Текст книги "Свет во тьме. Черные дыры, Вселенная и мы"

Небесные божества: тайна планетных орбит

Как только мы покидаем Солнце и обращаем свой взор на планеты, движущиеся вокруг него, расстояния, о которых мы собираемся говорить, быстро превращаются из световых минут в световые часы. Здесь, в движении планет, лежит ключ к тому, как мы пришли к пониманию гравитации и развитию нашего современного представления о мире. Космические корабли, построенные людьми, уже долетели до планет и даже залетели чуть дальше. Но все, что находится за пределами нашей Солнечной системы, мы можем наблюдать только в телескопы.

В то время как Меркурий, ближайшая к Солнцу планета, находится от него всего в 60 миллионах километров, Нептун, самая дальняя планета Солнечной системы, движется по своей орбите на расстоянии 4,5 миллиарда километров, или четырех световых часов, от Солнца. Нептуну требуется 165 земных лет, чтобы совершить один оборот. На протяжении тысячелетий наши предки наблюдали за планетами и восхищались их правильными и в то же время нерегулярными движениями. Неподвижные звезды занимают фиксированные места на небосводе, и мы крутимся под ними, а планеты как бы блуждают среди звезд. Отсюда и их название: планета в переводе с греческого означает странник.

На нашем небе планеты, а также Солнце и Луна перемещаются вдоль узкой полосы – они будто движутся по планетному велотреку. Мы называем эту невидимую линию эклиптикой (от греческого слова, значащего отсутствие, исчезновение, темнота). Как следует из этимологии этого слова, эклиптика связана с солнечными затмениями, которые происходят именно здесь.

Эклиптика существует потому, что все планеты обращаются вокруг Солнца в одной плоскости и, соответственно, траектории планет формируют в плоскости виртуальный диск астрономических размеров. Земная орбита тоже лежит на этом диске, и, поскольку мы находимся на нем, он представляется нам узкой полоской неба – так выглядит старая виниловая пластинка, если смотреть на нее сбоку. Чем ближе к Солнцу, тем сильнее чувствуется его гравитация: планеты, находящиеся ближе к Солнцу, обращаются вокруг него быстрее, чем Земля, так как их центробежная сила должна уравновесить гораздо более сильное гравитационное притяжение Солнца, а планеты, более удаленные от Солнца, чем Земля, движутся медленнее, чем она, поскольку гравитация там слабее. Если бы они обращались быстрее, то сошли бы со своих околосолнечных орбит.

Наблюдая с Земли, мы видим, что планеты движутся причудливым образом относительно неподвижных звезд на небе. Они представляются нам спринтерами на легкоатлетическом стадионе, где мы участвуем в забеге вместе с ними. Спринтерам на крайних дорожках приходится преодолевать большие расстояния, и бегут они значительно медленнее. Планеты Меркурий и Венера – это лучшие спринтеры на внутренних дорожках. Они самые быстрые и всегда находятся близко к Солнцу. Вот почему их можно увидеть только утром и вечером. Чаще всего по вечерам и утрам мы видим Венеру – “утреннюю звезду”. А большие планеты на дальних дорожках движутся более медленно – как любители побегать трусцой по выходным, – и наша Земля регулярно их обгоняет. В это время нам с Земли кажется, что они начинают пятиться. А когда наша планета их минует, переместившись на противоположную сторону околосолнечного трека, мы увидим, что они движутся с нами в одном направлении. Иными словами, в этом месте Земли на солнечном треке они для нас меняют направление своего видимого движения с попятного на прямое.

Нам, людям, потребовались тысячи лет, чтобы сделать это открытие. Движения планет, видимых невооруженным глазом – Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна, – оставались загадкой на протяжении многих веков. Неудивительно, что они повлияли на наши религиозные взгляды и различные модели мироустройства.

До того, как были поняты причины этих космических явлений, астрономия выполняла самые разные функции. Перед звездами и небесными объектами благоговели представители практически всех религий. Еще бы: ведь звезды упорядочивали повседневную жизнь и задавали циклы года. Солнце доминировало днем, а положения точек его восхода и захода соответствовали определенным дням года и сезонам. По фазам Луны мы стали отмерять месяцы, которые по неизвестным причинам примерно соответствуют женским менструальным циклам. В древности люди верили, что Солнце и Луна управляют фертильностью, а также человеческими удачами и несчастьями. Поэтому неудивительно, что наши предки преклонялись перед этими божественными силами.

