Айзек Азимов - Царство Солнца. От Птолемея до Эйнштейна
Принцип параллакса можно использовать, чтобы вычислить расстояние до Луны. Например, положение Луны можно наблюдать на фоне гораздо более удаленных звезд. В то же время ее положение может наблюдать другая группа астрономов из обсерватории, находящейся в нескольких сотнях или даже тысячах километров от первой. Луна на фоне звезд будет занимать несколько иное положение.
Зная расстояние между двумя обсерваториями (с поправкой на выпуклости земной поверхности) и размер наблюдаемого параллакса, можно вычислить расстояние до Луны. Птолемей проделал нечто похожее и получил довольно хорошее представление о расстоянии до Луны. Его данные проверил и подтвердил Коперник. (Расстояние от Земли до Луны в соответствии с современными расчетами составляет около 429 900 километров.)
Другие небесные тела находились настолько далеко от Земли, что параллакс был слишком небольшим, чтобы его можно было измерить, независимо от того, насколько далеко друг от друга находились обсерватории. Даже во времена Тихо Браге точное расстояние до небесных тел, за исключением Луны, оставалось неизвестным, однако к тому времени эти расстояния считались очень большими, измерявшимися миллионами километров.
Однако когда в 1577 г. на небе появилась комета, Тихо Браге решил, что если кометы составляют часть земной атмосферы, как то утверждал Аристотель, то они должны находиться к Земле ближе, чем Луна, и должны проявлять большой параллакс, который возможно будет измерить.
Любой астроном со времен Птолемея мог бы рассуждать таким же образом и, заручившись помощью обсерватории, расположенной на некотором расстоянии от его собственной, мог бы провести эту проверку. Однако никому и в голову не пришло усомниться в словах Аристотеля.
Однако времена изменились, и Тихо провел эту проверку. Он договорился измерить параллакс кометы с помощью обсерватории в Праге и обнаружил (возможно, к собственному удивлению и смущению), что он слишком мал, чтобы его можно было измерить приборами. Браге мог прийти только к одному выводу. Комета не являлась частью атмосферы. Она должна была бы находиться по крайней мере втрое дальше, чем Луна,а возможно, и еще дальше. Комета была небесным телом, и Аристотель ошибся дважды. Ведь комета не только не была частью атмосферы, но и небеса не оставались неизменными. (И если уж на то пошло, то как такая крошечная штучка, как комета, пробирается сквозь величественные хрустальные планетные сферы? Неужели сфер не существует?)
Конечно, ни новые звезды, ни удаленность комет сами но себе не были решающими факторами при выборе между Птолемеем и Коперником. Однако, подрывая авторитет Аристотеля, они не могли не усиливать полиции Коперника но отношению к древним астрономам в целом.
Тихо Браге попытался использовать параллакс и против Коперника. Он рассуждал так: если бы Земля вращалась вокруг Солнца, тогда в различные моменты ее положение было бы различным. Например, в январе она была бы в одной точке, а в июле, полгода спустя, она оказывалась бы но другую сторону от Солнца, в точке, удаленной от первой на много миллионов километров.
Тогда, если наблюдать звезды сначала в январе, а потом в июле, получится такой громадный базис наблюдения, что у ближайших звезд должен будет появиться параллакс относительно более удаленных. Тихо провел необходимые измерения и обнаружил, что ни у одной из звезд не появляется никакого параллакса. Он счел это доказательством того, что Земля просто не может двигаться вокруг Солнца.
С другой стороны, сторонников Коперника это не смутило. Они заявили, что неподвижные звезды находятся настолько далеко, что даже громадный базис, который представляет собой диаметр земной орбиты, не дает такого большого параллакса звезд, чтобы Тихо Браге мог его измерить. Оказалось, что в этом коперниканцы были правы.
В 1597 г. для Браге наступили тяжелые времена. Он всегда был человеком заносчивым и склочным, и к тому же потратил очень много королевских денег на свою обсерваторию. Фредерик II умер, и появился новый король, Кристиан IV, которому не понравилась раздражительность старого астронома, так что он решил не давать ему денег. Король прекратил всякую поддержку и вынудил Тихо Браге уехать из Дании.
