Айзек Азимов - Царство Солнца. От Птолемея до Эйнштейна
Ньютоновские законы движения также были полезны. Его первый закон позволял объяснить, что именно заставляет планеты находиться в движении. На Земле мы привыкли к тому, что любой движущийся предмет замедляется и останавливается, если какая-то сила не заставляет его продолжить движение. Естественно, людям казалось, что это относится и к небесным телам. До Ньютона часто считалось, что боги или ангелы отвечают за планеты и заставляют их двигаться.
Ньютон указал на то, что на Земле движущиеся предметы останавливаются из-за сопротивления воздуха или трения. В космосе нет сопротивления воздуха и трения. Ньютон утверждал, что, следовательно, небесные тела продолжают двигаться не потому, что их заставляют двигаться какие-то силы, а потому что нет сил, которые бы их остановили.
Однако у Ньютона были другие проблемы. Когда были написаны «Начала», Гук поднял страшный крик, заявляя, что он первым придумал понятие гравитации. Королевское общество, которое намеревалось издать эту книгу, имело мало денег и не спешило ввязываться в спор Гука и Ньютона.
К счастью, друг Ньютона Галлей был человеком зажиточным и опубликовал книгу за свой счет. Однако в 1692 г., после особенно тяжелой схватки с Гуком, у Ньютона произошел нервный срыв, и ему пришлось провести два года в уединении.
До конца он так и не оправился, однако уже сыграл свою роль. Закон всемирного тяготения объяснил строение Солнечной системы так доступно, что по сравнению с ней все теории и воззрения древних греков на Вселенную стали казаться нелепо сложными приспособлениями.
Теории Ньютона не встретили таких трудностей, как теории Коперника. Ньютона признали сразу же.
По правде говоря, современники очень бурно восхищались Ньютоном. В 1703 г. его избрали президентом Королевского общества и переизбирали каждый год до самой смерти в 1727 г. Исаака Ньютона похоронили в Вестминстерском аббатстве рядом с героями Англии. В то время в Англии находился французский писатель Вольтер, который пришел в восхищение от того, что эта страна хоронит своих математиков с торжественностью, которую другие страны оставляют только для королей.
Однако последним словом о Ньютоне стало стихотворение, написанное Александром Попом в качестве эпитафии. В нем есть знаменитое двустишие, которое звучит так:
Природа и ее законы лежали,
окутанные тьмой.
Господь сказал: «Да будет Ньютон!» —
и стал свет.
Глава 7
НОВАЯ ПЛАНЕТА
ВОЗВРАЩЕНИЕ КОМЕТЫ
Точно так же, как телескоп привел к новым открытиям после Галилея, так и гравитация дала новые открытия после Ньютона. За Ньютоном пришли новые математики, которые расширили его систему и показали, как можно объяснить различные движения небесных тел, которые не объяснил сам Ньютон.
Например, перигей (ближайшее положение по отношению к Земле) и апогей (самое далекое положение по отношению к Земле) Луны не находятся в одной и той же точке пространства. С каждым оборотом они чуть смещаются и делают полный оборот вокруг Земли, возвращаясь к своему начальному положению чуть меньше чем за девять лет.
В 1749 г. швейцарский математик Леонард Эйлер разработал уравнение, которое объясняло это движение за счет сил притяжения.
Стало возможным обнаруживать даже очень слабые эффекты, которые давали весьма интересную информацию. В 1757 г. французский математик Алекси Клод Клеро вычислил количество вещества Луны и Венеры но нарушениям, которые их гравитация вызывала в движении Земли. Таким образом, закон Ньютона использовался постоянно и с успехом. Астрономы были полностью удовлетворены его применением.
А потом, в 1758 г., закон Ньютона показал свою полезность так, что это убедило не только астрономов, но и простых людей по всему миру. Это было связано с проблемой комет.
Кометы в Солнечной системе по-прежнему приносили неприятности. Работы Коперника и Кеплера их во внимание не брали. В 1680 г. Джон Флэмстид, первый королевский астроном Британии, попытался рассчитать их движение в соответствии с теорией Кеплера о том, что Солнце притягивает планеты за счет магнетизма, но это у него плохо получилось. Несмотря на все усилия, планеты по-прежнему появлялись и исчезали непредсказуемо — и по-прежнему пугали людей. Даже великий Галилей не мог объяснить причину их правления и решил, что они, по-видимому, являются оптической иллюзией.
А что, если применить к этим беспокойным кометам закон всемирного тяготения?
Ньютон сделал такую попытку — и в этом ему помогал Эдмунд Галлей, тот самый его друг, который убедил его вернуться к проблеме гравитации и финансировал публикацию его книги.