Истоки астрономии

Первые археологические находки, связанные с изучением неба, насчитывают десятки тысяч лет[18]18
  Сведения о многих артефактах, относящихcя к каменному веку (пещера Ласко, пластина из кости орла в Дордони c резьбой, Стоунхендж, карта Луны из Наута), остаются расплывчатыми и спорными. См. Karenleigh A. Overmann. The Role of Materiality in Numerical Cognition. // Quaternary International 405 (2016): 42–51. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2015.05.026; P. J. Stooke. Neolithic Lunar Maps at Knowth and Baltinglass, Ireland. // Journal for the History of Astronomy 25, no. 1 (1994): 39–55. https://doi.org/10.1177/002182869402500103. Тем не менее присущее людям любопытство свидетельствует в пользу того, что наши предки начали интересоваться небом раньше, чем появились достоверные письменные доказательства этого.


[Закрыть]. Как только люди поняли, что дни, ночи и времена года регулярно чередуются, они стали создавать календари. Сначала для отсчета времени использовался лунный цикл, а позднее по той же методике время начали соотносить с движением Солнца. Самым ранним европейским свидетельством этого является знаменитый небесный диск Небры – бронзовая пластина возрастом около 3 700 лет, считающаяся древнейшим реальным изображением неба[19]19
  Jörg Römer. Als den Menschen das Mond eber packet. // Der Spiegel, July 16, 2019. https://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/mond-in-der-achaeologie-zeitmesser-der-steinzeit-a-274766.html.


[Закрыть].

Люди смогли использовать эти открытия и в сельском хозяйстве, и в навигации при плавании по морю (что в то время было чрезвычайно рискованным и опасным предприятием). Сегодня у нас есть навигационные спутники, но их координаты по‐прежнему зависят от астрономических наблюдений – правда, уже не звезд, а радиоизлучения далеких черных дыр, которые мы стали использовать в качестве космических ориентиров[20]20
  Международная небесная система отсчета (ICRS) представляет собой систему координат, созданную на основе наблюдений квазаров с помощью радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой (РСДБ). Ориентация Земли в пространстве в рамках этой системы определяется в соответствии с параметрами ориентации Земли Международной службы вращения Земли и систем отсчета (IERS). Ее можно использовать, например, для соотнесения координат на Земле в Международной земной системе отсчета (ITRS) с координатами спутника: https://www.iers.org/Iers/En/Science/Icrs/Icrs.html.


[Закрыть].

Примерно в третьем тысячелетии до Рождества Христова в том месте, где позже будет основан город Вавилон в Месопотамии, образованные священники стали регулярно отслеживать положение Луны. Они использовали ее фазы для составления календаря и определения праздничных дней, а также времени сбора урожая и налогов. В месяце было 30 дней, а в году – 360 (недостающие дни добавлялись раз в несколько лет в виде дополнительных месяцев). В основе вавилонской системы исчисления лежало число шестьдесят, а не десять, как у нас. Вероятно, подражая вавилонянам, мы и делим сутки на двадцать четыре часа, а круг – на 360 градусов.

С развитием клинописи появилась возможность сравнивать космическую информацию, полученную в разные моменты наблюдений. А примерно в первом тысячелетии до Рождества Христова появилась чрезвычайно хорошо продуманная программа организации наблюдений. Кроме того, к этому времени впечатляющих успехов добилась математика. На землях между Тигром и Евфратом появились группы ученых, занятых исключительно астрономическими наблюдениями и расчетами, связанными с небесными объектами. К сегодняшнему дню найдены многие тысячи клинописных табличек, заполненных астрономическими данными. Таким образом, стало возможным анализировать не только те астрономические события, которые сохранялись в памяти отдельных людей, но и те, что происходили в течение жизни разных поколений. Это положило начало традиции тщательного протоколирования, архивирования и анализа данных, и такой процесс, вероятно, уже можно назвать научными исследованиями, даже если они служили главным образом религиозным целям.

Жители Месопотамии понимали, что во Вселенной царит некий порядок, но при этом полагали, будто она управляется богами, планы которых можно истолковать по предзнаменованиям, – таким, например, как особые взаимные расположения планет[21]21
  John Steele. A Brief Introduction to Astronomy in the Middle East. 2008. // London: Saqi. Ученые, занимающиеся древним Ближним Востоком, сталкивались со свидетельствами использования эрзац-королей. В Месопотамии во время солнечного или лунного затмения вместо царя, скомпрометированного дурным предзнаменованием, сажали на трон марионеточного правителя. Для этой цели выбирался заключенный или умственно отсталый человек, а настоящий король жил сто дней как простой крестьянин. Только по прошествии этого срока жрецы разрешали королю вернуться.


[Закрыть]. Когда древние мудрецы, наблюдавшие небо, научились предсказывать движение планет, они попытались использовать это знание для толкования будущего. Правители заказывали им составление гороскопов, чтобы определить наилучший момент для своих начинаний.

