Фактически, Аристарх Самосский - Самос был островом около Турции - разработал форму гелиоцентрической системы мира еще примерно в 200 году до н.э. Другие древние цивилизации, в том числе различные мусульманские ученые в 11-м веке, сохраняли одни и те же убеждения, которые построены на работе Аристарха и европейских ученых в Средневековой Европе.
В 16-м веке астроном Николай Коперник изобрел свою версию гелиоцентрической системы мира. Как и другие до него, Коперник опирался на работу Аристарха, упоминая греческого астронома в своих заметках. Теория Коперника стала настолько известной, что когда большинство людей обсуждают гелиоцентрическую теорию в наши дни, они ссылаются на модель Коперника. Коперник опубликовал свою теорию в своей книге "О вращении небесных сфер" . Коперник поместил Землю в качестве третьей планеты от Солнца, и в его модели обращается вокруг Земли, а не Солнца. Коперник также выдвинул гипотезу, что звезды не движутся по орбитам вокруг Земли; Земля вращается вокруг своей оси, что заставляет звезды выглядеть, как будто они движутся по небу. Через применение геометрии он смог превратить гелиоцентрическую систему мира из философской гипотезы в теорию, которая проделала очень хорошую работу, прогнозируя движение планет и других небесных тел.
Единственная проблема, стоявшая перед гелиоцентрической системой мира, была в том, что Римская Католическая Церковь, очень могущественная организация во времена Коперника, считала ее еретической. Это возможно было одной из причин, почему Коперник не публиковал свою теорию до тех пор, пока он не был на смертном одре. После смерти Коперника Римская Католическая Церковь работала еще усерднее, чтобы подавить гелиоцентрическую точку зрения. Церковь арестовала Галилео за поддержку еретической гелиоцентрической модели и держала его под домашним арестом в течение последних восьми лет его жизни. Примерно в то же время, когда Галилео создал телескоп, астроном Иоганн Кеплер совершенствовал гелиоцентрическую систему мира и пытался доказать ее с помощью вычислений.
Хотя ее прогресс был медленным, гелиоцентрическая система мира наконец заменила геоцентрическую систему мира. Хотя появилось новое доказательство, некоторые начали задавать вопросы, на самом ли деле Солнце являлось центром Вселенной. Солнце не было геометрическим центром орбит планет, а центр гравитации тоже не совсем в центре Солнца. То, что это означает, хотя дети в школах учат, что гелиоцентризм - это правильная модель вселенной, астрономы используют и тот и другой вид Вселенной в зависимости от того, что они изучают, и какая теория делает их вычисления более простыми.
О том, как устроено окружающее пространство, человечество задумывалось столько времени, сколько человек смотрит в небо. В прежние времена люди были уверены, что мир вращается вокруг них, и такая система называлась геоцентрической. Со временем астрономы получили гораздо больший объем информации, позволивший выяснить, что наша планета вращается вокруг Солнца. Это дало старт господству новой теории - гелиоцентрической. Впрочем, как показывают опросы, и по сей день есть приверженцы не только нового взгляда на мир, но и бытовавшего в прежние столетия. В чем особенности каждой из теорий? Попробуем разобраться повнимательнее. Зная, в чем основное отличие гелиоцентрической системы мира, можно расширить свой кругозор, получить общее представление о его устройстве.
В центре - Гея
В прежние столетия люди были убеждены, что центром всего сущего является та земля, на которой они проживают. Так как земля в греческой мифологи связывалась с богиней Геей, то и наименование эта теория получила соответствующее - геоцентрическая. Она характеризуется начальной точкой отчета координат - ею является наша планета. В прежние времена предполагали, что во Вселенной наша Земля неподвижна, спокойна, является центральной точкой, вокруг которой вращаются элементы космоса.
