Текст книги "Вселенная на ладони"

Зодиакальный круг и эклиптика

Днем звезды никуда не исчезают, они просто становятся невидимыми для нас, потому что более мощное солнечное излучение затмевает их тусклый свет. Это все равно что пытаться разглядеть огонек горящей свечи на фоне потоков света мощных прожекторов, находясь на восьмидесятитысячном стадионе. Однако у нас есть возможность говорить о Солнце, располагающемся в пределах того или иного созвездия, даже если в это время мы не можем видеть отдельные звезды.

Солнце появляется каждый день, чтобы продвинуться по небосклону менее чем на один градус по сравнению с находящимися за ним звездами. За год оно совершает полный оборот в 360 градусов, а путь, который оно проходит, известен как эклиптика. И он не остался без внимания наших предшественников. Уже в первом тысячелетии до нашей эры в древнем Вавилоне эклиптика была разделена на двенадцать созвездий – по одному на каждый лунный цикл традиционного года. Даже если вы имеете слабое представление об астрономии, вы, скорее всего, слышали о современных версиях названий созвездий – Овен, Телец, Близнецы, Лев, Рак, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Козерог, Водолей и Рыбы. Эти двенадцать созвездий составляют «зодиакальный круг», или – «круг малых животных».

В прошлом ночное небо в значительной мере ассоциировалось с мистицизмом и суевериями. Небесные события часто рассматривались как факторы, влияющие на все, что происходит на Земле. В этом кроется источник астрологии – идеи о том, что движение и расположение небесных тел влияют на жизнь и деятельность людей. В частности, существовало предубеждение, что созвездие, в котором находилось Солнце в день вашего рождения, имеет определенное отношение к тому, как сложится вся ваша жизнь. Однако современное понимание астрономии дает нам убедительные основания утверждать, что не существует ни единого доказательства правдивости этого. Звезды – всего лишь огромные горячие газообразные шары, находящиеся очень далеко от нас. Их расположение в день вашего рождения имеет ровно такое же отношение к вашей жизни или вашим личностным характеристикам, какое имеют к вам отношение и местоположение вазы на полке шкафа вашей матери или то, стояла ли машина вашего отца лицом на север на парковке госпиталя.

Деревянная гравюра с изображением двенадцати зодиакальных созвездий, которые все вместе обозначают годовой путь прохождения Солнца по небосклону

Между тем зодиакальный круг и эклиптика сыграли главную роль в том, что человечество оставило позади эти суеверные представления и перешло к научным знаниям. Как мы увидим в следующих главах, наблюдение за движениями небесных тел вблизи эклиптики имело большое значение в революционных изменениях нашего понимания своего места во Вселенной и в том, что мы отбросили в сторону устаревшие, ничем не обоснованные идеи и концепции.

Блуждающие звезды

В представлении древних людей существовали три типа звезд. Звезды, всегда остававшиеся точно в пределах своих созвездий, были известны как фиксированные звезды. Временами на небе появлялись падающие звезды, ярко сверкая, они пролетали по небосклону, на какое-то мгновение достигнув максимального блеска. Затем появились блуждающие звезды. В эту небольшую группу входило всего пять звезд-бунтовщиков, не соблюдавших обычные правила перемещения по небосклону. Они перемещались очень близко к эклиптике, от одного зодиакального созвездия к другому. «Блуждающие звезды» по-гречески означает asteres planetai, именно отсюда произошло и современное название этих небесных странников: планеты.

В Европе этих непосед называли Меркурием, Венерой, Марсом, Юпитером и Сатурном по имени участников пантеона римских богов. Наряду с Солнцем и Луной они составляют семь небесных тел, которые очевидно нарушают общий порядок и движутся, невзирая ни на какие созвездия. Наши древние предшественники дали их имена семи дням недели (см. таблицу 1). Тот факт, что отдаленные друг от друга цивилизации независимо друг от друга пришли к идее семи дней в неделе, предполагает, что они могли наблюдать семь небесных тел, движущихся очень близко к эклиптике. Ведь все остальные временные периоды и сезоны года тоже были так или иначе связаны с небесными явлениями.