Я вполне могу себе представить, что новая арифметика и способность предсказать движение планет производили на людей огромное впечатление. Это, вероятно, и привело наших предков к мысли, что судьба человека тоже может быть предопределена. В итоге возникла вавилонская астрология, которая оказала влияние на многие культуры. Астрологи Востока были увековечены даже в Библии в образах “трех волхвов”[22]22
  Евангелие от Матфея 2:1–13 (Библия короля Иакова). Нигде в библейском тексте на самом деле не говорится, что дары младенцу Иисусу принесли именно короли (волхвы) или что их трое. Не исключено, что, судя по историческому контексту, упоминаемые персонажи являлись опытными астрологами. Более подробную информацию по теме можно найти в моем блоге WordPress. (Heino Falcke. The Star of Bethlehem: A Mystery (Almost) Resolved?. October 28, 2014. https://hfalcke.wordpress.com/2014/10/28/the-star-of-bethlehem-a-mystery-almost-resolved), а также в цитируемой в блоге литературе, в частности: George H. Van Kooten and Peter Barthel, eds. The Star of Bethlehem and the Magi: Interdisciplinary Perspectives from Experts on the Ancient Near East, the Greco-Roman World, and Modern Astronomy. // The Hague: Brill Academic Publishers. (2015).


[Закрыть]. Прошли тысячелетия, прежде чем люди поняли, что астрология зиждется на ложных предположениях и что если движение некоторых небесных тел предсказать можно, то человеческую жизнь предсказать нельзя.

В Египте ритм времени задавали разливы Нила, приносившие из верховьев реки плодородный ил. Для египтян небо было частью их мифологического сознания. Солнце, как проявление бога Ра, ежедневно возрождалось и восходило из вод на востоке. Люди в Древнем Египте считали, что Ра даровал и поддерживал жизнь. Он пересекал небо, опускался вечером на западе и там умирал, чтобы возродиться следующим утром. Этот цикл был бесконечным.

Небосвод и Земля встречаются на горизонте. Должно быть, человек, живший в то время, смотря вверх и оглядываясь вокруг, гордился тем, что живет на планете, которая находится в самом центре космоса. Представление о том, что Земля плоская, было в те времена широко распространено, равно как и антропоцентричный взгляд на жизнь. Египтяне верили в космос с верхним, средним (земным) и нижним миром. Боги были повсюду, следя за тем, чтобы все мироздание оставалось стабильным и сбалансированным. Бог земли – Геб – владычествовал на Земле, выше обитала небесная богиня Нут – мать всех звезд, а между Землей и Небом помещалось царство бога Шу – бога воздуха и света. Он держал небеса и следил за тем, чтобы ничто не упало на землю.

Древние вавилоняне считали, что Земля имеет форму диска и плавает в окружающем мир океане. Боги жили в небе и определяли движение звезд. Небесный свод накрывал землю, как стеклянный колпак. Эта модель была доминирующей на протяжении всего древнего периода истории и вполне соответствовала науке того времени.

Древние греки также верили в верхний и подземный мир. Они стали внимательнее наблюдать за небесами, всерьез занялись математикой (прежде всего геометрией) и совместили результаты наблюдений звезд вавилонян с достижениями египтян в области геометрии. Еще в VI веке до нашей эры греческие ученые, такие как Пифагор, пришли к заключению, что Земля должна быть круглой. Платон (родился в 428–427 до н. э.) в своих трудах также говорил о сферической форме Земли.

Одно из многих достижений естественных наук древности, которое продолжает впечатлять нас и сегодня, – это измерение примерно в 200 г. до н. э. Эратосфеном из Кирены окружности Земли. В двух удаленных друг от друга египетских городах он ровно в полдень измерил положение Солнца над горизонтом – положение, которое можно проиллюстрировать с помощью тени, отбрасываемой вертикальным шестом. В одном городе Солнце стояло прямо в зените, поэтому тень вообще отсутствовала, а во втором городе тень отбрасывалась – в этом месте поверхность Земли была как будто наклонена на 7 градусов. Поскольку Эратосфен определил расстояние между двумя городами и теперь знал углы, под которыми шест отбрасывал тень, он смог использовать эти измерения для расчета размера Земли с относительно большой точностью, и это было поразительным достижением для того времени. То, что Земля круглая, знали в Европе в средние века и в раннее новое время, и этому уже учили в университетах[23]23
  Bede. De Natura Rerum; Johannes De Sacro Bosco (b. 1230 Ad). Tractatus de Sphaera. См. http://www.bl.uk/manuscripts/Viewer.aspx?ref=harley_ms_3647_f024r.