Галлей был на тринадцать лет моложе Ньютона. В возрасте двадцати лет он уже ездил на остров Святой Елены в Южной Атлантике, чтобы наблюдать и определять местоположение таких звезд, которые не видно в Северном полушарии. Вернувшись в Англию, он подружился с Ньютоном.
В 1682 г. в небе вспыхнула яркая комета, и Ньютон с Галлеем изучали ее движение. Позже Ньютон попытался применить к ней уравнения тяготения, но смог только сказать, что она должна двигаться но эллипсу с очень высоким эксцентриситетом. Эксцентриситет у этого эллипса был настолько велик, что афелий (точка орбиты, наиболее удаленная от Солнца) казался бесконечно далеким.
Такую кривую можно рассматривать как параболу. Парабола начинается так же, как эллипс, но обе ее ветви продолжают бесконечно разъединяться, так никогда и не поворачивая навстречу друг другу. Парабола также является коническим сечением и, следовательно, небесные тела могли иметь орбиты параболической формы. Однако если орбита кометы — это парабола, то это означает, что комета входит в Солнечную систему по одной ее ветви, а потом уходит но второй. Она появится всего один раз и больше не вернется. И действительно, в 1665 г. итальянский астроном Джованни Альфонсо Борелли предположил, что кометы следуют именно но таким орбитам.
В 1704 г. Ньютон и Галлей начали собирать сообщения о других кометах, наблюдавшихся в прошлом. Им хотелось посмотреть, нельзя ли но этим записям вычислить параболические орбиты для каждой из них. Астрономы изучили двадцать четыре различных сообщения о кометах.
Когда они этим занимались, Галлей обратил внимание на одну странность. Существовало две кометы, орбиты которых были почти такими же, как та, которую они с Ньютоном рассчитали для кометы 1682 г. Эти другие кометы появлялись в 1531-м и 1607 гг. Между 1531-м и 1607 гг. промежуток составлял 76 лет, а между 1607-м и 1682-м — 75 лет. Он стал смотреть дальше и обнаружил записи о комете в 1456 г., за 75 лет до 1531 г.
Не могла ли это быть одна и та же комета, возвращавшаяся каждые 75 лет? Предположим, у кометы 1682 г. орбита все-таки не параболическая, а очень вытянутая эллиптическая. Чтобы время оборота кометы составило 75 лет, дальний конец эллипса должен был отстоять от Солнца в три раза больше, чем Сатурн.
Однако Галлей был уверен в том, что сам по себе факт столь большого расстояния нельзя считать серьезным возражением. Притяжение Солнца вполне способно простираться так далеко. Поэтому он предсказал, что комета 1682 г. снова вернется в начале 1758 г.
Он знал, что сам не сможет проверить, исполнится ли его предсказание: для этого ему нужно было бы дожить до ста двух лет. И действительно, он умер в 1742 г., в возрасте восьмидесяти пяти лет. Жизнь у него была долгая, но для него это было недостаточно.
Однако предсказание Галлея не было забыто. Другие, более молодые астрономы ждали. Клеро, французский математик, о котором я уже упомянул в начале главы, был в их числе. Наступил 1758 г. — а кометы не было. Клеро заново рассчитал ее орбиту и обнаружил, что ей пришлось бы пройти вблизи от Юпитера, так что притяжение Юпитера должно было ее задержать. Он предсказал, что она окажется вблизи от Солнца в следующем году.
Сомнения увеличивались. Отсрочки и оправдания! Никакой кометы не будет. Но вот в рождественскую ночь 1758 г. немецкий астроном-любитель Георг Палич увидел в небе комету. Шли недели — и она становилась все ярче. В начале 1759 г. она была уже высоко в небе. Комета 1682 г. вернулась! Впервые в истории удалось предсказать возвращение кометы. Эти непредсказуемые создания Солнечной системы были приручены. Они подчинялись тем же законам, что и обычные планеты.
С тех пор комету 1682 г. называют кометой Галлея, и она стала вечным памятником возможностям закона Ньютона.
После того как орбита кометы Галлея была рассчитана и правильность этого расчета доказана, ее историю удалось проследить — и найти сообщения о ней в исторических записях. В 1456 г. она привела в ужас Европу, которая и так уже была напугана наступлением турок. В 1066 г. ее видели норманны, готовившиеся к вторжению в Англию. В 451 г. в разгаре была опасность,исходившая от Аттилы и его гуннов. В 66 г. н. э., по словам еврейского историка Иосифа Флавия, огненный меч повис над Иерусалимом как знамение его скорого разрушения. И это тоже была комета Галлея.
