. Chr. en kan zelfs het werk zijn geweest van Archimedes. Tandwieltechnologie met de verfijning van het Antikythera mechanisme werd duizend jaar lang niet meer gezien.

Treurig genoeg ging het overgrote deel van deze werken verloren voor de geschiedenis en werd ons wetenschappelijk ontwaken millennia vertraagd. De technieken van Eratosthenes zijn betrekkelijk gemakkelijk uit te voeren en vereisen geen speciale apparatuur, zodat degenen die pas met hun belangstelling voor de wetenschap beginnen, deze kunnen begrijpen door te doen, te experimenteren en uiteindelijk in de voetsporen te treden van enkele van de eerste wetenschappers.

Men kan slechts speculeren waar onze beschaving nu zou zijn als deze oude wetenschap onverminderd was doorgegaan.