Расширяя границы Вселенной: История астрономии в задачах

5.48. Идеологи церкви далеко не сразу поняли революционную суть учения Коперника. Отчасти этому способствовало предисловие к книге Коперника, написанное лютеранским богословом Осиандером (см. задачу 5.43). Но со временем «подрывная» роль книги Коперника становилась всё более очевидной.

5.49. В своём «Отречении» Галилей три раза подтвердил своё мнение относительности правильности гелиоцентрического учения. Молва также утверждает, что после отречения он сказал: «А всё‑таки она вертится!». Оказавшись после суда под надзором инквизиции, он продолжал научную работу, а свои труды издавал в других, протестантских странах.

5.50. Речь в письме Кеплера идёт о построении из множества разрозненных наблюдений единой математической модели планетных движений. «Архитектором» этого величественного «сооружения» стал сотрудник и преемник Тихо Браге — сам Кеплер, создавший законы планетных движений.

5.51. В качестве планетных орбит Кеплер опробовал различные замкнутые кривые: эксцентрик (окружность с нецентральным положением Солнца); эллипс с Солнцем, помещённым в центре; различные виды овалов. В конце изысканий он снова обращается к эллипсу, но с Солнцем, помещённым в одном из фокусов.

5.52. Жизнь и творчество Кеплера пришлись на пограничную эпоху между средневековой и современной наукой. Поэтому многие его взгляды были двусмысленными, обременёнными мистикой чисел и архаичными понятиями схоластики: соответствие, симпатия, и т. п. Для Кеплера критериями справедливости научных теорий часто служили абстрактно — математические понятия: гармония, прогрессия, и т. п. Его увлечение астрологией также имеет двусмысленный характер: с одной стороны, он вполне искренне искал числовые соответствия между небесными и земными явлениями, с другой — занимался составлением гороскопов из вполне материальных побуждений, поскольку именно это находило спрос у богатых и властных людей. Но и здесь проявились незаурядные качества Кеплера как настоящего учёного: он не мог бездумно «гнать халтуру», а пытался проанализировать и улучшить прогностические возможности астрологии. В этом смысле и следует понимать его приведённые в задаче слова.

C годами Кеплер окончательно разочаровался в астрологии. Зарабатывая свой скудный хлеб как астролог, Кеплер довольно презрительно отзывался об этом ремесле: «Астрология есть такая вещь, на которую не стоит тратить времени, но люди в своём невежестве думают, что ей должен заниматься математик». Ярмарочное звездочтение было ему не по душе. И всё же в своём поиске мировой гармонии и движущих сил природы Кеплер считал неверным отказ от наблюдений и сопоставлений, накопленных древней наукой. В одном из своих сочинений он предостерегал исследователей, «чтобы они при легкомысленном отбрасывании звездословного суеверия не выбросили ребёнка вместе с водой из ванны». До наших дней продолжается анализ предсказательных возможностей астрологии. Пока никакого «ребёнка» в этой «ванне» не обнаружено — лишь мутная вода.

5.53. Переводчиком книги Ш. Бонне был малоизвестный в то время немецкий профессор физики Иоганн Даниель Тициус фон Виттенберг (1729–1796). Он вставил в текст книги описание обнаруженной им закономерности планетных расстояний без указания своего авторства. И только во втором немецком издании Иоганн Тициус дал свой закон как примечание переводчика. По его мнению, расстояние в 28 единиц (2,8 а.е.) «принадлежит ещё не открытым спутникам Марса». В 1772 г. немецкий астроном Иоганн Элерт Боде (1747–1826), прочитав «Созерцание природы» и изумившись, с какой точностью правило Тициуса описывает истинные расстояния планет от Солнца, привёл его в своей книге «Руководство по изучению звёздного неба», забыв при этом сослаться на автора идеи. Правда, в более поздних изданиях своей книги Боде сделал это (Ньето, 1976, с. 28). В отличие от Тициуса, Боде предположил, что на расстоянии в 2,8 а.е. движется неизвестная «большая планета» и даже, используя закон Кеплера, указал её орбитальный период в 4,5 года.

