Кеплер. Движение планет. Танцы со звездами.

Кеплер и Галилей мыслили совершенно по-разному, поэтому им сложно было понять друг друга. Галилей, в отличие от Кеплера, не смешивал религию и науку и скептически относился к астрологии, а Кеплер предполагал наличие души у планет.

Я всегда считал, что у Кеплера проницательный и свободный ум (возможно, слишком свободный) и совсем не схожий с моим способ мышления.

Галилео Галилей

Очень интересны письма, в которых Галилей рассказывал Кеплеру о своих открытиях. Идея была в том, чтобы коротко сообщить о сделанном прорыве в зашифрованном сообщении и, таким образом, отсрочить его обнародование до того момента, пока не появится полная уверенность в своей правоте, а с другой стороны, эти письма являлись свидетельством об открытии, пусть и зашифрованным. Кеплер никогда так не поступал, ведь он верил, что его открытия прославляют Бога и предназначены для людей, а не для достижения личной славы. Очевидно, что он хотел расшифровать послания Галилея, осознавая их важность, поскольку в письмах были изложены результаты наблюдений через телескоп с тридцатикратным увеличением, который позволял увидеть объекты, недоступные невооруженному глазу, а уж тем более невооруженному глазу Кеплера, который с юности отличался слабым зрением.

Когда Галилей увидел, что Венера имеет фазы, он написал: «Наес inmatura а те jam frustra leguntur, о у», что можно перевести примерно так: «Эти несозревшие мысли, которые пытаются без всякого успеха понять другие, давно уже понял я». На самом деле эта нескромная фраза представляла собой переставленное: «Cynthie figuras emulatur mater amorum»y то есть: «Мать любви (Венера) повторяет фазы Кинфии (Дианы, или Луны)».

Это означает, что Венера, как и Луна, имеет фазы. Кеплер же интерпретировал эти «варварские латинские строки» следующим образом: «Macula ruta in Jove est gyratur mathem, etc.»f что означает: «На Юпитере есть красное пятно, которое вращается математически». С точки зрения наших сегодняшних знаний об этой планете догадка кажется невероятной. Когда Галилей наблюдал кольца Сатурна, которые в его телескопе казались выступами на планете, он написал Кеплеру записку: «Smaisrmilmepoetalevmibvnenvgttaviras». Галилей хотел сказать: «Altissimum planetam tergeminum observavi», то есть: «Я увидел, что самая отдаленная планета существует в трех формах».

Кеплер же расшифровал послание так: «Salve unbistineum geminatum Martia proles», что означает: «Здравствуйте, пламенные близнецы, потомки Марса». Эта интерпретация тем более удивительна, что Марс действительно имеет два спутника, Фобос и Деймос, которые были обнаружены Асафом Холлом (1859-1892) в 1877 году

Меркурий и Венера, две из четырех внутренних планет, имеют фазы, как показывает рисунок внизу, на котором можно наблюдать относительные положения Венеры и Марса. Для названия положений планет используется старая, но все еще действующая терминология. Речь идет о «соединении», когда планета и Солнце находятся приблизительно на одной линии. В случае если речь идет о «нижнем соединении», происходит парад планет за солнечным диском. Галилей отметил, что фазы Венеры и фазы Меркурия случаются в положениях максимальной «элонгации на восток» (вечерняя звезда) и максимальной «элонгации на запад» (утренняя звезда). Элонгацией называется угол «планета – Земля – Солнце», видимый с Земли. Рисунок показывает, что Венера не может находиться в квадратуре (элонгация на 90°) и что лучшее время для наблюдения за Марсом – когда он находится в оппозиции.

Относительные положения Венеры и Марса.

Кеплер проводил важные исследования в области оптики, итоги которых были подведены в двух фундаментальных произведениях. Одно из них, опубликованное в 1604 году, называлось Astronomiae pars optica: «Оптика в астрономии», или просто «Оптика». Полное название работы – Ad vitellionem paralipomena, quipus astronomiae pars optica traditur («Дополнения к Витело, рассказывающие об оптической стороне астрономии»). Эта книга коренным образом повлияла на развитие современной оптики. Витело (ок. 1230 – ок. 1280) написал трактат об оптике, основанный на работе Ибн ал-Хайсама (965-1040), ученого, очень известного в Европе. Другая работа Кеплера – «Диоптрика» (Dioptrice), была опубликована в 1610 году, когда Кеплер занимал пост придворного математика в Праге.

На занятия оптикой Кеплера натолкнуло явление атмосферного преломления. Атмосфера преломляет свет, и этот эффект становится более заметным, когда звезда или планета находятся вблизи горизонта. Так как свет следует по криволинейной траектории, можно наблюдать уже зашедшую звезду, которая в действительности находится ниже линии горизонта. Этот эффект не имеет большого практического значения, но его необходимо учитывать, если требуется точность наблюдений.

Например, при заходе Солнца из-за преломления мы видим не его реальное положение, а угловое смещение на расстояние, равное диаметру светила. Таким образом, из-за преломления звезду, находящуюся рядом с горизонтом, мы видим с погрешностью примерно 30'. Это заметил еще Тихо Браге и разработал корректирующие таблицы. Он думал, что такие таблицы должны отличаться для Солнца, Луны и других небесных тел. В частности, из-за преломления очень сильно деформируется орбита Меркурия, поскольку эту планету можно наблюдать только вблизи линии горизонта.

Признавая важность преломления, Кеплер заинтересовался оптикой и вскоре написал книгу о геометрической оптике, которая с небольшими изменениями может использоваться даже в наши дни. Так, изображения в современных изданиях о траектории лучей сегодня являются репродукциями кеплеровских рисунков.

Еще более серьезные погрешности в определение положения планет может вносить деформация орбит. Солнце, например, находится от нас в восьми световых минутах, поэтому на самом деле мы видим его там, где оно находилось 8 минут назад, и это равно погрешности в 2°. Для Солнца это не столь важно, но для такой планеты, как Марс, считал Кеплер, погрешность может достигать от 4 до 20 а. е., а это довольно много (в то время еще не знали, что свет имеет конечную скорость).

Кеплер заинтересовался эффектом проекции изображений через камеру с перфорированной стороной и искривлениями, продуцируемыми разными типами линз, плоскими и искривленными зеркалами (двояковыпуклыми или двояковогнутыми). Им были введены концепции реального изображения, виртуального, прямого и перевернутого, увеличения, фокальной плоскости и так далее.

Также ученый занимался очками для близоруких и дальнозорких людей и установил механизм инстинктивного параллакса, который использует наш мозг для определения относительно малых расстояний.

Кеплер не был знаком с законом Снеллиуса – Декарта о преломлении, но использовал коэффициент пропорциональности между второстепенным и преломленным углами, полученный экспериментально. Одна из главных заслуг исследователя состоит в том, что он изучал работу человеческого глаза, основываясь на перевернутом изображении, которое формируется в сетчатке.

Обе книги Кеплера уникальны, они в основном посвящены астрономии. Однако они не лишены метанаучных рассуждений, которые постоянно кипели в голове их автора. Ученый хотел сформулировать свойства света, пытаясь понять замысел Бога, который создал свет для того, чтобы люди пользовались им и наслаждались всеми его цветами. При этом основываясь на соображениях, малоприемлемых сегодня и практически неприемлемых для его современников, Кеплер пришел к правильному выводу, что свет рассеивается пропорционально обратному квадрату расстояния.