Разбираясь, какая система мира названа геоцентрической, важно отметить не только факт наличия отсчетной точки для системы координат в нашей планете. Эта теория задавала и порядок расположения небесных тел. Первой по счету в тот период шла Луна, за ней следовала наша главная звезда - Солнце. Далее по удалению считались Марс и Юпитер, Сатурн. На заднем плане были все остальные звезды. Впрочем, разбираясь с тем, чем отличается геоцентрическая система мира от гелиоцентрической, необходимо отметить неоднородность мнений в прежние времена касательно порядка расположения небесных тел в пространстве. В будущем, когда Коперник предложит свой вариант, все встанет на свои места, но в Древней Греции довольно часто астрономы спорили между собой относительно размещения Венеры, Меркурия. По мнению Платона, эти тела следовали за Солнцем, а вот Птолемей доказывал, что они располагаются между двумя главными небесными телами, видимыми на нашем небе: Луной и Солнцем.
Исторические предпосылки
Когда современные ученые проводили сравнение геоцентрической и гелиоцентрической систем мира, полученная в ходе анализа информация позволила предположить, что в Древнем Вавилоне астрономы имели довольно точное представление о том, что Земля на самом деле вращается вокруг Солнца. Правда, окончательного подтверждения эта теория в настоящие дни не имеет, так как дошедшие до наших дней данные довольно обрывочные, неполные. В ходе научного сравнения геоцентрической и гелиоцентрической систем мира удалось обнаружить такие таблички, сохранившиеся от вавилонян, на которых (по мнению ряда современных учёных) отображена картина мира, какой она представлялась в тот период развития человечества в той области очагов цивилизации. К сожалению, в силу древности этих материалов, их расшифровка представляет собой очень сложную задачу.
Очень много интересной информации можно извлечь из анализа мифологии Древнего Египта. Это огромный пласт информации, сохранившийся до наших дней в довольно полной форме. Разбираясь, кто первым вник в суть гелиоцентрической системы мира, иные ученые предлагают считать таковыми именно древних египтян. Как известно, бог солнца в мифологии этого народа был центральным, главным - отцом прочих божественных созданий. Гелиополис, о котором рассказывают древнеегипетские мифы, был образован из солнечного Ра и его восьми потомков. В этом прослеживается определенная связь со строением Солнечной системы, официально открытым гораздо позже.
Мифология и наука
При анализе того, чем отличается геоцентрическая система мира от гелиоцентрической, важно обратить внимание на все ключевые особенности египетской мифологии, бытовавшие в прежние времена, ведь именно в них отражалось представление широких масс об устройстве окружающего пространства. В частности, бытовало представление о том, что мир создан восемью богами, четверо из которых были мужского пола, а остальная четверка - женского. Одна пара представляла собой воду, другая - тьму, третья пара - бесконечное пространство. А вот четвертая постоянно менялась. В четвертом египетском царстве она прочно установилась из божеств, которые отвечали за воздух, невидимость. Бытовало представление о том, что именно эти боги породили Солнце, давшее тепло и свет миру и сделавшее возможным творение.
Кстати говоря, школьный курс математики, как ни странно, довольно близок по своей сути к геоцентрической теории мира в том представлении, которое было характерно для Древней Греции.
Теория развивается
Несмотря на то что в школьном курсе истории и астрономии на вопрос о том, кто предложил гелиоцентрическую систему мира, обычно отвечают «Коперник», в реальности, как предполагают ученые, такое предложение было выдвинуто гораздо раньше Аристархом Самосским. Этот древнегреческий ученый жил в третьем веке до нашей эры. Он рассматривал особенности движения Солнца по небосводу и на основании собранных данных предположил, что Земля и Солнце находятся друг от друга довольно близко, особенно в сравнении с расстоянием, отделяющим эти тела от прочих звезд. В будущем астрономы подтвердили, что это предположение абсолютно верно. Также именно в тот период, в третьем столетии до нашей эры, удалось выявить, что Земля значительно меньше по размеру, нежели Солнце. Фактически именно Аристарх Самосский был тем, кто открыл гелиоцентрическую систему мира.