Тихо перебрался в Прагу, где в 1599 г. его начал финансировать император Священной Римской империи Рудольф II. Тихо прожил еще два года и почти не успел воспользоваться своими прекрасными приборами. Он умер в ноябре 1601 г. Тем не менее его самые большие достижения в астрономии относятся именно к этим двум годам: как раз тогда он взял себе в помощники молодого немецкого астронома. Это был Иоганн Кеплер, с которым Тихо до этого несколько лет переписывался.
Кеплер превзошел своего учителя. Он использовал наблюдения Марса, проведенные Враге, и использовал их для того, чтобы сделать чрезвычайно важный шаг вперед в астрономии.
НЕ СОВСЕМ КРУГИ
Иоганн Кеплер родился в 1571 г. В детстве он перенес оспу, которая изуродовала ему руки и испортила зрение. Казалось, для него оставалось только одно — стать пастором (он происходил из семьи протестантов).
В школе он учился хорошо, узнал там теорию Коперника и в конце концов оставил богословскую подготовку, чтобы стать профессором естественных наук. Однако Кеплер навсегда сохранил некий религиозный мистицизм, что сказывалось на его великих научных открытиях. Например, он уделял время разработке теорий о музыке небесных сфер.
Кеплер был также опытным астрологом и составил гороскопы многих влиятельных людей. Он немного стыдился этого, но объяснял, что это было необходимо для того, чтобы поддерживать к себе интерес власть имущих — людей, которые могли обеспечить ему поддержку и защиту в те беспокойные времена. И Кеплер, вероятно, был в этом прав, поскольку времена действительно были очень беспокойные. Также он написал великолепный научно-фантастический рассказ о путешествии на Луну, который, однако, был опубликован только после его смерти. Возможно, Кеплер стыдился и этого.
Религиозные волнения заставили его уехать из города, где он был профессором, и перебраться в Прагу, где молодой астроном присоединился к Тихо Браге. Когда вскоре после этого Тихо Браге умер, Кеплер унаследовал его место. Теперь в его распоряжении оказались все великолепные наблюдения небесных тел, которые проводил Браге, и Кеплер с энтузиазмом взялся за них. Однако эти наблюдения были не только настолько хороши, что неточная теория Птолемея к ним не подходила, — они были также слишком хороши, чтобы соответствовать теории Коперника, которая тоже оказалась недостаточно хороша.
Как Кеплер ни пытался расположить деферент и эпициклы, он просто не мог заставить свою вычисленную кривую соответствовать положению Марса, определенному Тихо. Поэтому он вынужден был сделать смелый и решительный шаг — шаг, который в чем-то был даже более смелым, чем тот, который сделал Коперник. Кеплер полностью порвал с греками!
Он отказался от окружности. Пусть она и была идеальной кривой, но она не подходила — и Кеплер ее отбросил. На самом деле сам Тихо Браге тоже думал о том, что его комета могла двигаться по некруговой орбите. Однако в то время кометы не считались достойными уважения небесными телами. От Кеплера потребовалась немалая смелость, чтобы отказаться от кругов для самих планет. Он начал искать какую-нибудь кривую, которая бы лучше, чем окружность, объясняла планетные движения. Сначала он проверил яйцевидную орбиту, но она не подошла. Затем он проверил эллипс — нечто вроде сплющенного круга.
Центр круга находится на равном расстоянии ото всех точек, расположенных на окружности. Это значит, что если вы начнете от центра и проведете прямую к любой точке на окружности и обратно, то всякий раз пройдете одинаковое расстояние. Эллипс немного отличается от окружности. В нем существуют две точки, называемые фокусами. Если вы начнете отсчет из одного фокуса и будете двигаться по прямой к любой точке на границе эллипса, а потом по прямой обратно не к начальной точке, а ко второму фокусу, то пройденное расстояние всегда будет одинаковым.
Линия, проходящая через эллипс по двум фокусам, является наибольшим диаметром, который можно провести через данный эллипс. Это — большая ось. Линия, перпендикулярная большой оси и проходящая точно посередине между двумя фокусами, — это наименьший диаметр, или малая ось. Место, где эти две оси пересекаются, — центр эллипса. Два фокуса расположены по обеим сторонам от центра и на равных расстояниях от него.
Эллипс может быть широким и почти круглым или узким, сигарообразным. Чем сильнее сплюснут эллипс, тем он более эксцентричен, то есть два фокуса сильнее удалены от центра. (Как вы помните, слово «эксцентричный» происходит от греческого слова, означающего «вне центра».)
