Одной из наиболее интенсивно развивающихся наук в эллинистическую эпоху была география. К концу классического периода греческой истории идея шарообразности Земли была общепризнана греческими географами, однако перед началом походов Александра Македонского сведения эллинов об окружающем мире были довольно скудны и еще мало отличались от тех, что были сообщены в трудах Геродота.
Тем не менее в начале IV в. до н. э. в Греции появляются новые трактаты, в которых содержатся географические сведения. Например, в знаменитом сочинении Ксенофонта «Анабазис», повествующем о «походе десяти тысяч», имеется много интересных сведений о географии и этнографии Малой Азии и Армении. Ктесий Книдский, который в течение 17 лет был придворным врачом персидских царей, создал несколько сочинений по истории и географии, где описал Персию и Индию. При рассказе о последней Ктесий пользовался всевозможными слухами, поэтому включил в свое повествование о ее географии и обитателях различные фантастические домыслы. Наивысшие достижения в области географии в это время принадлежат Пифею (около 350 — около 320 гг. до н. э.) из Мас- салии (современный Марсель). Этот ученый известен тем, что в 326—324 гг. до н. э. совершил длительное плавание вокруг западных берегов Европы в поисках олова и янтаря, во время которого сделал ряд важнейших географических открытий. Так, обогнув Испанию, Пифей обнаружил Бискайский залив, после чего открыл полуостров Бретань и Британские острова. Кроме того, он достиг некой земли Туле (Фуле), названной им крайней обитаемой страной. Таким образом, он опроверг традиционное греческое представление о необитаемости северных земель из-за холода. Современные ученые отождествляют Туле либо с Исландией, либо с северным побережьем Норвегии. Описание открытых земель Пифей изложил в своем трактате «Об океане», из которого до нас дошли лишь отрывки, содержащиеся в трудах римских историков Полибия и Страбона. Кроме того, ученый известен тем, что смог точно определить широту своего родного города при помощи гномона. Однако лишь начало походов Александра Македонского открыло в древности «эпоху великих географических открытий». Греко-македонскую армию сопровождали специальные должностные лица — «шагомеры», которые вели измерения пройденного войском пути на основе подсчета шагов, устанавливали расстояния между отдельными пунктами, составляли описание маршрутов и наносили на карты пройденные территории. Кроме записей, которые делали «шагомеры», определенные сведения о географии и этнографии завоеванных территорий содержатся в записках ближайших сподвижников македонского царя. Эти материалы послужили источником информации для Ари- стобула — придворного историка Александра. В работах этого летописца имеются не только описания битв и побед, но и данные о тех странах, через которые проходило греко-македонское войско. Со многими из них эллины знакомились тогда впервые. Позже Дикеарх из Мессаны, ученик Аристотеля, на основе этих сведений составил карту всех известных тогда районов ойкумены (обитаемой земли). Этот ученый известен также своей попыткой впервые определить размеры Земного шара. Он решил сделать это при помощи измерения положения зенита на разных широтах (район Лисимахии у Дарданелл и у Ассуана в Египте). Расчеты Дикеарха дали результат примерно в 300 тыс. стадиев (около 50 тыс. км при истинном значении в 40 тыс. км). Ширину (с севера на юг) ойкумены ученый определил в 40 тыс. стадиев, а длину (с запада на восток) — в 60 тыс. стадиев. Кроме того, Дикеарх занимался измерением высоты горных вершин и составил географическое описание Греции в трех книгах. Активизировалось и изучение морских просторов. Неарх, командующий флотом Македонии, выполняя приказ Александра Македонского, возвращался в Двуречье из индийского похода вдоль берегов Индийского океана, внимательно исследуя их и изучая морской путь из Индии в Малую Азию. Эта экспедиция завершилась вполне благополучно. Отчетом о ней, написанном самим флотоводцем, воспользовались позже историографы греко-македонских походов Ариан и Страбон. Кроме того, Неарх, по заданию Александра, стал готовить еще более грандиозную морскую экспедицию, начавшуюся уже после смерти царя. О ее судьбе ничего неизвестно. Некоторые современные ученые предполагают, что Неарх мог достичь берегов Америки, другие считают наиболее вероятным маршрутом похода следование вокруг берегов Африки. Стратон из перипатетической философской школы интересовался, прежде всего, происхождением морей. Он считал, что