Планеты Уран и Нептун также движутся вдоль эклиптики, но они оставались неизвестными в древности, поскольку находятся на слишком большом расстоянии от Солнца и из-за слабой освещенности не видны невооруженным глазом, без телескопа. Кажется удивительным, но если предположить, что у людей развились бы более крупные глаза и у нас появилась бы возможность увидеть Уран и Нептун невооруженным глазом, мы, возможно, жили бы сегодня в мире, где в неделе десять дней.

Таблица 1

* Английские названия для этих дней произошли от имен норвежско-англо-саксонских богов, поэтому они не совпадают с римскими названиями планет.

Если бы вам пришлось наблюдать за планетами в течение месяцев и лет, вы заметили бы, что с ними происходит что-то странное. Во-первых, они движутся вдоль эклиптики лишь для того, чтобы остановиться, тут же изменить направление и вернуться туда, откуда они пришли. Такое движение известно как ретроградное движение. Каждый, кто считает себя знатоком небесной механики, должен быть способным объяснить такое необычное поведение планет.

Птолемей и геоцентрическая модель мира

Все цивилизации прошлого, и прежде всего древнегреческая, пытались собрать все имевшиеся у них на тот момент знания о небе, чтобы создать единую модель Вселенной. Они знали, что Земля имеет сферическую форму и что Солнце и звезды раз в день совершают круговой оборот по небосклону. Их обыденный опыт подсказывал, что Земля не движется – и действительно, они не ощущали, что она движется. Отсюда они естественным образом пришли к заключению, что мы живем на неподвижной Земле, вокруг которой вращаются Солнце, Луна, планеты и звезды. Такая концепция центрального положения Земли известна как геоцентрическая модель мира.

Большинство моделей устройства Вселенной того времени изображали Землю, окруженную серией колес, на которых размещались Солнце, Луна, планеты и звезды. Поскольку Луна движется по небу быстрее всех, она естественно была на первом колесе. За ней следовали Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер и Сатурн. За пределами Сатурна кружились колеса, обозначавшие неподвижные звезды, никогда не выходившие за границы своих созвездий.

В древности астрономы верили в геоцентрическую Вселенную, в которой Солнце вращается вокруг Земли; такая модель изображена на приведенном выше рисунке 1687 года

Но эта модель создавала одну очень серьезную проблему – она не позволяла объяснить ретроградное движение планет. Почему некоторые колеса внезапно останавливались, чтобы развернуться и начать движение в обратном направлении? Решение проблемы нашел древнегреческий математик Клавдий Птолемей, и оно получило известность как геоцентрическая модель Птолемея. Согласно ему планеты движутся в малом круге, получившем название эпицикл, и, как считал Птолемей, он вращается вокруг Земли на еще большем круге или колесе, названном им деферентом.

Птолемей изобрел деференты и эпициклы, чтобы объяснить ретроградное движение планет

Когда движение планет совпадает по направлению с движением деферента, мы видим, что планеты движутся в одном направлении вдоль эклиптики. Но когда они движутся вокруг эпицикла против направления деферента, они будто меняют направление на противоположное. Это описание было настолько логичным и так ясно объясняло движение небесных тел, что оставалось незыблемой догмой, не подвергавшейся никакой критике и сомнению на протяжении более тысячи лет.

КЛАВДИЙ ПТОЛЕМЕЙ (ОКОЛО 100 – ОКОЛО 170 ГГ. Н. Э.)

Это кажется странным, что о человеке, который оказал огромное влияние на астрономию – науку с тысячелетней историей, – известно так мало. О нем говорят только его работы. Птолемей жил в Александрии, в то время являвшейся частью Римской империи, а в настоящее время – частью Египта.

В своей книге «Планетарные гипотезы» он выдвинул собственную систему эпициклов, а также попытался вычислить размеры Вселенной. Ученый полагал, что расстояние до Солнца составляет 605-кратную длину диаметра Земли (эта цифра в действительности ближе к 12 000). По его расчетам расстояние до звезд равно 10 000‐кратной длине диаметра Земли (на самом деле эта цифра равна более чем 3 миллиардам). Его другая знаменитая работа по астрономии, «Альмагест», перечисляет сорок восемь созвездий (сейчас их восемьдесят восемь), многие из которых признаны и сведения о них продолжают использовать по сей день.