[Закрыть]. Так что представление о том, будто ученые – современники Христофора Колумба – должны были считать, что Земля плоская, является мифом. Несправедливо и то, что сегодня средневековье любят пренебрежительно называть Темными веками[24]24
  John Freely. Before Galileo: The Birth of Modern Science in Medieval Europe // New York: Overlook Press. (2014).


[Закрыть].

Но вот в чем тогда было невозможно убедить ни правителей, ни простых людей, так это в том, что Земля не находится в центре космоса. Как только возникло человеческое мышление, люди стали считать Вселенную обиталищем богов и планет. У вавилонян даже деление недели на семь дней было связано с семью небесными телами, которые мы можем видеть невооруженным глазом: это Солнце, Луна и пять ближайших планет. А римляне переименовали планеты в честь своих богов: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн – все они представители римского пантеона богов. Во многих европейских языках названия дней недели тоже произошли от имен этих богов – варьирующихся в зависимости от языка[25]25
  Sebastian Follmer. Woher haben die Wochentage ihre Namen. // Online Focus, September 11, 2018. https://praxistipps.focus.de/woher-haben-die-wochentage – ihre-namen-alle-details_96962.


[Закрыть].

Долгое время наше представление о Вселенной формировалось под влиянием греческих мыслителей, чему в немалой степени способствовал почти непререкаемый авторитет Аристотеля (родился в 384 г. до н. э.), который с древности и вплоть до христианской эры считался самым главным философом. Его влияние было настолько велико, что любые другие взгляды представлялись попросту абсурдными. Аристотель не был астрономом, и его модель Вселенной была относительно простой. Однако после его смерти выдающиеся астрономы поздней античности, такие как Гиппарх (родился в 190 г. до н. э.) и Клавдий Птолемей, более известный просто как Птолемей (родился в 100 г. до н. э.), ее усложнили. Но Земля по‐прежнему считалась центром Вселенной, вокруг которого обращались планеты и звезды на небесных сферах. Птолемей собрал все имевшиеся на тот момент астрономические знания в своем грандиозном, состоящем из тринадцати книг труде “Альмагест”, где было изложено то, что стало называться системой мира Птолемея. Правда, отдельные ученые, такие как Аристарх Самосский (родился в 310 г. до н. э.), верили в гелиоцентрическую модель, согласно которой в центре Вселенной находилось Солнце, а не Земля, – но тогда все же восторжествовала геоцентрическая модель.

Новая модель

Каким бы нелепым ни казалось нам сегодня подобное представление о Вселенной, оно просуществовало около 1 500 лет. Лучшие астрономы как в древних Китае и Индии[26]26
  Картина мира в астрономии индийского астронома Арьябхата (род. в 476 г.) была геоцентричной, но при этом он считал, что Земля вращается. См. Kim Plofker. Mathematics in India. // Princeton: Princeton University Press. (2009). Больше информации по астрономии Индии см. N. Podbregar. Jantar Mantar: Bauten für den Himmel. // scinexx.de, September 15, 2017. https://www.scinexx.de/dossier/jantar-mantar-bauten – fuer-den-himmel.


[Закрыть], так и в исламском и в христианском европейском мире считали эту модель Вселенной правильной – до тех пор, пока Николай Коперник и Иоганн Кеплер не произвели в представлении о Вселенной настоящую революцию. Тогдашние богословы были сведущи в математике, и их успехи в занятиях ею в какой‐то момент привели к тому, что авторитет древних философов перестал довлеть над ними.

Несколько лет назад я был в рабочей поездке в Пекине и принимал участие в двадцать восьмой генеральной ассамблее Международного астрономического союза – МАС. Тысячи астрономов со всего мира съехались туда, чтобы обсудить результаты последних научных исследований и принять важные решения – в частности, о присвоении названий небесным объектам. На этом форуме местный ученый-историк прочитал лекцию по истории астрономии в Китае. Оказывается, китайские астрономы наблюдали небо тысячи лет и даже в древние времена могли рассчитывать на существенную финансовую поддержку. Результатом их многолетних систематических наблюдений стала поражающая воображение база данных, которая используется до сих пор. До XI и XII веков нашей эры китайская астрономия была намного более развитой, чем астрономия на Западе. Тем не менее, по словам историка, в Китае в то время не нашлось ученого со знаниями математики уровня Коперника или Кеплера. Китайские астрономы не смогли воспользоваться своими наблюдениями в полной мере.