С течением времени астрономия развивалась. Получение новой информации об окружающей нас Вселенной требовало новых подходов к объяснению обнаруженных фактов. В частности, нужно было разработать теорию, которая бы описывала передвижение небесных тел достаточно точно. Сейчас уже нельзя сказать точно, кто создал геоцентрическую систему мира, зато доподлинно известно, кто вложил серьезный вклад в продвижение гелиоцентрической теории - тот самый Николай Коперник, живший в шестнадцатом столетии и оказавший очень сильное влияние не только на астрономию, но и на многие другие науки.
Шаг вперёд
Не секрет, что в Средневековье (во многом под влиянием церковных представлений об устройстве мира) преобладала геоцентрическая система мира, и гелиоцентрическая, когда Коперник предложил ее рассмотреть всерьёз, показалась многим ересью, направленной против господствующей религии. По крайней мере именно так ситуация сложилась в европейских государствах.
В настоящее время какую систему мира называют гелиоцентрической? Ту, которую предложил Коперник, а его работы основывались не только на наблюдении за небом, но и на тщательном анализе данных, собранных еще Птолемеем. Кроме того, европейский учёный особенное внимание обратил на работы различных философов древнего времени, математиков, специалистов по астрономии. Это позволило ему систематизировать достаточно большой объем информации для подтверждения факта того, что гелиоцентрическая система гораздо более точная.
И все же общество, убежденное в правоте бытовавшей несколько столетий теории, не согласилось с утверждениями Коперника. Так сложилось, что в этот период геоцентрическая и гелиоцентрическая системы мира были в применении одновременно: одна считалась официально более точной, а вторая - применимой на практике, так как позволяла упростить расчеты математиков.
Наука не стоит на месте
Если кратко: геоцентрическая и гелиоцентрическая системы мира отличаются в первую очередь точкой, которую необходимо считать началом координат. В одном варианте это должна быть наша планета, в другом следует брать за центр расчета для нашей системы Солнце как главную звезду, вокруг которой и вращается близкий к нам сектор Вселенной. Но фактически различия этих теорий более глубокие. В шестнадцатом столетии общество оказалось не готово пересматривать свои взгляды на строение окружающего пространства, но первые зерна были, как говорится, брошены в почву, и ученые разных стран прислушались к доводам Коперника.
Время возникновения геоцентрической и гелиоцентрической системы мира, конечно, отличается очень сильно: первая существует столько, сколько человек задумывается над устройством Вселенной, а вторая появилась гораздо позже, а в широкое употребление вошла и вовсе относительно недавно - лишь несколько столетий тому назад. Существенный вклад в это внес в шестнадцатом веке датский ученый Тихо Браге. Так сложилось, что идея Коперника (по его мнению) было некорректной, а истина лежала где-то посередине. Поэтому Браге предложил компромисс: геоцентрическая и гелиоцентрическая системы мира в его теории слились в одно целое. Браге сформулировал следующий вариант: Земля неподвижна и вокруг нее вращаются звезды, Луна и Солнце, а вот кометы и иные планеты совершают свое движение по орбитам, центр которых - именно Солнце. Для математиков такая модель по сути были аналогичной коперниковской, зато при компромиссном подходе геоцентрическая и гелиоцентрическая системы мира удовлетворяли требованиям религии, не вызывали протеста у инквизиции.
Медленно, но верно
В настоящее время, если кого-нибудь попросят: «Пожалуйста, опишите геоцентрическую и гелиоцентрическую системы мира», человек может смело рассказать оба варианта и выразить свое мнение относительно того, какую из теорий необходимо считать корректной и точной. А вот еще несколько столетий тому назад можно было выразить свое согласие только с теорией, ставившей в центр Землю, а также с компромиссной моделью, предложенной Браге.
И все же определённый шаг вперёд был сделан, когда общество приняло эту модель, которую прозвали «легальной системой Коперника». Это стало одним из кирпичиков фундамента, на котором в будущем работал Ньютон, формулируя законы динамики. Когда удалось открыть закон всемирного тяготения, стало ясно, что геоцентризм - это пережиток прошлого.
