Na Grécia, com os filósofos pré-socráticos e seu afã de explicar o mundo em todos os seus aspectos, foram criadas imaginativas explicações teóricas sobre os corpos celestes. O exame dos fragmentos sobreviventes indica que esses intelectuais tinham grande interesse pela Astronomia e podem ter sido os primeiros astrônomos da Grécia, pelo menos em relação a teorias sobre a mecânica celeste.
Sabe-se que o sistema astronômico do eleata Parmênides (-515/-445) teve grande influência durante o Período clássico, mas até hoje não foi possível reconstruí-lo satisfatoriamente a partir dos poucos fragmentos que tratam desse assunto.
As maiores contribuições dos gregos, porém, foram a descrição de sistemas racionais para descrever o movimento aparente dos corpos celestes e a elaboração de modelos da estrutura do Universo. Eudoxo de Cnido (-400/-347) foi o primeiro a usar a geometria para descrever o movimento dos astros.
O modelo de Universo mais aceito na Antiguidade (e também na Idade Média), sistema geocêntrico, foi imaginado e desenvolvido pelos pensadores gregos. Nessa concepção, a Terra era considerada o centro do Universo conhecido. Foram também os gregos os primeiros a imaginar o sistema heliocêntrico, que posteriormente se comprovou ser o sistema correto.
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