Кто‐то в аудитории спросил: “Почему?”. “Возможно, это было связано с их мировоззрением”, – предположил спикер. В то время как на Западе многие ученые начали искать научное объяснение тайнам неба, в Китае сосредоточились главным образом на области сверхъестественного. Мир являл собой сложную систему, небеса полнились духами и мифическими существами. Все было так переплетено и запутано, что китайские представления очень сильно отличались от господствовавшей на Западе идеи единого, далекого и всемогущего Бога-Творца[27]27
  Joseph Needham, With The Research Assistance Of Wang Ling. Science and Civilisation in China: Vol. 2, History of Scientific Thought. // Cambridge: Cambridge University Press. (1956). Процит. в: The Chinese Cosmos: Basic Concepts. // Asia for Educators. http://afe.easia.columbia.edu/cosmos/bgov/cosmos.htm.


[Закрыть]. Для китайских астрономов вопрос о том, что заставляет звезды двигаться, не имел смысла. На Западе же древние политеистические верования, напротив, все больше и больше уступали место монотеистическому иудеохристианскому мировоззрению, хотя суеверия и языческие верования (вместе с астрологией) так никогда полностью и не исчезли.

Для иудаизма также была характерна рациональная аргументация. А толкование Торы, священной книги, велось путем сбора скрупулезных доказательств, построения логических умозаключений и в ходе ожесточенных дебатов. Интересно, что, в отличие от других религий, в еврейской традиции астрономическая концепция мира не играла особой роли. Хотя эта традиция и развивалась на фоне накопленных к тому времени на Востоке (включая Вавилон, Грецию и владения Римской империи) знаний о космосе, в истории сотворения, о которой говорится в первой книге Библии – книге Бытия, – Солнце, Луна и звезды низведены до уровня просто “светил”. В этой грандиозной истории, рассказанной в самом начале Ветхого Завета, наш современный мир возникает постепенно – шаг за шагом. Время разделено на отрезки длиной в день; в первый день возникает свет, затем вода обособляется от суши, и наконец появляются растения, животные и человек. Светила в небе возникают не в начале творения, а где‐то в его середине. Тем самым как бы специально принижается их значение: они – не божественные существа и нужны в картине мира только для того, чтобы даровать нам время, отделив день от ночи. Бытие описывает в высшей степени рациональный мир, очищенный от магии. В библейской истории сотворения мира чудеса – скорее редкие исключения.

Для нас, воспитанных в иудеохристианском мировоззрении, в природе нет ничего сверхъестественного. Она не имеет собственной воли и создана единым Богом, который есть творец и источник всех вещей и который всегда был, всегда есть и всегда будет. В этой концепции мы обнаруживаем краеугольный камень современного естествознания, а именно – способность опираться на набор принципов, лежащих в основе природы. Только когда вы принимаете это исходное предположение, наука становится осмысленной.

Мы снова и снова читаем о том, что вера и наука находятся в состоянии вечной борьбы, но на самом деле это миф[28]28
  Cм. Например: Peter Harrison. The Territories of Science and Religion. // Chicago: University of Chicago Press. (2015). Резюме, написанное автором, можно найти здесь: https://theologienaturwissenschaften.de/en/dialogue-between-theology-and-science/editorials/conflict-myth.


[Закрыть], который искусственно насаждается в эпоху начавшейся в XIX веке секуляризации. Нынешние историки придерживаются гораздо более взвешенной точки зрения[29]29
  Другим подобным мифом, нашедшим свое воплощение в известном фильме, является миф о Гипатии, убитой толпой разъяренных христиан, и о сожжении ими Александрийской библиотеки. Библиотеки на тот момент уже не существовало, а убийство на самом деле было скорее политическим, так что история Гипатии – безусловно мудрой и отважной женщины – не может служить обоснованием тезиса об извечной вражде религии и науки. К тому же нам приходится опираться лишь на весьма скудные свидетельства. См. Charlotte Booth. Hypatia: Mathematician, Philosopher, Myth. // Stroud, UK: Fonthill. (2016). См. также: Maria Dzielska. Hypatia wird zum Opfer des Christentums stilisiert. // Der Spiegel. April 25, 2010. https://www.spiegel.de/wissenshaft/mensch/interview-zum-lm-agora-hypatia-wird-zum-opfer-des-christentums-stilisiert-a-690078.html; и Cynthia Haven. The Library of Alexandria – Destroyed by an Angry Mob with Torches? Not Very Likely. // The Book Haven (blog). March 2016. https:// bookhaven.stanford.edu/2016/03/the-library-of-alexandria-destroyed-by-an-angry-mob-with-torches-not-very-likely.


[Закрыть]. Науки долгое время развивались не как самостоятельные дисциплины, а как разделы теологии, и средневековые монастыри являлись оплотами знания и образования. Университеты создавались с благословения церкви. Многие крупные ученые получили богословское образование, были глубоко набожны и часто даже служили в храмах. Церковь, однако, претендовала на последнее слово в вопросах толкования явлений во всех областях науки, и в XV и XVI веках это стало приводить к все большему числу конфликтов. К тому времени умами людей давно овладели идеи Ренессанса и Реформации, которые коренным образом изменили, можно даже сказать – революционизировали их представления о мире и роли личности в нем.