Черное море было изначально озером, но позже соединилось со Средиземным и стало отдавать излишки воды Эгейскому морю через Дарданеллы. Средиземное море, по мнению ученого, тоже являлось прежде озером, но оно прорвалось через Гибралтарский пролив, в результате чего его уровень снизился, обнажая побережья, где остались раковины и отложения солей. Одним из величайших греческих ученых эллинистического периода был Эратосфен из Кирены (около 275 — около 195 гг. до н. э.). Он занимался и географией, и математикой, и историей. Эратосфен учился в Афинах у Аркесилая, около 235 г. до н. э. приехал в Александрию, где получил должности главного смотрителя знаменитейшей александрийской библиотеки и воспитателя наследника трона — будущего Птолемея IV. Наибольшим был вклад этого ученого в развитие географической науки. Данной области знаний он посвятил свой большой труд «География», состоявший из трех книг. К сожалению, он не сохранился до нашего времени, но хорошо известен в пересказе римского историка и географа Страбона. В первой книге своего труда Эратосфен изложил историю развития греческой географии, начиная с древнейших времен. Он весьма критически отозвался о географических сведениях, приводимых Гомером, рассказал о первых географических картах Анаксимандра и Гекатея, утверждал истинность описания Пифием путешествия, что обычно ставилось под сомнение его современниками. Во второй книге своего труда Эратосфен говорил о шаровидности Земли, приводил доказательства этого положения и описал свою теорию ойкумены, которую считал островом, окруженным океаном. На основе этого положения ученый впервые высказал знаменитое предположение, что Индию можно достичь, отплыв из Европы, точнее, от Гибралтара, на запад. Третья же книга представляет собой подробный комментарий к составленной Эратосфеном карте. Для развития географии были наиболее важны, прежде всего, две идеи этого ученого. Он был первым, кто попытался проложить на карте меридианы и параллели. Кроме того, Эратосфен разработал новый метод измерения размеров Земли, который описал в отдельном сочинении. Этот метод состоял в определении длины тени, отбрасываемой гномоном в Александрии в тот момент, когда в Сиене, находившейся примерно на одном меридиане со столицей Египта, Солнце стоит в зените. Сделанные Эратосфеном расчеты по этому методу дали примерный результат в 250 тыс. египетских стадиев. Более точные вычисления дают результат 252 тыс. стадиев (39 690 км), что лишь на 310 км отличается от истинного значения. Это достижение географа оказалось недосягаемым вплоть до XVII в. н. э. В математике этому ученому принадлежат разработка механического способа решения задачи об удвоении куба и открытие легкого способа выделения простых чисел из любого конечного числа нечетных чисел, начиная с трех. В своем трактате «Хронография» Эратосфен сделал попытку систематизировать греческую историю и выяснить наиболее достоверные даты важнейших событий. Этот труд послужил началом возникновения научной хронологии. Эратосфен занимался не только научной работой, но и художественным творчеством, в котором определенным образом отразились его естественно-научные взгляды. Ему принадлежала мифологическо-астрономическая поэма «Превращение в звезды», а также сравнительно большой эпиллий (стихотворная поэма на мифологическую тему) «Гермес», где автор определенным образом связал «биографию» этого бога с учением о движении сфер, созвучном лире, изобретенной, по легенде, Гермесом. Однако «Географию» Эратосфена подверг резкой критике в своих работах знаменитый астроном Гиппарх (190—125 гг. до н. э.), которая заключалась, прежде всего, в осуждении применяемых Эратосфеном методов расположения географических объектов. Гиппарх считал невозможным придавать серьезное значение данным наблюдений об удаленности и ориентации этих объектов и признавал лишь информацию, полученную на основе более точных фактов: высоты звезд над горизонтом, длины тени, отбрасываемой гномоном, различий во времени наступления лунных затмений и т. д. Он заложил также принципы математической географии, ввел понятия широты и долготы, применил в качестве основы построения карты сетку меридианов и параллелей. Однако все же наибольшие достижения Гиппарха лежат в области астрономии. Он разработал теорию движения Луны и Солнца, вычислил продолжительность тропического года и наклон экватора к эклиптике. Ученый составил также каталог неподвижных звезд, включавший в себя координаты 850 светил, причем они были классифицированы по степени их блеска.
