Анатолий Томилин - Занимательно об астрономии
Так задача определения звездных расстояний оказалась ключевой проблемой астрономии. Выражаясь высоким стилем, вполне приличествующим книгам, рассказывающим о науке, мы могли бы сказать так: «Блуждая на ощупь по сумрачному дворцу Урании, люди очутились перед дверью, за которой сиял свет истины».
Дверь эту надо было открыть любыми способами, хоть взломать.
2. Первые «взломщики» во дворце Урании
Еще землемеры Египта, нарезая участки после разливов Нила, помнили теорему: «Основание и два угла при нем позволяют построить весь треугольник». А не пригодна ли эта теорема и для целей «звездомеров»? Взять, например, в качестве основания треугольника диаметр земной орбиты. Измерить углы между диаметром и направлениями на звезду. Тогда третий угол — его назвали параллаксом звезды — сам, как спелый плод, падает в руки. Ведь сумма углов любого треугольника — 180 градусов. А зная параллакс, определить высоту треугольника, то есть расстояние до звезды, — пустяк!
Б. ИнструментыСначала телескопов не было. Углы мерили трикветриумом — несколькими деревянными линейками на шарнирах. Вся конструкция подносилась к глазам, и измерения производились тоже на глазок. Позже угломерным инструментом стал служить квадрант. При этом чем больше и тяжелее было само деревянное сооружение, тем выше оказывалась точность наблюдений. И лишь много позже появился телескоп с перекрестьем из двух туго натянутых нитей да еще с микрометрическим винтом.
В. ЛюдиПервым, кто пришел к мысли, что звездные расстояния нужно и можно мерить, был Коперник. Увы, единственным инструментом Коперника был как раз трикветриум, на линейках которого деления были нанесены от руки чернилами. Точность же требовалась до долей секунды. Для усиления впечатления напомним, что угловая секунда — это 1/324 000 (одна трехсотдвадцатичетырехтысячная) доля прямого угла. Попробуйте уловите…
После многих попыток, придя все же к выводу, что до звезд расстояние по меньшей мере раз в тысячу больше, чем до Солнца, почтенный каноник оставил непосильную задачу.
Эстафету подхватил Тихо Браге. Помните, с каким благоговением принял заносчивый аристократ в подарок грубую линейку Коперника? Как был счастлив, несмотря на свой несносный характер и непомерное самомнение. Инструменты датского астронома были изготовлены из дуба лучшими мастерами Европы. Когда Тихо Браге вместе с многочисленным семейством покидал Ураниенборг, его стенной квадрант занимал целую повозку.
Но дубовые инструменты давали и «дубовый» результат. Увеличив Коперниково расстояние до звезд в три раза, Тихо Браге тоже сдался, отказавшись от измерений.
Были и еще попытки, такие же неудачные. Кое-кто стал подозревать сам метод. Конечно, дескать, землемеров он устраивает, но земные расстояния — не небесные. Чем дальше звезда, тем параллакс меньше. Ах, если бы знали они, трудолюбивые предки наши, что параллакс даже ближайшей звезды, Альфы Центавра, составляет всего три четверти угловой секунды, а расстояние в 270 тысяч раз больше, чем от Земли до Солнца. Нет, хорошо, что они не знали этого.
Берясь за непосильные задачи, люди учатся.
А известно, что и ошибки приносят новые знания.
В 1725 году английский астроном Джеймс Брадлей приступил к определению параллакса Гаммы Дракона. Работы, которые проводились до него, он знал неплохо и выбрал Гамму Дракона специально, чтобы избежать прошлых ошибок. Эта звезда проходила через меридиан в Англии точно в зените (над головой), а значит, атмосферные помехи при ее наблюдении сводились к минимуму. Кроме того, Брадлей решил в момент прохождения ее через меридиан, намертво приколотить трубу телескопа к стене. Сделать это было нетрудно — трубы телескопов в те времена делали из досок. Польза от этого хитроумного хода очевидна — инструмент остается неподвижен, а положение звезды в поле его зрения, за счет движения Земли, будет все время меняться. В течение года она опишет маленький эллипс, измерив который он, сэр Брадлей, вычислит параллакс звезды, а потом и расстояние до нее.
Ночью 14 декабря 1725 года астроном закрепил телескоп и строго-настрого запретил всем даже приближаться к нему. Прошло рождество, наступил новый год. Сэр Брадлей выдерживал характер, демонстрируя английское хладнокровие. Правда, злые языки говорили, что последние дни 1725 года в Лондоне стояла отвратительная погода, небо затянули тучи и Брадлей ходил злой как черт.