Космологическая революция началась в 1543 году с новой простой космологической модели (хотя, конечно, абсолютно новой она не была), предложенной прусско-польским каноником Николаем Коперником. В ней Солнце сдвигалось к центру космоса, а Земля вращалась вокруг своей оси и, как и все другие планеты, обращалась по орбите вокруг Солнца. С математической точки зрения эта модель выглядела убедительно, однако настораживало то, что, согласно идее Коперника, Вселенная должна была быть намного больше, чем считалось ранее, а Земля должна была вращаться с огромной скоростью. Если бы мы действительно вращались с такой головокружительной скоростью, разве бы мы этого не заметили?

Чтобы новая модель получила признание, потребовалось много времени. Даже ученые-современники Коперника, независимо от того, являлись ли они священнослужителями или проводили свои исследования в светских учреждениях, имели веские основания сомневаться в ее правильности. Видный датский астроном Тихо Браге не верил в великую таинственную силу, заставляющую мир вращаться, но при этом знал, что птолемеевская модель космоса не может быть точной. Браге, превосходно владевший искусством проведения наблюдений, оставил после себя ценнейшие записи, а Иоганн Кеплер, немецкий математик и астроном, впоследствии использовал их для вывода своих знаменитых законов движения планет. Изучая данные Браге, Кеплер понял, что планеты обращаются вокруг Солнца по эллиптической, а не по круговой траектории, причем движутся они тем быстрее, чем ближе находятся к Солнцу. Кеплера, стремившегося отыскать в космосе божественную красоту и гармонию, изящество собственных математических уравнений приятно удивило еще и в богословском смысле – ведь они отражали замысел Творца, подобно тому, как эскиз будущего здания отражает замысел архитектора.

Наиважнейшие измерения, сделанные Браге, стали, вероятно, последним великим достижением в астрономии, осуществленным без использования телескопа. Телескоп был изобретен в начале XVII века талантливым голландским оптиком из Мидделбурга[30]30
  Изобретателем телескопа обычно считается Ханс Липперсхей из Миддельбурга, но были и другие, кто приписывал создание телескопа себе.


[Закрыть] и предназначался для мореплавателей – но итальянец Галилео Галилей решил направить его на звездное ночное небо над Падуей. Когда в 1610 году Галилей открыл первые спутники Юпитера, эта новость вызвала бурные споры как в Италии, так и по всей Европе. Сам же ученый еще больше уверился в правильности модели Коперника, поскольку тот факт, что вновь открытые спутники обращаются вокруг Юпитера, определенно доказывал, что не все небесные тела движутся вокруг Земли.

Со временем ученый лишь утвердился в верности своих представлений об устройстве мира. Его работа долгое время велась под патронатом католической церкви, его теории поначалу благосклонно обсуждались иезуитами. Но амбициозный Галилей игнорировал труды Кеплера и продолжал верить в движение планет по круговым орбитам, из‐за чего его модель не согласовывалась с лучшими данными, имевшимися в то время. Галилей был человеком благочестивым, но настолько дерзким, что даже осмелился усомниться в авторитете папы. В конце концов его заявления стали раздражать понтифика и кардиналов, изначально настроенных к нему вполне сочувственно. (Примерно в то же время сочинения Коперника оказались в перечне запрещенных книг, а следовательно, могли быть опубликованы только при условии внесения в них дюжины изменений.) В 1632 году Галилей предстал перед судом инквизиции в Риме и по его решению был до конца жизни помещен под домашний арест (хотя и продолжал получать от архиепископа Сиены финансовую поддержку). Публиковать свои сочинения в Италии ученому было строго запрещено, и потому труды Галилея выходили в других европейских странах.

Галилей был хорошим популяризатором и оратором и понимал, как сделать так, чтобы о результатах его исследований узнали не только эксперты. При этом, однако, он зачастую пренебрегал упоминаниями работ других ученых. Сегодня существует множество легенд о Галилее, но не все они выдерживают тщательную историческую проверку. Скорее, эти повествования свидетельствуют о нынешнем восприятии его личности и о времени, в котором жил Галилей[31]31
  Mario Livio. Galileo and the Science Deniers. // New York, Simon & Schuster. (2020; русский перевод: Марио Ливио. Галилей и отрицатели науки / Пер. с англ. Н. Колпаковой. – М.: Альпина нон-фикшн. 2022). Другое мнение можно найти в рецензии на эту книгу: Thony Christie. How to Create Your Own Galileo. // The Renaissance Mathmeticus (blog). May 27, 2020. https://thonyc.wordpress.com/2020/05/27/how-to-create-your-own-galileo. Кристи показывает, что нынешний образ Галилея сильно романтизирован, и беспощадно критикует книгу Ливио.


