БРАГЕ, СВЕРХТОЧНЫЙ АСТРОНОМ

Тихо Браге стал астрономом, получившим самые точные сведения в истории науки до начала использования телескопов. До него никому не удавалось добыть так много данных, к тому же настолько точных. Браге отличался крайней скрупулезностью и стремился свести к минимуму погрешности наблюдений. Например, для вычисления положения светил он использовал огромные астролябии и армиллярные сферы, поскольку их размер влиял на точность. Он все время работал над увеличением стабильности используемых приборов и постоянно проводил наблюдения.

Значительный объем полученных сведений убедил Браге в ошибочности геоцентризма, но не привел к коперниканству. Чтобы свести все данные в непротиворечивую систему, он создал собственную картину космоса, на полпути между гео‑ и гелиоцентризмом. Вселенная Браге оставалась ограниченной сферой с неподвижными звездами, с Землей в центре и Солнцем и Луной, которые вращались вокруг нее. Остальные планеты двигались не вокруг Земли, а вокруг Солнца.

Два его наблюдения, благодаря их фантастической точности, стали важнейшими аргументами в развенчании геоцентризма. В 1572 году Браге стал свидетелем появления сверхновой звезды, о которой мы уже упоминали. В области созвездия Кассиопеи вспыхнула ярчайшая точка. Последователи Аристотеля сочли ее метеорологическим феноменом, но Браге, вооруженный фактами, смог доказать, что вспышка находится за орбитами планет. Если бы это явление имело место рядом с Землей, произошел бы параллакс, которого в данном случае не было.

Система мира, предложенная Тихо Браге, являет собой нечто среднее между геоцентрической и гелиоцентрической моделями. Датский ученый всегда был против коперниканства, но в своих наблюдениях он пришел к схожим результатам.

То же самое случилось в 1577 году, когда безмятежность небес нарушила комета, и Браге вновь было что возразить сторонникам Аристотеля, которые считали, что это явление происходило между Землей и Луной. В ходе своих вычислений Браге пришел к другому выводу: орбита кометы находилась за Венерой, и к тому же она должна была пройти так называемые кристаллические сферы, несущие на себе планеты. Точность его измерений помогла разрушить видение мира, которое противоречило фактам и продолжало существовать только благодаря вере.

КЕПЛЕР: «БОГ ВСЕГДА ПОСТУПАЕТ ПО ПРАВИЛАМ ГЕОМЕТРИИ»

Иоганн Кеплер (1571‑1630) родился в протестантской стране и узнал о системе Коперника в Тюбингене как о сугубо прикладном и искусственном подходе. И тем не менее он сразу же понял, что теория была верной. Как сторонник идей Платона, Кеплер был убежден, что за беспорядком и хаосом природы должен стоять порядок, а значит, если теория Коперника истинна, в ней должно быть множество соответствий и параллелей. Например, число планет – шесть вместе с Землей – должно быть чем‑то обосновано, и это обоснование можно было выявить. Кеплер думал, что нашел его: планет всего шесть (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн), соответственно, между ними пять пространств, и в то же время существует только пять правильных многогранников: тетраэдр, куб, икосаэдр, октаэдр и додекаэдр. Таким образом, орбита каждой планеты и сфера, в которой она содержится, вписана в полиэдр. Все они, в свою очередь, заключены в сферу. Эта систематичность была рациональным доказательством того, что Земля является такой же планетой, как и другие. Кеплер не думал, что эти фигуры существуют на самом деле, но считал, что межпланетные пространства соотносятся друг с другом так же, как эти геометрические тела. Казалось, все сходится. И все‑таки эти соотношения не были идеальными, что побудило Кеплера пересмотреть полученные данные.

БРАГЕ И УРАНИБОРГ

Тихо Браге родился в Дании в 1546 году и изучал право и философию в Копенгагене. По рассказам, его страсть к астрономии проснулась в 14 лет, когда он увидел солнечное затмение. Браге начал заниматься наблюдениями, и в 1576 году ему сделали предложение, которое он не мог отклонить: король Дании хотел, чтобы Браге создал астрономическую обсерваторию на острове Вен и руководил ею. На острове было построено два замка – Ураниборг (в дословном переводе «Небесный замок») и Стьярнеборг («Замок звезд»), – где располагались сооружения, приборы и необходимый персонал. В распоряжении Браге были большие финансовые средства и даже печатный станок, чтобы публиковать результаты открытий. После смерти короля ему пришлось оставить остров и перебраться ко двору императора Рудольфа II. Браге обосновался в замке недалеко от Праги, а его помощником стал Кеплер. До самой смерти в 1601 году он был придворным математиком Рудольфа.