Иоганн Боде активно пропагандировал правило планетных расстояний. После того, как были открыты Уран (1781 г.) и Церера (1801 г.), прекрасно занявшие свои места согласно этому правилу, оно стало очень популярным и оказалось связано лишь с именем Боде. До недавнего времени правило планетных расстояний именовалось в западных книгах не иначе как «закон Боде». Но в последние десятилетия историческая справедливость восстанавливается, и это правило всё чаще именуют законом Тициуса — Боде.

5.54. Эти слова принадлежат Иоганну Кеплеру. Сходные идеи высказывал и его современник — английский учёный В. Гильберт (1600 г.).

5.55. Исаак Ньютон (1643–1727), английский физик, астроном, математик, основоположник небесной механики, позволившей на основе закона всемирного тяготения определить движение в пространстве тел Солнечной системы. Он открыл дисперсию света, изобрёл телескоп — рефлектор, оказал огромное влияние на развитие астрономии и астрофизики.

5.56. Приведена цитата из работы Роберта Гука «Попытка доказать движение Земли на основе наблюдений» (1674 г.). Гук был замечательным физиком — экспериментатором и интуитивно предполагал существование многих явлений природы и законов физики задолго до их открытия. Например, ещё до Ньютона Гук пришёл к правильному выводу о зависимости силы тяготения от расстояния (1/R²), но не развил эту идею (см.: Боголюбов, 1984).

5.57. Лагранж отмечает более высокую значимость трудов Галилея в области механики по сравнению с его астрономическими открытиями. Однако громадное значение астрономических открытий Галилея не подлежит сомнению. Первые в мире астрономические оптические наблюдения и правильная их интерпретация позволили ему заложить основу современной астрофизики. В исследовании мегамира Галилей фактически продвинулся намного дальше, чем в изучении макромира (механика). Современная астрофизика ведёт своё начало от Галилея.

К решению задачи 5.60. Метод определения высоты атмосферы по высоте сумеречного сегмента.

5.58. Системы, описанные решением Лагранжа, встречаются в природе. Так, астероиды — троянцы движутся по орбите Юпитера двумя группами. Первая группа находится впереди Юпитера на 60°, а вторая группа — настолько же позади. Таким образом, каждая группа вместе с Юпитером и Солнцем, образует устойчивый лагранжев треугольник.

5.59. Ловелл, вслед за Скиапарелли, наблюдал Меркурий днём.

В условиях горной обсерватории это имеет смысл, поскольку ослабление света при большой угловой высоте небесного объекта минимально, а фон неба не очень ярок.

При этом можно исследовать планету не только в периоды наибольших элонгаций, но и на малом угловом удалении от Солнца, когда в календарях указано, что Меркурий невидим на фоне ночного неба.

5.60. Метод определения высоты атмосферы очевиден из приведённого рисунка.

Если не учитывать атмосферную рефракцию и понимать слова Лакайля так, что в указанный момент дуга сумеречного сегмента неба скрылась за горизонтом, то оценка толщины атмосферы с использованием наблюдений Лакайля составляет около 70 км. В рамках метода Кеплера атмосфера считалась однородной и не учитывалось многократное рассеяние солнечного света. По современным данным, толщина нижнего слоя атмосферы — тропосферы, где содержится 80% массы воздуха, составляет около 10–12 км, хотя следы газовой оболочки Земли обнаруживаются и на высотах более 2000 км. В техническом смысле границей атмосферы считают высоты от 80 до 120 км. В целом оценку Лакайля можно считать вполне приемлемой.

5.61. Некоторые динамические параметры — диаметр, масса и, как результат, ускорение свободного падения на поверхности — у Земли значительно ближе к аналогичным параметрам Венеры, чем Марса. Однако период суточного вращения, наклонение оси вращения к плоскости орбиты и, следовательно, характер смены времён года у Земли практически такие же, как у Марса. Этому способствует относительное сходство их атмосфер: высокая прозрачность и близость средних температур. Поэтому современные астрономы, как и В. Гершель, считают, что условия на поверхности Земли ближе всего к условиям Марса. Прежде всего это касается возможности существования воды в трёх фазах — твёрдой, жидкой и газообразной.