Гиппарх ввел понятие звездной величины (6 степеней). К сожалению, труды Гиппарха практически не сохранились и о его работах известно из трактата «Альмагеста» римского ученого Клавдия Птолемея. Кроме теоретических основ географии развивались и ее прикладные направления, то есть составлялись точные описания тех или иных участков земной поверхности. Например, во II в. до н. э. появились работы географа Агатархида Книдского, где содержался подробный рассказ о бассейне Красного моря и части Индийского океана, и труд так называемого Псевдо-Скимна, повествующего о Черном море. Все работы ставили перед собой только одну цель: дать своим читателям ясное представление об определенном географическом регионе. Высшим достижением астрономии эллинистического времени была разработка гелиоцентрической модели Космоса. Ее появление было вызвано необходимостью объяснить периодические изменения яркости планет (прежде всего Марса, Венеры и Меркурия), что не удавалось с помощью традиционной геоцентрической схемы. Автором первой в истории науки гелиоцентрической модели стал Аристарх Самосский (около 320—250 гг. до н. э.). К сожалению, о его жизни не сохранилось каких-либо достоверных сведений, известно лишь, что он вел астрономические наблюдения в Александрии в 288—277 гг. до н. э. Основной труд этого астронома до нас не дошел, но главные принципы его теории изложены в трактате «Псамитт» Архимеда. Сохранилась небольшая работа Аристарха «О размерах и расстояниях Солнца и Луны». В ней он приводит шесть «гипотез», разработанных им во время своих наблюдений за Луной в периоды ее затмений. На основе этих предположений он доказывает ряд теорем, суть которых заключается в следующем: 1) расстояние от Земли до Солнца составляет примерно 18 — 20 расстояний от Земли до Луны; 2) диаметры Солнца и Луны относятся друг к другу так же, как и их расстояния до Земли; 3) отношение диаметров Солнца и Земли лежит в пределах между 19/3 и 43/6, поэтому объем Солнца примерно в 250 раз больше объема Земли. Эти значения, естественно, не являются истинными, но они связаны не с ошибками в математических расчетах Аристарха (математический аппарат его теорем был в основном правильным), а в недостаточно совершенных методах его астрономических наблюдений, которые дали ему неверные исходные данные. При построении своей модели Космоса ученый выступал более как математик, а не астроном. Главная же заслуга Аристарха состоит в том, что он впервые в истории науки высказал идею о значительно больших размерах Солнца по сравнению с Землей. Это заставило его усомниться в истинности традиционной геоцентрической концепции Космоса и разработать первую гелиоцентрическую теорию устройства Вселенной. Таким образом, устранялся один из главных недостатков геоцентрической системы — трудность объяснения причин колебания яркости некоторых планет. Тот факт, что неподвижные звезды не меняют своей видимой конфигурации, а это должно было бы происходить при вращении Земли вокруг Солнца, Аристарх объяснял огромным радиусом сферы этих звезд. Немаловажны и достижения этого ученого в области математики. В расчетах он довольно широко использовал тригонометрические функции, хотя у него они были представлены пока в неясном виде. К сожалению, несмотря на все убедительные доказательства, которые Аристарх привел в пользу своей гипотезы, она не была признана античными учеными. Против нее были выдвинуты серьезные, по тем временам, аргументы как физического, так и астрономического характера. Примерно аналогичные возражения выдвигались и в средние века против теории Коперника, но тогда они были устранены открытиями Кеплера, Галилея и Ньютона, в античности же этого не произошло. Единственным известным нам сторонником этой теории был Селевк из Селевкии, живший во II в. до н. э. Что касается его собственных открытий, то он был первым, кто обратил внимание на зависимость приливов и отливов от положения Луны. Ученый также утверждал тезис о бесконечности Вселенной. Архимед, хоть и не был профессиональным астрономом, тем не менее уделял этой области знания определенное внимание. Так, он разработал метод для определения видимого диаметра Солнца и получил с помощью него значение, весьма близкое к истинному. К сожалению, сейчас можно судить об астрономических взглядах ученого лишь по косвенным свидетельствам, а из работ Архимеда видно, что он не принял гелиоцентрическую гипотезу Аристарха и придерживался традиционных взглядов. По словам римского ученого Макробия, мыслитель вычислил