В настоящее время официальная теория гласит, что солнце - центр вращательного движения Земли и других планет. И все же опросы широких слоев населения, проведенные несколько лет назад, показали, что и по сей день есть люди, придерживающиеся бытовавших несколько веков назад взглядов. Такие есть и в нашей стране, и за границей: едва ли не треть населения планеты считает, что именно Земля - центр Вселенной.
Те, кто создавал представление о мире: Птолемей
Клавдий Птолемей сыграл очень важную роль как для общества своего времени, так и для поздних веков, так как его работы во многом стали базисом для фундаментальных исследований в будущем. Птолемей принадлежал к эпохе позднего эллинизма, занимался географией, математикой и астрономией. Ученый жил во втором веке нашей эры. Как его личность, так и его труды в истории - довольно своеобразная тема. Так, в работах современников о нем никакого упоминания. Предполагается, что этот ученый родился приблизительно в то же время, что и Гален, но никаких точных данных об этом нет.
А вот сочинения за авторством Птолемея дошли до потомков и высоко были ими оценены - не только в эпоху становления наук и Средневековья, но и в наши дни. Самая известная работа александрийского ученого носит название «Альмагест». Ее не раз переводили на разные языки: сирийский, санскрит. Птолемей был переведён и на арабские языки, и на латынь, а затем на различные европейские - от английского до русского. Именно «Альмагест» до семнадцатого века считался наиболее значимым классическим астрономическим трудом, его использовали в качестве учебника.
Птолемей: система мира
Одна из ключевых заслуг Птолемея - разработка геоцентрической системы мира и фиксация основных догматов этой теории в официальной документации. Конечно, представление о том, что мир вращается вокруг Земли, бытовало и ранее, но именно Птолемей смог систематизировать и опубликовать основные постулаты этого предположения, а также сформулировать порядок вращения небесных тел вокруг нашей планеты. Из его теории следует, что пяти планетам свойственны собственные эпициклы, вращающиеся вокруг Земли по деферентам.
Эта теория была основной до тех пор, пока Коперник не смог выдвинуть собственное предположение о взгляде на мир, совершив буквально научную революцию. В то же время большая часть известных нам эскизов - это не точное изображение Вселенной по Птолемею, а лишь приблизительные рисунки, отражающие основные постулаты теории. Так, в его идее было указание на факт того, что центральные точки деферентов и Земля не совпадали, а эпициклы и точное положение в пространстве небесных тел частично определялись положением Солнца. Также Птолемей, описывая движение небесных тел, обращал внимание, что есть другие круги, не только эпициклы, и они также влияют на траектории.
Новое прорастает из старого
Доподлинно известно, что при создании своей системы мира Коперник, Кеплер использовали информацию, доступную из работ Птолемея, но преобразовали ее таким образом, что в центре вместо Земли оказалось Солнце. При этом Коперник применял предложенный Птолемеем математический аппарат, а вот Кеплер им пренебрег, хотя использовал птолемеевские построения для отражения орбит перемещения небесных тел. В то же время Коперник прибег к опыту и других ученых, с давних пор предполагавших, что в центре нашего мира расположено именно Солнце, а не Земля. Официальное изложение на бумаге впервые увидело свет только в 1543 году.
Обновленное представление об устройстве мира позволило оставить в прошлом довольно противоречивую систему Птолемея, основанную на многочисленных допущениях. Коперник сформулировал объяснения различных астрономических фактов, прибегая к одной точке зрения, и создал принцип научного исследования, задавший направление для развития научного сообщества на долгие годы. При этом, как утверждал Коперник, видимое человеку не обязано быть реально происходящим. Учение, созданное им, позволило отказаться от представления о делении на порочное земное и чистое небесное. Он сказал, что Земля - это самая обычная планета, такая же, как и все другие. Именно поэтому теория Коперника вызвала такое резкое неприятие у религиозных деятелей.