Астрономическая обсерватория Ураниборг на острове Вен в Дании.

Необходимость в надежных сведениях с минимальной долей ошибки побудила его связаться с Браге, который принял ученого в качестве своего помощника. Одним из первых заданий для Кеплера было рассчитать траекторию Марса исходя из теории Браге. Вскоре между учеными начались споры о том, как следует интерпретировать полученные данные. После смерти Браге Кеплер вместо него стал математиком императора и получил свободный доступ ко всем интересующим его данным. В результате своих научных изысканий он сформулировал постулаты, известные сегодня как законы Кеплера.

Все пребывает в гармонии со всем.

Иоганн Кеплер

Изучая Марс, Кеплер, с одной стороны, заметил, что у планет разная скорость вращения и она уменьшается с их удаленностью. А с другой – он понял, что орбиты не могут быть правильными окружностями: это не согласовывалось с полученными данными. Версия математической Вселенной рушилась перед лицом фактов. В конце концов Кеплер пришел к выводу, что источник движения планет не может находиться на периферии космоса, как считал Аристотель, а заключается в самом Солнце. Таким образом, уменьшение скорости планет зависит от их удаленности от Солнца.

ОТКРЫТИЯ ГАЛИЛЕЯ

Галилей стоит особняком в ряду других астрономов эпохи. Он никогда не задавался целью собрать самые точные данные, чтобы использовать их для создания астрономических таблиц, и наблюдения никогда не наводили его на мысль о небесной механике, как Кеплера. Своим особым положением Галилей обязан открытиям, сделанным с помощью телескопа, и последствиям, которые они оказали на представления о мире.

ЗАКОНЫ КЕПЛЕРА О ДВИЖЕНИИ ПЛАНЕТ

Кеплер сформулировал три закона, описывающие движение планет. Первые два были опубликованы в 1609 году, а третий – в 1618‑м:

– согласно первому закону, орбита планет являет собой эллипс, в одном из фокусов которого находится Солнце;

– согласно второму закону, радиус‑вектор, соединяющий центр Солнца с центром планеты, описывает равные площади за равные промежутки времени (см. рисунок);

А = В = С

Р_х = Положение планеты

– согласно третьему закону, квадраты периодов обращения планет соотносятся как кубы больших полуосей их орбит. Записав это в виде алгебраического уравнения, получаем, что если среднее расстояние равно r, а период вращения T, то T²/r³= константа.

Прежде всего, телескоп повлиял на собственные убеждения исследователя. Неизвестно, когда он принял идеи Коперника, поскольку всегда вел себя очень осторожно. Но в письме Кеплеру от 1597 года Галилей говорит, что прочитает его Mysterium Cosmographicum («Тайна мира») с таким же вниманием, с каким «годы тому назад отнесся к теории Коперника». И продолжает:

«...с помощью его [Коперника] теории мне удалось полностью объяснить многие явления, которые не могли быть в общем объяснены посредством противоположных теорий. У меня появилось множество аргументов, опровергающих противоположные представления, но я их до сих пор не решился опубликовать из боязни столкнуться с той же судьбой, которая постигла нашего Коперника».

Эти опасения полностью развеял телескоп.

ЖИЗНЬ В ПАДУЕ

Как впоследствии говорил сам Галилей, пребывание в Падуе, где он провел примерно 20 лет, было самым счастливым временем в его жизни. В 1592 году Паоло Сарпи (1552‑1623), священник и большой друг ученого, добился для него от венецианского сената отдельной кафедры профессора математики.

Галилео вошел в круг гуманиста Джана Винченцо Пинелли (1535‑1601), обладавшего одной из богатейших библиотек того времени и водившего знакомство с интеллектуалами уровня Джордано Бруно. Он также познакомился с венецианским дворянином Джованни Франческо Сагредо (1571‑1620), ставшим впоследствии одним из его лучших друзей. Ученый обессмертил этого веселого юношу в одном из своих диалогов. Сагредо принадлежал к аристократии и прославился пиршествами, которые устраивал в своем дворце. В этот период Галилей работал над решением задач, связанных с архитектурой и баллистикой. Только одно происшествие омрачило его счастливую жизнь в Падуе – смерть Джордано Бруно в 1600 году.

На ночном празднике в Венеции Галилей познакомился с Мариной Гамбой (1570‑1612), 21‑летней девушкой (примерно на 14 лет моложе самого ученого), необразованной и, возможно, не самых строгих нравов. Они стали жить вместе в доме Галилея, так никогда и не поженившись, и у них родилось трое детей: Вирджиния в 1600 году, принявшая постриг под именем сестры Марии Челесты, Ливия в 1601‑м, ставшая монашкой, как и сестра, и Винченцо в 1606‑м. Галилей не признал отцовство ни одного из детей, хотя всегда общался с ними, а его слуги стали их крестными отцами.