расстояние в стадиях от Земли до Луны, Солнца, Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна, но ни в одном из сохранившихся трактатов мыслителя об этом нет никаких сведений. Одним из наиболее известных в древности изобретений Архимеда был его планетарий — полая сфера с механизмом, позволявшим воспроизводить движения Луны, Солнца и пяти планет. После захвата Сиракуз римлянами планетарий был увезен ими в свою метрополию, где хранился долгое время. Известны также и другие астрономы того времени, например Аристилл и Тимохарис, жившие в Александрии в первой половине III в. до н. э. Это были практики, занимавшиеся точным измерением положений звезд, установлением моментов равноденствий и т. д. Для проведения наблюдений за небесной сферой они пользовались специальными приборами, снабженными градуированными кругами. Одним из величайших астрономов эллинистического периода был уже упоминавшийся Гиппарх из Никеи (около 190— 120 гг. до н. э.), живший на острове Родос. Из работ мыслителя полностью сохранился лишь трактат «Комментарии к Арату», однако его астрономические теории были довольно подробно изложены в труде «Альмагеста» римского ученого Птолемея. Главное внимание в области астрономии Гиппарх уделил совершенствованию геоцентрической концепции Космоса. Он доработал теорию так называемых эпициклов, предложенную Аполлонием Пергским. Согласно этой теории, планеты движутся по малому кругу вокруг центра, который сам вращается по большому кругу вокруг Земли. Гиппарх придал этой теории законченный вид и разработал на ее основе усовершенствованную геоцентрическую модель Космоса. При этом он заметил, что при движении небесных тел по эпициклам центры этих эпициклов должны вращаться по круговой орбите, центр которой находится на некотором расстоянии от Земли. Мыслителем была детально разработана теория движения Солнца, основанная на концепции эпициклов. Кроме разработки усовершенствованной геоцентрической теории, Гиппарх много сделал и для развития практической наблюдательной астрономии. Известны три его астрономических трактата: «О длине года», «Об интеркаляции месяцев и дней» и «Об изменении солнцестояний и равноденствий». В этих работах ученый, основываясь на результатах своих наблюдений, с помощью сложных математических вычислений, в том числе с применением тригонометрических методов, смог рассчитать с высокой точностью продолжительность тропического года, то есть период последовательного прохождения центра Солнца через точку осеннего или весеннего равноденствия. По его расчетам, она составила 365 дней 5 часов 55 минут и 16 секунд, что лишь на 6 минут 20 секунд короче современного значения этого периода. Не меньшее внимание Гиппарх уделял и изучению движений Луны, сравнивая результаты своих наблюдений с данными вавилонских астрономов. На основе этих сведений он смог весьма точно определить синодический и сидерический периоды обращения Луны (первый — время между двумя одинаковыми фазами Луны, второй — промежуток времени между ее двумя одинаковыми положениями на небосводе). Полученные ученым значения с точностью до секунды совпадают с современными. Одной из величайших заслуг Гиппарха в области астрономии было вычисление расстояния от Земли до Луны благодаря данным о солнечном затмении 129 г. до н. э. Известно, что если в районе Геллиспонта оно было полным, то в Александрии наблюдалось затемнение лишь 4/5 солнечного диска. Движение Луны ученый также объяснил на основе концепции эпициклов. Кроме изучения движущихся небесных тел, он проводил наблюдения и за звездами. Гиппарх составил каталог, содержащий небесные координаты около 850 неподвижных звезд, определяемые их долготой и широтой относительно эклиптики. Гиппарх занимался и усовершенствованием солнечно-лунного календаря. Он снова учетверил цикл Каллиппа и отнял от получившейся суммы один день. В результате получился цикл, состоявший из 304 лет и делившийся на 3760 лунных месяцев, длительность которых соответствовала значениям, определенным самим Гиппархом. Однако из-за своей сложности этот цикл не получил распространения. Таким образом, в эллинистическую эпоху греческая астрономия стала высокоразвитой наукой с прекрасной методологической базой — большим объемом сведений, совершенными методами математических расчетов, богатой теоретической основой. К тому же в этот период греческие ученые получили доступ к архивам вавилонских жрецов, где содержалось огромное количество практических данных, полученных в результате многовековых наблюдений за небесной сферой.