Анатолий Томилин - Занимательно об астрономии
Повторяя снова и снова свои вычисления, он шаг за шагом вычертил всю орбиту Марса в единицах радиуса орбиты Земли и долго ломал голову над получившейся фигурой. Совершенно неожиданно путь красной планеты оказался не окружностью, не овалом, а эллипсом с Солнцем в одном из его фокусов. (Здесь уместно напомнить, что орбита Земли тоже эллипс, только с маленьким эксцентриситетом — 0,0017). Такими же эллипсами, только с разными эксцентриситетами, получились у него и орбиты других планет, вычисленные тем же способом. Общность формы орбит подсказала Кеплеру законы:
1. Орбита любой планеты — эллипс с Солнцем в одном из его фокусов.
2. Радиус-вектор планеты в равные промежутки времени описывает равные площади.
3. Отношение кубов больших полуосей орбит любых двух планет равно отношению квадратов их периодов.
Сформулировав эти законы, Кеплер ставит следующую задачу — какими должны быть более общие законы природы? Законы, которые порождают движение небесных тел.
Решил эту задачу Ньютон, когда вывел свой закон всемирного тяготения.
Прогресс всегда двигался вперед чудаками. Как стать «чудаком»? У нас для желающих есть готовый рецепт. Надо просто последовать мудрому правилу, сформулированному Рене Декартом. Сегодня оно может прозвучать так: «Прежде чем во что-то поверить, следует единожды подвергнуть его сомнению». Проверяя подчас, казалось бы, очевиднейшие вещи, исследователи находят свои пути в науке, открывают новые законы.
Глава третья
Астрономии в астрономии
Астрономия — наука о строении и развитии небесных тел и вселенной.
1. Храм и музы Урании
С этой главы, собственно, и начинается наш разговор об избранном предмете. Определение, вынесенное в качестве эпиграфа, звучит несколько академично. С этим можно согласиться. Но зато как кратко, как исчерпывающе! А краткость — сестра того качества, которое всяк легко отыщет у себя и с трудом признает у другого.
Итак, астрономия. За неопределенное время своего существования на месте скромной обители звездочетов выросло огромное здание весьма причудливой архитектуры. К сожалению, при всем старании автор не нашел исчерпывающего описания этого здания в каком-нибудь одном источнике. Оттуда можно было бы перенести его на эти страницы, снабдив красивой сноской.
Очевидно, для людей искушенных в здании сем все ясно и без проспекта, а неискушенным… Ну, тут могут быть варианты. А так как, по идее, эта книжка должна служить некоторым путеводителем в избранной области, то первейшей обязанностью автора все-таки является проведение небольшой экскурсии по башням и залам фантастической постройки, какой сегодня является храм музы Урании. Мы не будем брать на себя смелость знакомить читателя основательно. Сие — прерогатива науки. Пробежимся по залам туристским галопом, чтобы просто иметь некоторое представление. Право, это сделать стоит. В конце концов такая экскурсия поднимает эрудицию.
Мы начнем знакомство с самого «земного» и едва ли не самого древнего раздела астрономии. Называется он Астрометрия.
Занимается она сугубо практическими вопросами, связанными с направлениями на светила. Знать истинное направление, а значит, никогда не терять дороги — древняя проблема. Может быть, именно поэтому в основу теории астрометрии положено старое как мир понятие о «небесной сфере», то есть об огромном мяче или скорлупе произвольного радиуса, центр которого всегда помещается в глазу наблюдателя. (Отсюда некоторое зазнайство астрометристов — они всегда считают себя центром мироздания.)
На внутренней поверхности «небесной сферы» расположены звезды. И вся эта довольно громоздкая система вращается на воображаемой оси мира. При этом коренные подшипники оси — полюса — находятся: один рядом с Полярной звездой — Северный полюс мира, другой… Впрочем, координаты Южного полюса, к сожалению, не отмечены таким же наглядным ориентиром. Так что для его отыскания проще всего поехать в Антарктиду и там — по отвесу, по отвесу…
Чтобы уточнить задачи, которые ставит перед собой астрометрия, осмотримся в помещениях, занимаемых этой почтенной наукой. На первом месте здесь Сферическая астрономия — это математический мозговой центр астрометрии. Он учитывает изменения небесных координат и разрабатывает методы исправления ошибок. Причем разрабатывает довольно удачно. Помните: «…Советское правительство просит все суда, совершающие рейсы по Тихому океану, в период с такого-то и до такого-то числа не заходить в район, обозначенный координатами…» И знаете, никто не заходит. Ракеты, пущенные из другого полушария, летят с поразительной точностью. В числе прочих есть в том заслуга и сферической астрономии. На тучной ниве этого подраздела пасутся табуны математиков. Математический аппарат капризен. За ним нужен глаз да глаз. Ну как устареет, перестанет расти, развиваться, совершенствоваться. Задачки-то день ото дня все сложнее.