Он был завзятым астрологом, хотя, по некоторым источникам, признавал, что жизненные обстоятельства также играли роль в поведении людей и влияли на их личность. Помимо работ по астрономии, он занимался изучением музыки, выполнял работы в области оптики и географии. Так же, как и в случае с Эратосфеном, его имя присвоено одному из кратеров на Луне.

Коперник и гелиоцентрическая система мира

К началу шестнадцатого столетия геоцентрическая система Птолемея настолько укоренилась в западной культуре, что поставить ее под сомнение буквально означало подвергнуть свою жизнь реальной опасности. Со времен Древней Греции христианство охватило всю Европу и одно из его краеугольных учений состояло в том, что бог сотворил Вселенную за семь дней. Таким образом, представление о том, что Земля находится в центре мироздания, казалось естественным – почему бы не поместить свое творение в центр всего действия и не создавать этих проблем? Попытки оспаривать эту догму, намеки на то, что все на самом деле не совсем так, рассматривались как акт ереси. Ученые-мусульмане периода Средневековья не были столь жестко связаны с подобными догмами и уже в начале 1050 года нашей эры начали искать бреши в геоцентрической концепции Птолемея.

Тем временем в Европе уже в XVI веке польский математик по имени Николай Коперник начал осознавать, что для объяснения ретроградного движения планет нет никакой необходимости в эпициклах и деферентах. Все, что для этого нужно, – это поместить Солнце в центр всей системы, а Землю рассматривать всего лишь как одну из планет, вращающуюся вокруг него. Так появилась гелиоцентрическая модель Вселенной.

Объяснение ретроградного движения планет с точки зрения системы Птолемея и Коперника

Наблюдаемое ретроградное движение Марса тогда объяснялось бы как просто следствие того, что Земля «перекрывает» эту планету в нашем перемещении вокруг Солнца. При движении в направлении Марса будет казаться, что эта планета движется в одном направлении, но как только мы промчимся мимо нее, будет казаться, что она отдаляется от нас по мере того, как сами мы отлетаем от нее. В первом десятилетии XVI века Коперник начал излагать свои идеи письменно, тайно передавая копии трудов верным и надежным друзьям. К началу 1532 года он был уже уверен в правильности своих представлений, но не хотел выставлять труды на суд публики из-за страха перед возможным обвинением. Существует мнение (хотя оно является предметом жарких споров) что сам Коперник увидел рукопись своего законченного труда, только находясь на смертном одре. Согласно преданию, успокоенный заверениями о том, что его идеи наконец-то станут достоянием общества и гласности, он мирно скончался в 1543 году. Его труд – De revolutionibus orbium coelestium («О вращении небесных сфер») – вероятно, одна из самых важных книг, когда-либо написанных в истории человечества.

Книга Коперника стала источником кризиса в теологии. К концу шестнадцатого столетия интеллектуальную эстафету принял итальянский монах Джордано Бруно, который утверждал не только то, что Земля вращается вокруг Солнца, но и то, что звезды – это всего лишь отдаленные подобия нашего Солнца со своими планетами и, возможно, собственной жизнью. В 1600 году этот гений был сожжен у позорного столба, а некоторые историки предполагают, что его астрономические взгляды были лишь одним из его многочисленных «интеллектуальных преступлений».

Для решения этих споров, однако, не было необходимых доказательств, которые могли раз и навсегда подтвердить, живем мы в геоцентрической или гелиоцентрической Вселенной. Однако одному датскому астроному удалось сделать все возможное, чтобы найти выход из этого положения. Он предложил гибридную модель, сочетающую в себе обе системы.