Появление в 1604 году еще одной сверхновой в созвездии Стрельца, такой же, как открытая Браге и Диггесом в 1572 году, вызвало огромный интерес среди астрономов и интеллектуалов. Галилей с большим любопытством отнесся к этому явлению, и подробное наблюдение этой звезды стало его первой астрономической работой. По результатам своих изысканий он прочел несколько лекций о природе новой звезды, на которых присутствовало множество слушателей, а также опубликовал несколько работ, например «Диалог Чекко ди Ронкитти о новой звезде» – спор с последователями Аристотеля. Один из трудов, «Размышления Алимберта Маури» (изданный под псевдонимом), был использован против ученого годы спустя на процессе Инквизиции. Закат счастливой эпохи начался, когда в 1607 году чуть не был убит Сарпи, а потом Сагредо получил назначение посланником в Сирию и покинул Венецию. Но прежде чем закончилось пребывание Галилея в Падуе, благодаря телескопу он стал самым известным ученым Европы.

ТЕЛЕСКОП

В 1608 году Сарпи узнал об оптическом инструменте, который тщетно пытался запатентовать Иоганн Липперсгей (1570– 1619) – производитель линз, немец, живущий в Нидерландах (в течение всего нескольких недель многие пытались объявить это изобретение своим). По рассказам, дети Липперсгея, играя с испорченными линзами, обнаружили, что с их помощью можно увеличивать предметы. Очень быстро этому изобретению нашли важное применение в военном деле, поскольку оно позволяло обнаруживать противника издалека и успеть подготовиться к защите.

Галилей использовал телескоп рефракторного типа. Вследствие преломления света в линзе объектива параллельные лучи, исходящие от сильно удаленного объекта, соединяются в точке фокуса. Далекие предметы кажутся большего размера и более яркими. Для вычисления увеличения расстояние от объектива до фокуса (F) делится на расстояние от окуляра до фокуса (f).

Как и другие астрономы того времени, Галилей хотел иметь свой собственный телескоп и принялся за работу. В его телескопе объективом была выпуклая линза, а окуляром – вогнутая. Уже первые его модели были лучше голландских оригиналов: после нескольких опытов ему удалось увеличить предметы в девять раз, в то время как оригинальные приборы увеличивали только в три‑четыре раза. Ученый добился таких результатов благодаря более тонким линзам и глубоким познаниям в оптике, которые позволили ему применить метод, используемый мастерами очков и основанный на изгибе линзы.

При помощи Сарпи Галилей попытался устроить демонстрацию венецианскому сенату, для которого это изобретение было важным, поскольку позволяло обнаруживать с берега врагов. После показа, прошедшего с большим успехом, Галилей проявил все свое хитроумие. Он передал права на производство прибора Венецианской Республике в обмен на существенное повышение своей заработной платы, поднятой до 1000 флоринов, и более престижное место в университете, где ему предоставили пожизненную кафедру. Но на самом деле Венеция не могла помешать другим конструировать телескопы, и производители линз для монокуляров заработали по всей Европе. После того как Галилей улучшил свое материальное положение, он продолжил совершенствовать прибор. Постепенно ученый перешел к модели, увеличивающей в 20 раз (и это помогло ему сделать несколько потрясающих открытий, в результате которых Земля стала считаться такой же планетой, как и другие), а в конце концов ему удалось создать телескоп с 30‑кратным увеличением.

ЛУНА

Честь впервые наблюдать Луну из телескопа выпала английскому астроному Томасу Хэрриоту (1560‑1621). В 1609 году он провел множество наблюдений, по результатам которых сделал рисунки, как и Галилей несколько месяцев спустя. Из‑ за растущей среди астрономов конкуренции ученому для сохранения первенства в открытиях приходилось прибегать к особой стратегии.

Галилей изучал Луну систематически, во всех ее фазах. Больше всего его занимало то, что лунная поверхность с горами и долинами похожа на земную, а не на гладкий шар, как считали перипатетики. Это означало, что, по всей вероятности, она состоит из вещества, похожего на земное (но в любом случае не из неразрушимой субстанции).

В подробных рисунках Луны, сделанных Галилеем, на некоторых теневых областях заметны блестящие точки. Галилей считал, что это горные вершины, на которые падают солнечные лучи. Он даже попытался установить высоту этих гор (сейчас мы знаем, что горы на Луне примерно такой же высоты, как и на Земле). Существование гор подтверждается и неровностью линии терминатора (светораздела, разграничивающего освещенную и темную части Луны).