Первого января облака рассеялись. И Брадлей прильнул к окуляру. За две с половиной недели Гамма Дракона уже должна была хоть немного сместиться со своего положения. И вот… О счастье, о радость! Она действительно передвинулась. Правда, несколько не туда, как он ожидал. «Тысяча чертей!» — чем дольше вглядывался астроном в положение звезды, тем больше терял над собой власть. Проклятое светило ехало вовсе не в ту сторону. Вместо того чтобы сместиться влево и тем положить начало ожидаемому эллипсу, оно упорно покатилось вправо. Тут никакой, даже британской, выдержки не хватит.
Целый год двигалась звезда по своему загадочному пути. И 14 декабря 1726 года, описав кривую, похожую на эллипс, вернулась на старое место. Но не тот эллипс! Брадлей пронаблюдал положения и смещения других звезд. И вы представляете ужас, охвативший астронома, когда выяснилось, что все светила, на каком бы расстоянии они ни находились от Земли, крутят овалы совершенно одинаковых размеров. Тут есть от чего волосам встать дыбом. Мистика! Чудеса! Два года упорнейших наблюдений — и результат нуль!
Брадлей думал. Думал непрерывно, дома и в обсерватории. Думал, даже гуляя под дождем, наклоняя зонт навстречу холодным струям. Впрочем, стоп! Не дождь ли натолкнул его на решение?
Вы не замечали, что, стоя под дождем, зонт лучше всего держать над головой прямо, как брадлеев телескоп, направленный в зенит. Но стоит вам начать двигаться, наклоняйте, если хотите остаться сухим, зонт перед собой. И чем быстрее идете, тем большим должен быть угол наклона.
Ну-ка, внимательный читатель, что отсюда следует? Не кажется ли вам, что, зная скорость падающей капли и угол наклона зонта, вы, пожалуй, сможете определить свою скорость? Автор призывает читателей составить самостоятельно пропорцию. Кому же это не под силу — вот она.
Предположим, что капли дождя летят со скоростью 3 м/сек. Оптимальное положение вашего зонта — под углом в 30 градусов. Как найти вашу скорость?
Прежде всего нарисуем треугольник скоростей. Здесь V1 — вектор истинной скорости дождевой капли. V2 — вектор кажущейся скорости. Их разность, очевидно, будет равна скорости человека — Vp.
Теперь пропорция:
30°/360° = V/2πV1
Откуда V =2πV10,0835 = 1,57 м/сек.
(Однако вы торопитесь, уважаемый читатель.)
Порассуждав подобным образом, Брадлей увидел вдруг готовое решение проблемы. Напоминаем: сэр Джеймс Брадлей был стопроцентным англичанином и после короля с королевой превыше всех почитал Ньютона. Ньютон же считал свет потоком частиц. Вот вам и аналогия с дождевыми каплями. Значит, хоть свет от Гаммы Дракона и летит вертикально вниз, Земля тоже не ждет, катится себе по орбите. И пока световые частицы пролетают путь от объектива до окуляра, телескоп успевает вместе с Землей немножко подвинуться. Значит, для наблюдателя лучи Гаммы Дракона покажутся наклонными. А поскольку наша планета, облетая вокруг Солнца, движется сначала в одну, а потом в другую сторону, то и луч света от любой звезды опишет в поле зрения телескопа маленькую земную орбиту. Одинаковую для всех звезд.
«Черт возьми! — должен был снова подумать Брадлей, если был он стопроцентным англичанином. — Кажется я открыл что-то новенькое. Не назвать ли мне это явление аберрацией света?» Так он и поступил.
Для ученого мира это было крупнейшим открытием. Для теологов — не меньшей неприятностью. Не забывайте, шло лишь самое начало восемнадцатого столетия, и движение Земли вокруг Солнца еще вовсе не для всех было непреложной истиной. Аберрация же света не оставляла больше никаких сомнений.
Брадлею воздали должное. Но червь неудовлетворенности грыз его до самой смерти — ведь он искал параллакс. Двадцать лет еще глядел англичанин в окуляр своего телескопа, мерил, мерил, годичные перемещения звезд и в конце концов открыл… нутацию, то есть колебания земной оси под действием лунного притяжения.
А параллакс?
Увы, он остался неуловимым.
3. Снова методы, инструменты, люди — все вместе
Первый телескоп, как известно, появился у Галилея. Правда, кое-кто из святых отцов считал безобидный инструмент «бесовским снарядом» и в доказательство приводил слепоту старого ученого как наказание божие. Однако и слепой, Галилей видел дальше зрячих кардиналов. В свое время он разработал новый метод измерения расстояний до удаленных предметов. Метод был гениален и потому чрезвычайно прост.