[Закрыть].

Целых два столетия миновали после Кеплера и Галилея, прежде чем были исчерпаны последние научные аргументы против этой новой модели. Однако ее переосмысление началось уже давно.

Глядя из сегодняшнего дня, я думаю, что достижения Иоганна Кеплера являются более важными. Кеплер, этот превосходный математик, по своей натуре был противоположностью Галилея: небольшого роста, болезненный, он всю жизнь сомневался в себе. Его вечно преследовали несчастья. (Мать Кеплера обвинил в ведьмовстве сам губернатор [фогт] Леонберга [32]32
  Ulinka Rublack. Der Astronom und die Hexe: Johannes Kepler und seine Zeit. // Stuttgart: Klett-Cotta. (2019).


[Закрыть]. Ученому никогда не везло с женщинами, и после смерти жены ему нелегко было найти новую спутницу жизни.) Но сегодня три закона Кеплера составляют основу небесной механики. Именно с их помощью вычисляют массу звезд, и именно из них следует существование темной материи. Когда я читаю лекции о черных дырах, то всегда начинаю с напоминания закона Кеплера, описывающего движение планет вокруг Солнца. Материя движется вокруг черной дыры почти так же, только гораздо быстрее.

На основании законов Кеплера английскому теологу и ученому-энциклопедисту Исааку Ньютону[33]33
  Ньютон был профессором богословия, и коллеги ценили его как выдающегося исследователя Библии, но он также втайне занимался алхимией и не чурался некоторых еретических идей. Robert Iliffe. Newton’s Religious Life and Work. // The Newton Project, http://www.newtonproject.ox.ac.uk/view/contexts/Cntx00001.


[Закрыть] полвека спустя удалось не только построить классическую механику, но и с помощью выведенных Кеплером законов гравитации объяснить ее действие на Земле, на орбите Луны и при движении планет вокруг Солнца.

В модели Ньютона гравитация – универсальная дальнодействующая сила, которая обеспечивает притяжение массивных тел друг к другу независимо от их состава. Сила действует тем слабее, чем дальше друг от друга находятся тела, но она никогда полностью не исчезает. Ньютоновская сила тяготения одинаково действует на все тела во всей Вселенной – то есть на планеты она действует так же, как и на падающие на землю яблоки. Сила тяготения вызывает все океанские приливы вообще и весенние приливы в полнолуние в частности. Благодаря Ньютону в Солнечной системе было объяснено почти все. Но – только почти.

Венера, богиня любви, и масштабная линейка Вселенной

Важнейшие вопросы астрономии, то есть размер Вселенной и расстояние между Землей и звездами, долгое время оставались без ответа. Если Земля обращается вокруг Солнца, не означает ли это, что положение звезд на небе должно меняться?

Кажущееся смещение положения звезд называется параллаксом и возникает при наблюдении за звездой с двух позиций, расположенных далеко друг от друга. Любой может самостоятельно проверить этот эффект: вытяните руку прямо перед собой, поднимите вверх большой палец и посмотрите на него, закрыв сначала один глаз, а затем другой. Взгляд на большой палец с этих немного разных позиций заставляет нас думать, будто он двигается из стороны в сторону. Чем ближе палец к нашему лицу, тем больше становится кажущееся его (пальца) смещение. Когда же мы смотрим на удаленный от нас объект обоими глазами, мы способны воспринять глубину и таким образом оценить расстояние до него.

Тот же эффект параллакса, который мы наблюдаем в малом масштабе при рассмотрении предметов поочередно двумя глазами, может использоваться и при обращении Земли вокруг Солнца. Если я измерю положение звезды один раз летом, когда Земля находится в крайне левом положении от Солнца, а затем зимой, когда она в крайне правом положении, то звезды – в зависимости от того, насколько далеко они от Земли, – также должны сместиться вправо или влево на разные расстояния. Но ни Кеплер, ни Коперник ничего подобного не замечали. Либо их модели были неточными, либо звезды должны были находиться так далеко, что смещение было минимальным и едва заметным. Насколько далеко они располагаются и, следовательно, каков размер видимой Вселенной, зависит от точного расстояния между Землей и Солнцем. Определение этого расстояния стало одной из самых важных задач астрономии. Для решения проблемы потребовалась координация действий астрономов всего мира, что положило начало глобальному соревнованию.

И первым “объектом желания” ученых стала Венера, названная в честь римской богини любви и красоты. На самом деле наша небесная соседка очень горяча и не слишком привлекательна. Окажись мы там, нас бы расплющило давление окружающей ее плотной атмосферы из парниковых газов: на поверхности Венеры давление такое же, как на глубине более 900 метров под водой на Земле. Кроме того, там жарко, как в печи.

