Historierna av Herodotos (484 f.Kr. till 425 f.Kr.) ger en anmärkningsvärd inblick i den värld som de gamla grekerna kände till i mitten av det femte århundradet före Kristus. Nästan lika intressant som vad de visste är dock vad de inte visste. Detta är utgångspunkten för de anmärkningsvärda framstegen i deras förståelse under de följande århundradena, då de helt enkelt förlitade sig på vad de kunde observera med sina egna ögon.

Herodotos hävdade att Afrika var nästan helt omgivet av hav. Hur visste han detta? Han berättar om feniciska sjömän som skickades ut av den egyptiske kungen Neco II (omkring 600 f.Kr.) för att segla runt det afrikanska fastlandet medsols, med början i Röda havet. Denna berättelse, om den är sann, berättar om den tidigaste kända världsomseglingen av Afrika, men innehåller också en intressant inblick i den antika världens astronomiska kunskaper.

Resan tog flera år. Efter att ha rundat Afrikas sydspets och följt en västlig kurs observerade sjömännen att solen stod på deras högra sida, ovanför den norra horisonten. Denna observation var helt enkelt inte meningsfull vid den tidpunkten eftersom de ännu inte visste att jorden har en sfärisk form och att det finns en sydlig hemisfär.

Planeterna kretsar kring solen

För några århundraden sedan hade det skett stora framsteg. Aristarkos av Samos (310 f.Kr. till 230 f.Kr.) hävdade att solen var kosmos ”centrala eld” och han placerade alla de då kända planeterna i sin korrekta avståndsordning runt solen. Detta är den tidigaste kända heliocentriska teorin om solsystemet.

Tyvärr har originaltexten där han framför detta argument gått förlorad för historien, så vi kan inte med säkerhet veta hur han utarbetade det. Aristarkos visste att solen var mycket större än jorden eller månen, och han kan ha anat att den därför borde ha den centrala positionen i solsystemet.

Det är ändå ett häpnadsväckande fynd, särskilt när man betänker att det inte återupptäcktes förrän på 1500-talet, av Nicolaus Copernicus, som till och med erkände Aristarchus under utvecklingen av sitt eget arbete.

Månens storlek

En av Aristarchus böcker som överlevde handlar om solens och månens storlek och avstånd. I denna anmärkningsvärda avhandling lade Aristarchus fram de tidigaste kända försöken till beräkningar av de relativa storlekarna och avstånden till solen och månen.

Det hade länge observerats att solen och månen verkade vara av samma skenbara storlek på himlen, och att solen var längre bort. De insåg detta genom solförmörkelser, som orsakas av att månen passerar framför solen på ett visst avstånd från jorden.

I det ögonblick då månen befinner sig i första eller tredje kvartalet resonerade Aristarkos att solen, jorden och månen skulle bilda en rätvinklig triangel.

Eftersom Pythagoras hade bestämt hur längderna på triangelns sidor hängde ihop ett par århundraden tidigare använde Aristarkos triangeln för att uppskatta att avståndet till solen var mellan 18 och 20 gånger avståndet till månen. Han uppskattade också att månens storlek var ungefär en tredjedel av jordens storlek, baserat på noggrann tidsbestämning av månförmörkelser.

Samtidigt som hans uppskattning av avståndet till solen var för lågt (det verkliga förhållandet är 390), på grund av bristen på teleskopisk precision som fanns tillgänglig vid den tiden, är värdet för förhållandet mellan jordens storlek och månens storlek förvånansvärt exakt (månen har en diameter 0,27 gånger större än jorden).

I dag känner vi till storleken och avståndet till månen exakt med hjälp av en rad olika metoder, bland annat exakta teleskop, radarobservationer och laserreflektorer som Apollos astronauter lämnat på ytan.

Jordets omkrets

Eratosthenes (276 f.Kr. till 195 f.Kr.) var chefsbibliotekarie vid det stora biblioteket i Alexandria, och en ivrig experimentalist. Bland hans många prestationer fanns den tidigaste kända beräkningen av jordens omkrets. Pythagoras anses allmänt vara den tidigaste förespråkaren av en sfärisk jord, men uppenbarligen inte dess storlek. Eratosthenes berömda och ändå enkla metod byggde på att mäta de olika längderna på de skuggor som kastas av stolpar som sticks vertikalt ner i marken vid middagstid på sommarsolståndet på olika latituder.

Solen är tillräckligt långt borta för att dess strålar, oavsett var de når jorden, i praktiken är parallella, vilket Aristarkos tidigare hade visat. Skillnaden i skuggorna visade alltså hur mycket jordens yta krökte. Eratosthenes använde detta för att uppskatta jordens omkrets till cirka 40 000 km. Detta ligger inom ett par procent av det faktiska värdet, som fastställts av modern geodesi (vetenskapen om jordens form).

Senare använde en annan vetenskapsman vid namn Posidonius (135 f.Kr. till 51 f.Kr.) en något annorlunda metod och kom fram till nästan exakt samma svar. Posidonius bodde på ön Rhodos under en stor del av sitt liv. Där observerade han att den ljusa stjärnan Canopus skulle ligga mycket nära horisonten. Men när han befann sig i Alexandria i Egypten noterade han att Canopus steg till cirka 7,5 grader över horisonten.

Med tanke på att 7,5 grader är 1/48 av en cirkel multiplicerade han avståndet från Rhodos till Alexandria med 48 och kom fram till ett värde på cirka 40 000 km.

Den första astronomiska räknaren

Världens äldsta bevarade mekaniska räknare är Antikythera-mekanismen. Den fantastiska anordningen upptäcktes i ett gammalt skeppsvrak utanför den grekiska ön Antikythera år 1900.

Anordningen är nu fragmenterad av tidens gång, men när den var intakt skulle den ha sett ut som en låda som rymde dussintals fint bearbetade kugghjul i brons. När kugghjulen roteras manuellt med hjälp av ett handtag spänner de över rattar på utsidan som visar månens faser, tidpunkten för månförmörkelser och positionerna för de fem planeter som man då kände till (Merkurius, Venus, Mars, Jupiter och Saturnus) vid olika tidpunkter på året. Detta förklarade till och med deras retrograd rörelse – en illusorisk förändring i planeternas rörelse på himlen.

Vi vet inte vem som byggde den, men den är daterad till någon gång mellan det tredje och första århundradet före Kristus, och kan till och med ha varit Archimedes verk. Kugghjulsteknik med den sofistikerade Antikythera-mekanismen sågs inte igen på tusen år.

Tråkigt nog gick de allra flesta av dessa verk förlorade i historien och vårt vetenskapliga uppvaknande fördröjdes med årtusenden. Som ett verktyg för att introducera vetenskapliga mätningar är Eratosthenes tekniker relativt enkla att utföra och kräver ingen särskild utrustning, vilket gör det möjligt för dem som precis har börjat intressera sig för vetenskap att förstå genom att göra, experimentera och i slutändan följa i fotspåren av några av de första vetenskapsmännen.

Man kan bara spekulera i var vår civilisation skulle kunna befinna sig nu om denna urgamla vetenskap hade fortsatt oavbrutet.