Тихо Браге

Датский астроном Тихо Браге представлял собой воплощение истинного эксцентрика. В течение большей части своей взрослой жизни он щеголял медным носом – в возрасте двадцати лет он утратил кончик своего носа от удара шпаги во время дуэли, затеянной из-за математики. Некоторые историки даже утверждали, что Уильям Шекспир изобразил в образе Гамлета Тихо Браге, а герои Розенкранц и Гильденстерн, конечно, позаимствовали свои имена у двоюродных братьев Браге. Возможно даже, что вся драма «Гамлет» является разработкой аллегории битвы между геоцентрической и гелиоцентрической моделями Вселенной, где герой Клавдий назван по имени Клавдия Птолемея.

Но что мы знаем наверняка, так это то, что истинной страстью Браге была астрономия, и именно в ней он достиг подлинного величия. Браге выполнил более точные измерения параметров небесной сферы по сравнению со всеми, кто это делал до него. Датский король подарил ему маленький остров Гвен (теперь часть Швеции) вместе с большой суммой денег для строительства гигантской астрономической обсерватории, которую следовало соорудить на этом острове. Браге назвал обсерваторию Ураниборгом, что значит «Замок Урании» – дочери Зевса и музы астрономии.

Социальный календарь в Ураниборге был почти также примечателен, как производившиеся в ней астрономические наблюдения. Браге нанял шута – карлика по имени Джепп, который имел обыкновение прятаться под столами и выпрыгивать оттуда, удивляя гостей. Он также содержал у себя при обсерватории прирученного лося, который плохо кончил, когда, сделав глоток из открытого бочонка с пивом, отравился и, упав замертво, скатился вниз по лестнице. Браге ожидала такая же несчастная участь. Участвуя на банкете с обильным пиршеством в Праге в 1601 году, он отказался покинуть застолье, чтобы сходить в туалет, несмотря на то, что потребил огромное количество алкоголя. Он скончался одиннадцать дней спустя от уремии – болезни, связанной с чрезмерной концентрацией мочевины в крови. У него попросту разорвался мочевой пузырь.

Однако до своей безвременной кончины в пятьдесят четыре года, работая в Уринборге, Браге тщательно описал движения звезд и планет, используя секстанты и квадранты – механические инструменты, с помощью которых проводились измерения углов между небесными телами. Многие его измерения достигали точности в 1/60 часть градуса. Это привело его к компромиссу между геоцентрической и гелиоцентрической моделями. Он не мог заставить себя поверить в то, что нечто столь громоздкое и огромное, как Земля, движется, поэтому в его гео-гелиоцентрической модели Вселенной Солнце и Луна вращались вокруг Земли, а уже планеты – вокруг Солнца. Подобно птолемеевским эпициклам, именно это являлось причиной ретроградного движения планет.

Тихо Браге создал гибридную модель Вселенной, в рамках которой Земля все еще занимает центральное положение, но некоторые планеты вращаются вокруг Солнца

По крайней мере, на бумаге. Между тем убедительных доказательств, которые позволили бы с уверенностью утверждать, какая из трех моделей – Птолемея, Коперника или Тихо Браге – правильно описывала реальное положение дел во Вселенной, в которой мы живем, все еще не существовало. Но через какое-то время один голландский мастер, изготовитель очков, сделал случайное открытие, которое навсегда изменило астрономию.

Изобретение телескопа

Вплоть до этого времени все астрономические наблюдения проводились невооруженным глазом, а также при помощи секстантов и квадрантов. Однако в 1608 году голландец Ханс Липпершей создал первый в мире телескоп, подав заявку на патент на устройство «для рассматривания вещей и предметов, находящихся вдали, но так, как будто они находятся вблизи». Остается неясным, был ли он на самом деле первым, кто соорудил такой инструмент, но история часто приписывает ему это открытие. Многие прорывные открытия в истории науки, такие, например, как момент, заставивший Архимеда вскрикнуть «Эврика!», или ньютоновское падение яблока, сопровождаются рассказами о внезапном озарении – историями, которые носят скорее апокрифический характер. Изобретение телескопа не исключение.

