Читать книгу "Наука. Величайшие теории. №4. Кеплер. Движение планет. Танцы со звездами - Эдуардо Баттане Лопец"

Материя лунного шара не является водой и землей.

Галилео Галилей

ОТ АРИСТАРХА ДО БРУНО

Первая известная гелиоцентрическая модель принадлежит Аристарху Самосскому (310-230 годы до н.э.). Его концепция основывалась на измерениях, а не только на теоретических выкладках. Астроном знал соотношение расстояний Земля – Солнце и Земля – Луна. Наблюдая лунное затмение, он определил размер спутника и, таким образом, расстояние до него, а затем расстояние до Солнца и его размер. Определив, что Солнце гораздо больше Земли и Луны, ученый предложил ясную и точную гелиоцентрическую модель.

Стоит упомянуть и таких сторонников гелиоцентрической гипотезы в Средние века, как Ибн-Рушд (1126-1198 годы) и его ученик Ал-Битруджи (умер в 1204 году), а также Насир ад-Дин ат- Туси (1201-1274) из Мараги, Персия.

Ранее считалось, что орбиты – это окружности, заключенные в сферы, потому что господствовала аристотелевская идея о том, что круг – самая совершенная фигура. Поскольку в действительности орбиты не круглые, а Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот, геоцентрические модели должны были включать эпициклы и другие усложнения. Круг может быть простой правильной фигурой, но два круга – это уже нечто иное, они нарушают аристотелевские простоту и совершенство. Средневековое описание космоса было очень сложным, и эта сложность привела к тому, что позднее Вольтер вложил в уста Альфонса X фразу: «Если бы Бог захотел со мной посоветоваться о строении Вселенной, я бы подал ему несколько идей». Коперник поддерживал идею о совершенстве круга, из-за чего тоже должен был добавлять в свою модель эпициклы. Так же поступил и Тихо Браге. Кеплер отказался от круга, хотя и продолжал помещать Солнце в центр Вселенной. А Николай Кузанский и Джордано Бруно первыми высказали мысль, что ни Земля, ни Солнце не находятся в центре… потому что центра нет.

Нур Ад-Дин Ал-Битруджи стал первым астрономом после Птолемея, представившим альтернативную космическую модель. Для Ал-Битруджи движение планет объяснялось физическими причинами.

Кеплер заметил и уже знакомые сегодня лунные кратеры с их характерными круглыми краями. Его интерпретация была весьма оригинальной, хотя и шутливой. Кеплер предположил, что Луну населяли селениты. Они были крупнее и сильнее человека, так как должны были переносить дневную жару, которая у них длилась целый месяц. А поскольку сами они были большими, то и все вокруг тоже создавали большим.

Вот селениты и возвели эти огромные круглые стены как защиту от Солнца. Внутренняя часть кратеров использовалась под посевы. Сегодня-то мы знаем, что кратеры – это результат метеоритного дождя, но в те времена представить такое было сложно. Кеплер считал, что Луна состоит из пористого материала, похожего на пемзу, из-за чего ее плотность должна быть низкой. Это вполне соответствовало его теории, что вращение Земли продуцирует магнетическую силу, которая заставляет вращаться Луну. А поскольку скорость вращения обратно пропорциональна массе тела, а Луна вращается быстро, то это означает, что наш спутник имеет невысокую плотность.

Наличие лунного лимба Кеплер интерпретировал как доказательство существования атмосферы. Подтверждало эту догадку и заявление Мёстлина, что он наблюдал на Луне огромное черное облако, вероятно, несущее крупную бурю.

Комментарии Кеплера дальше от реальности, чем предположения Галилея, который в целом скептически относился к мистицизму своего немецкого коллеги. Однако оба они верно объяснили пепельный отсвет на поверхности Луны – это солнечный свет, отраженный от Земли, затем его отражение доходит до Луны, и наблюдатель на Земле видит его повторное отражение. Что касается красноватого цвета Луны во время затмений, то Кеплер считал, что он вызван атмосферным преломлением в земной атмосфере, а Галилей – что это разновидность зари, что-то вроде земных рассветов.

В своей книге Кеплер цитирует Аверроэса (Ибн-Рушда), который придерживался идей, близких к гелиоцентризму.

НЕПОДВИЖНЫЕ ЗВЕЗДЫ

В своих объяснениях космоса Кеплер нередко ошибался. Стоит ли удивляться этому? Ведь ученый делал первые шаги в научном познании Вселенной. Он попытался объяснить природу неподвижных звезд и вызвал жаркие дебаты, касающиеся бесконечности космоса, которая сегодня носит название фотометрического парадокса (парадокса Ольберса) (см. следующий параграф).

Галилей обнаружил, что звезд, называемых неподвижными и наблюдаемых невооруженным глазом, гораздо меньше (примерно 6000), чем тех, которые можно увидеть при помощи телескопа (более 10 ООО). Этот факт снова поднимал вопрос о том, бесконечна ли Вселенная, как предполагали Бруно, Николай Кузанский и Гильберт, или же она конечна, как считали Коперник и Кеплер. Галилей не слишком афишировал свое мнение, ведь всего шесть лет назад Бруно за излишнее свободомыслие был сожжен на костре.

СИЛА РАЗРЕШЕНИЯ

В связи с дифракцией оптический прибор не может показывать изображения с неограниченной точностью. Часто в изображении две близкие точки сливаются в пятна, и возможность их различить зависит от разрешающей способности прибора. Минимальное значение пятна, или дифракционный предел, рассчитывается по формуле:

R = 1,22 λ/D

где лямбда – это длина наблюдаемой волны, D – апертура оптического прибора. Разрешающая способность тем больше, чем меньше угол R. Человеческий глаз со зрачком диаметром 2 мм может наблюдать волны длиной 500 нм и имеет разрешающую способность в 1'. Оптический телескоп диаметром 30 см имеет разрешающую способность примерно 0,5", а профессиональный, диаметром 4 м, 0,01" . Однако разрешение не может расти неограниченно из-за атмосферной турбулентности, которая продуцирует изображения размером примерно 1" в зависимости от места и времени наблюдения. Турбулентность вызывает изменение индекса рефракции, из-за чего изображение звезды расширяется, а его контрастность падает. Для предотвращения подобного эффекта все большие телескопы должны использовать специальные технологии. Так, в оптическом телескопе GRANTECAN (Большой канарский телескоп на острове Ла Пальма) диаметром 10,4 м и с разрешающей способностью 2 х 10-4 минуты дуги применяется адаптивная оптика, в которой подвижное зеркало принимает форму, компенсирующую деформацию изображения. Линза одного из телескопов, построенных Галилеем, имела 33 мм в диаметре, поэтому его разрешающая способность была в 16 раз выше, чем у человеческого глаза, и размер звезды в нем уменьшался, а размер Луны, напротив,увеличивался.

Крупнейший в мире Большой канарский телескоп, находящийся в обсерватории Роке де Лос Мучачос, на острове Ла Пальма.