Следующий подраздел — Фундаментальная астрономия. Ее основная задача — точное определение координат звезд, поиск и установление неких «опорных точек на небесной сфере», чего-то вроде «печек», от которых начинаются все танцы. Главное богатство фундаменталистов — вереницы ящиков с негативами ночного неба. Снимки пяти-, десяти… пятидесятилетней давности. Если на минуту углубиться в область фантастики, то заветной мечтой молодых, увлеченных жрецов фундаментальной астрономии наверняка является отыскание негативов, полученных Тихо Браге или, еще лучше, Гиппархом. Сравнивая положение звезд на фотографиях, разнесенных во времени на десятилетия, астрономы выводят законы движения светил, составляют фундаментальные каталоги звезд, строят основную систему координат на небесной сфере.
Работа фундаменталистов граничит с фантастикой. Ну кто может похвалиться, что знает, как выглядело звездное небо… пятьдесят тысячелетий назад? Или как оно будет выглядеть через такой же срок в будущем? Никто! А фундаменталисты могут!
Вот посмотрите, на первом рисунке иллюстрации на странице 65 как раз ковш Большой Медведицы 50 тысяч лет назад.
На втором — ее сегодняшняя фотография. А на третьем — столь же отдаленное будущее. Кто не верит, подождите. Через 500 веков увидите Б. Медведицу, тогда поговорим.
Дальше расположены чертоги Практической астрометрии. «Наконец-то!» — воскликнет обрадованный прагматик и тут же задумается: чем может заниматься практическая астрометрия в наше время? А между тем она по-прежнему решает задачи сугубо практические: помогает определять местонахождение наблюдателя на поверхности Земли, ориентироваться на местности, определять время и вообще делает множество весьма полезных дел. Мореходная, авиационная и геодезическая астрономии — все это пташки из ее гнезда.
Понятно, что все наблюдения в астрометрии должны как-то документироваться для точного измерения относительных расстояний и положений звезд. Возможным это стало с момента первого применения в астрономии фотографии. (Тут история опять промахнулась, и истинный автор фотографического метода не сохранился в ее анналах.) Фотография уже давно из скромного вспомогательного средства превратилась в самостоятельный подраздел — Фотографической астрометрии. С тех пор астрономы-наблюдатели почти забыли, как выглядит небо в окуляр телескопа, зато до тонкостей знают небесные фотопортреты. В ясные ночи на небольшие участки неба нацеливаются телескопы, предназначенные для фотографирования звезд. Называют их астрографами. Точный механизм осторожно поворачивает громадное устройство, компенсируя движение Земли. Представляете себе задачу: не смазать изображение светящейся точки, когда время выдержки измеряется не секундами, а часами. Потом астронегативы измеряются на специальных приборах.
Входит в астрометрию и Служба времени с задачей периодически вычислять точное время по наблюдениям звезд. Служба времени обязана хранить это точное время и распространять его среди всех научных и практических учреждений, которым оно необходимо.
И наконец, еще один подраздел — Служба широты. Обязана она своим существованием тому обстоятельству, что наша планета постоянно ерзает, вращаясь вокруг оси. Из-за этого «ёрзанья» Северный полюс планеты то и дело сползает с одной точки на другую, и путешествует по довольно сложному пути. А это значит, что вместе с полюсом смещается и градусная сетка, опутавшая Землю, — весьма серьезное препятствие для точных работ в геодезии.
* * *Следующей большой отраслью современной астрономии является Небесная механика. Из самого названия ясно, что изучать она должна законы движения небесных тел под действием сил взаимного притяжения. Здесь два алтаря, два бога: Кеплер и Ньютон. Небесная механика интересуется фигурами небесных тел и их вращением. Правда, за последнее время ее мирный характер несколько подыспортился. Потому что расчеты орбит и траекторий любых ракет и ракетных снарядов немыслимы без законов небесной механики.