Рассказывают, что миг озарения Липпершея наступил, когда он увидел, как двое детей играют с коробкой старых линз в его мастерской. Оказалось, что если смотреть на находящийся вдалеке флюгер через две линзы одновременно, то объект, на который смотрят, внезапно начинает казаться значительно больше. Учитывая этот эффект, Липпершей сконструировал устройство, которое могло увеличивать видимый размер объектов в три раза. Несколько лет спустя греческий ученый Джованни Демисиани назвал это новое изобретение «телескопом» от греческого слова «далекий» и «смотреть» или «видеть».

Но раскрыть истинный потенциал нового изобретения удалось итальянскому математику, в результате чего была опровергнута очень старая идея.

Галилей и его наблюдения с помощью телескопа

В 1608 году итальянский ученый Галилео Галилей работал в Падуе, занимаясь преподаванием в местном университете. Во время своего путешествия в Венецию он столкнулся с экземпляром недавно изобретенного голландского устройства, как лесной пожар распространявшегося по всей Европе. Он взялся усовершенствовать это изобретение, и очень скоро появился телескоп с увеличением в восемь раз (по сравнению с первоначальным увеличением в три раза, которого достиг Липпершей). Вскоре он сконструировал устройство, способное давать увеличение более чем в тридцать раз.

Очень скоро Галилею стало ясно, что мы живем совсем не в геоцентрической Вселенной. Птолемей ошибался. Седьмого января 1609 года ученый направил свой телескоп в сторону Юпитера и увидел три маленьких небесных объекта вокруг планеты. В течение недели он обнаружил и четвертый объект. Сегодня четыре крупнейших спутника Юпитера получили прозвище «галилеевых спутников», названных так в честь самого Галилея. В данном случае были обнаружены четыре небесных тела, которые совершенно очевидно не вращались ни вокруг Земли, ни вокруг Солнца.

Решающий довод был получен в сентябре 1610 года, когда Галилей увидел, что у Венеры, точно так же, как и у Луны, имеются фазы. Иногда она выглядела как «полный шар», а в другое время как полумесяц. Размеры Венеры также менялись, как будто иногда она становилась ближе к нам, а затем отдалялась. Если бы оба небесных тела – и Венера, и Солнце, вращались вокруг Земли, как предполагал Птолемей, мы никогда не узнали бы, что у Венеры есть свои фазы. Система Птолемея не позволяет Венере занимать положение между Землей и Солнцем, – построение, которое должны принять планеты, чтобы мы могли увидеть фазы Венеры. В рамках гео-гелиоцентрической системы Тихо Браге и системы Коперника, когда Венера располагается между нами и Солнцем, мы едва ли можем видеть ее освещенной, так как большая часть солнечного света падает на противоположную сторону этой планеты. Повернутая к нам сторона планеты полностью залита светом тогда, когда она находится на самом большом расстоянии от нас.

Именно в этом и состояло доказательство, которое наконец-то опровергло древнюю птолемеевскую геоцентрическую модель Вселенной. Однако переход на сторону гелиоцентризма все еще грозил большими неприятностями. Когда Галилей привел доводы в пользу системы Коперника, он вызвал волну гнева со стороны духовенства. Те выступали за систему Тихо Браге, так как она позволяла, с одной стороны, объяснить существование фаз Венеры и в то же время отвечала потребностям религии в идее центрального положения Земли. В 1616 году святая инквизиция объявила идею гелиоцентризма как прямое противопоставление Священному Писанию. А в 1633 году начался суд над Галилеем, которого объявили виновным в ереси. В качестве наказания ученого приговорили к пожизненному домашнему аресту. Галилей провел эти годы за написанием важных книг, посвященных менее противоречивым областям науки, и в 1642 году умер в возрасте семидесяти семи лет. В конце концов церковь была вынуждена оправдать Галилея, но произошло это только в 1992 году!

Галилей также занимался рисованием лунных гор и использовал длину их теней для определения их высоты. Его находки открыли миру лунные горы с более высокими вершинами, чем кто-либо мог ожидать. Будучи первым, кто увидел кольца Сатурна, он описал их как «уши», выпячивающиеся по обеим сторонам планеты. Ему удалось даже увидеть пятна на поверхности Солнца и обнаружить, что наш Млечный Путь представляет собой не просто газообразное облако, а плотное скопление звезд.