Но Венера оказала неоценимую услугу современной астрономии. С помощью этой планеты удалось измерить точное расстояние между Солнцем и Землей (это расстояние стало называться астрономической единицей [а.е.]), а вместе с ним размер Солнечной системы и даже всей Вселенной. Для этого исследователям пришлось измерить параллакс при так называемом транзите Венеры – коротком промежутке времени, за который Венера проходит прямо перед Солнцем. Это событие похоже на солнечное затмение, только в меньших масштабах, и заметить его могут лишь опытные астрономы, вооруженные телескопом.

В то время как Луна из‐за своей близости к Земле иногда практически полностью закрывает Солнце, гораздо более далекая Венера этого сделать не может. Когда эта планета в течение нескольких часов проплывает мимо ярко-золотого Солнца, можно наблюдать только еле различимое пятно. Долгое время мы, люди, вообще не замечали этих повторяющихся событий.

Иоганн Кеплер еще в XVII веке предсказал транзиты Венеры и Меркурия – двух планет, расположенных между Землей и Солнцем. Однако он не дожил до подтверждения своих предсказаний: следующее прохождение Венеры по диску Солнца, которое он мог бы наблюдать, произошло в 1631 году, когда Кеплер уже умер.

Путь, по которому черный диск Венеры движется по диску Солнца, зависит от места наблюдения на Земле и от расстояния до Солнца. Чем дальше на юг переместится наблюдатель, тем выше на солнечном диске он увидит движущуюся тень, потому что угол, под которым он на нее смотрит, изменится. Измерив время, которое потребовалось Венере для ее транзита, наблюдаемого из разных точек Земли, можно, используя метод параллакса и третий закон Кеплера, рассчитать расстояние между Солнцем и Землей. Идея сама по себе блестящая, если бы не одна загвоздка: транзиты Венеры – очень редкое астрономическое явление. Основная причина этого в том, что плоскости орбит Венеры и Земли немного наклонены друг относительно друга. Даже если Венера, видимая с Земли, усматривается в одном направлении с Солнцем, проходя мимо, она может оказаться выше или ниже его диска. Транзиты Венеры случаются только четырежды в 243 года и происходят парами – последний раз это было в 2004 и 2012 годах, а до того – в 1874 и 1882 годах.

Даже если все условия совпадали, ученым еще предстояло озаботиться тем, чтобы ни в коем случае не пропустить прохождение планеты. Снова и снова астрономы из разных стран отправлялись в путешествие по миру, чтобы наблюдать прохождение Венеры по диску Солнца под всеми возможными углами. В определенном отношении эти экспедиции явились предшественниками наших современных экспедиций к черным дырам, но в то время и такие предприятия были далеко не простыми. А некоторых исследователей постигала неудача, даже если они не выезжали из дома: например, Джереми Хоррокс в Англии едва не пропустил транзит Венеры 4 декабря 1639 года. Сначала он ждал рядом с телескопом, который навел на Солнце, но, поскольку Венера все никак не появлялась, оставил свой пост и отправился, предположительно, на церковную службу. Когда же Хоррокс вернулся к телескопу, то выяснилось, что он почти опоздал. Транзит давно начался, и Венера уже двигалась по диску Солнца. Из-за этого Хоррокс смог только приблизительно оценить полную продолжительность транзита.

Ученые решили гораздо более внимательно понаблюдать за следующими транзитами Венеры в 1761 и 1769 годах и поэтому отправились в различные международные экспедиции, которые тогда было не так‐то просто организовать. Самое драматическое фиаско потерпел Гийом Лежантиль, который планировал наблюдать за транзитом из Индии. Его корабль прибыл в пункт назначения в Пондичерри (город на юго-востоке страны) как раз тогда, когда британцы в ходе военной кампании только-только захватили город. Французу Лежантилю не разрешили сойти на берег, и он был вынужден делать свои измерения на борту судна. Но деревянный корабль, качающийся на волнах, – не самое подходящее место для точных астрономических измерений, и результат оказался непригодным. Лежантиль решил подождать восемь лет до следующего транзита, но именно в тот момент, когда начался транзит, небо заволокло тучами. Для работы астроному нужно везение, и, в частности, требуется, чтобы погода в нужный момент была на его стороне. Удача – это вообще дама капризная. Когда француз наконец собрался отплыть домой после многих лет, проведенных за границей, он заболел дизентерией и чуть не умер. А вернувшись во Францию, обнаружил, что семья уже давно разделила его имущество, посчитав родственника погибшим. Даже его место во Французской академии наук было отдано другому ученому.