Первая в мире научная астрономическая обсерватория возникла в Египте, в городе Александрии, основанном в 332 году до н. э. Александром Македонским. Здесь была создана своего рода академия наук с богатейшей, прославленной библиотекой.

Астрономические инструменты, созданные здесь древними греками, служили прообразом всех астрономических инструментов вплоть до появления оптических телескопов. Это трикветрумы, стенные и перекладывающиеся квадранты, секстанты, астролябии, армиллярные сферы и т. д. Все эти инструменты хотя и совершенствовались сначала арабами, а позже европейцами, но сохранили принцип действия, заложенный ещё в александрийской школе. Так, в XV веке в Самаркандской обсерватории Улугбек соорудил секстант радиусом в 40,2 метра. А Тихо Браге[7] в 1600-х годах работал на шестиметровом стенном квадранте с одноминутной точностью, поразительной для того времени. Во II веке н. э. Птолемей[8] предложил геоцентрическую модель мира, которая всерьёз не подвергалась сомнению на протяжении четырнадцати веков. Он предполагал, что Солнце движется вокруг Земли по гигантской окружности, а планеты — по меньшим окружностям (эпициклам), центры которых лежат на этой окружности.

Величайший Николай Коперник[9] в 1540 году без оптического телескопа, с помощью своего визирного прибора «трикветрума», с огромной для того времени точностью проанализировал видимые движения планет вокруг Солнца и, «включив» свою гениальную интуицию, обосновал гелиоцентрическую систему, совершив революцию в астрономической науке. Допустив движение планет, в том числе и Земли, вокруг Солнца, он показал, что можно гораздо проще и изящнее объяснить наблюдаемые движения планет. Однако Коперник сохранил в своей модели идею круговых орбит, поместив Солнце в центр земной орбиты. Вследствие этого Коперник был вынужден сохранить некоторые из эпициклов Птолемея. Своё учение он изложил в сочинении «Об обращении небесных сфер» (1543). Книга вышла в свет в день его смерти. Этот величайший труд надолго был запрещён католической церковью.

Следующий шаг был сделан датским астрономом Тихо Браге, которому удалось с величайшей точностью определять положения планет. Его судьба сложилась иначе. Датский король Фридрих II подарил ему целый остров Гвеен, назначил ему постоянное годовое содержание, построил ему на этом острове великолепную обсерваторию Ураниенбург, оснастив её самыми лучшими инструментами того времени. Учёные дальних стран и даже многие государи посещали Браге на его острове. Его постоянно окружали студенты, приходившие учиться под его руководством. Ему удалось определить продолжительность года — 365 суток, 5 часов, 48 минут и 45 секунд. Это измерение на одну секунду отличается от современных измерений. Вот что означает астрономическая точность великого наблюдателя! Но вот беда: из своих сверхточных измерений (в 1 минуту дуги) он не извлёк ни одного астрономического закона.

После кончины Тихо Браге архив его наблюдений оказался в руках Иоганна Кеплера[10]. Именно эти точные астрономические наблюдения, выполненные Тихо Браге, привели Кеплера к открытию кинематических законов движения планет, а Исаака Ньютона[11] к закону всемирного тяготения и созданию основ небесной механики. Кеплер доказал, что планеты движутся по эллиптическим орбитам, в одном из фокусов которых находится Солнце. Более того, он заметил, что планеты, приближаясь к Солнцу, движутся быстрее, а удаляясь от него, замедляют своё движение. Ему удалось заметить, что воображаемая линия, соединяющая планету с Солнцем, описывает за одинаковые промежутки времени одинаковые площади внутри эллипса. Но самое поразительное соотношение, которое получил Кеплер, это то, что квадрат периода обращения по орбите каждой планеты пропорционален кубу её среднего расстояния от Солнца. Он окончательно избавил астрономов от необходимости вводить эпициклы для объяснения строения Солнечной системы. Но стоит заметить, что ещё Тихо Браге не принимал гелиоцентрическую систему.

Гелиоцентрической системе суждено было достичь полного признания благодаря Галилео Галилею[12], который первым наблюдал за планетами систематически. В его время, около 1600 года, в Голландии появились умелые стекольных дел мастера и, как гласит легенда, дети стекольщиков случайно заметили «увеличение» предметов с помощью выпуклых стёклышек. Голландские стеклоделы догадались изготовлять и продавать мореплавателям зрительные трубы. Галилей воспользовался идеей голландских мастеров и в 1609 году самостоятельно изготовил первый телескоп с трёхкратным увеличением. Впоследствии он изготовил телескоп с 30-кратным увеличением, с помощью которого открыл пятна на Солнце, лунные горы, спутники Юпитера — Ио, Европу, Ганимед и Каллисто.

До Галилея было общепринятым представление Аристотеля о «спокойном небе». Считалось, что раз и навсегда сотворённый мир живёт неизменной жизнью. Все замеченные изменения в звёздном мире считались незакономерными, курьёзными явлениями. Великому астроному Галилею принадлежала мысль о нестационарности «звёздного мира». Католическая церковь жестоко преследовала Галилея за провозглашение нестационарности мироздания. Нестационарность Вселенной впоследствии стала основным объектом астрофизических исследований Амбарцумяна.

Универсальность закона всемирного тяготения Ньютона получила подтверждение в работах Уильяма Гершеля[13] по исследованию двойных звёзд, вращающихся одна вокруг другой. Гершель наметил общую форму нашей Галактики, оценив её размеры, и сделал вывод, что она является одним из многочисленных звёздных «островов» во Вселенной.

Нестационарность расширяющейся Вселенной и теория Большого взрыва

После открытия Гершелем галактик одной из насущных проблем космогонии стала проблема расстояний до них. Первоначально для определения расстояний до галактик астрономы изучали в этих галактиках новые звёзды и цефеиды. Однако фундаментальному решению этой проблемы способствовало появление в XIX веке спектральных методов исследования. Её решил в 1920 году американский астроном Эдвин Хаббл[14], анализируя смещения спектральных линий далёких галактик. Он установил прямую пропорциональность красного смещения (смещения спектральных линий в сторону длинных волн) скорости удаления галактик, а также и расстояния до них (закон Хаббла). Этот закон является одним из фундаментальных законов астрономии. Он же с помощью наблюдений установил факт разбегания галактик. Оказалось, галактики удаляются со скоростями, пропорциональными их расстояниям от нас. Это означает, что если одна из них расположена от нас в сто раз дальше, чем другая, то она удаляется от нас в сто раз быстрее, чем первая.