Имена и лица
Имя Джордано Бруно - еще одно из ключевых, позволивших научному сообществу составить корректное представление о положении Земли во Вселенной. Бруно сформулировал идею бесконечности Вселенной и отождествил Солнце с иными звездами. Именно он предположил, что есть несколько населённых жизнью миров.
Идеи Коперника окончательно утвердились как корректные, когда свои исследования опубликовали Кеплер, Галилей. Первый начал работу, основываясь на достигнутых Браге успехах, в том числе получил от него огромный свод информации о движениях Марса. Проанализировав информацию, учёный смог сформулировать законы передвижения небесных тел. Именно тогда стало ясно, что движение планет происходит по траектории в форме эллипса, при этом скорость не остается постоянной на всех участках орбиты. Это окончательно оставило в прошлом те допущения, на которых базировалась идея Птолемея, и теорию Коперника удалось улучшить, сделать более точной, применимой к реальности.
А с 1610 наблюдениями за ночным небом стал заниматься Галилео Галилей, чье имя в курсе истории астрономии и физики обязательно проходят в любой школьной программе. Именно этот выдающийся ученый выявил, что есть очень много звезд, различить которые без увеличения невозможно. Стало ясно, что Млечный Путь сформирован огромным количеством слабых звезд, которые для наблюдателя с поверхности нашей планеты кажутся единым объектом - полосой тумана. При наблюдении через телескоп удалось увидеть диски звезд, отраженное свечение Венеры и горы на Луне, спутники Юпитера, вращающиеся вокруг своей планеты. Все зафиксированное оказалось мощным подтверждением идеи Коперника о гелиоцентризме.
Вплоть до конца XVI в. физическим фундаментом представлений об устройстве мира в целом оставалась древняя физика Аристотеля. Продолжали господствовать представления не только о принципиальном различии материи, из которой состоят земные, «подлунные» тела, и той, которая образует тела небесные (невесомые эфирные). Принципиально различными считались и сами физические законы в подлунном и надлунном мирах. Физика же все еще практически сводилась к механике (статике и кинематике). Движения еще разделялись на «естественные» и «насильственные» (первые - это якобы прирожденные движения легких тел вверх, а тяжелых - вниз - для подлунного мира и круговые, вечные - для невесомых небесных тел). Относительно вторых считалось, что они совершаются лишь при непрерывном воздействии на тело внешней механической силы.
Такая физическая картина сложилась на основе грубого повседневного опыта и чисто умозрительных заключений. Несмотря на критику механических воззрений Аристотеля со стороны отдельных философов (Иоанном Филопоном, Буриданом), в период господства геоцентрического мировоззрения, по сути, не было достаточно прочной опоры для такой критики ввиду явно выделенного положения и состояния Земли во Вселенной. Понятие же о точном научном эксперименте еще не существовало: он не отличался от житейского наблюдения и опыта.
Совсем иная обстановка создалась с появлением гелиоцентрической концепции Коперника. Уже одно то, что Земля оказывалась обычной планетой, заставляло усомниться в физике Аристотеля в целом и с большим вниманием отнестись к критическим замечаниям о его механике. Возник серьезный стимул для непосредственной проверки законов механики на Земле, т. е. к развитию эксперимента. Результатом этого стало крушение всей физической картины мира Аристотеля и прежде всего его механики. Начало этого великого переворота в механике связано с именем великого итальянского физика и астронома Галилео Галилея (1564-1642) - одного из основателен современного теоретико-экспериментального естествознания. Ему же принадлежит и не менее великая заслуга получения первых наблюдательных свидетельств в пользу справедливости гелиоцентрической планетной теории Коперника.
В 90-е г. XVI в. Галилей начал наступление на всю безнадежно устаревшую, ко все еще принимавшуюся на веру физику Аристотеля, на геоцентрическую систему мира Птолемея, ставшую опорой религии, на традиционную схоластическую науку, унаследованную от средневековья. В механике Галилей заложил основы современной кинематики, законы которой он вывел в результате специально поставленных экспериментов. Сравнивая движение тел по наклонной плоскости с их свободным падением, он установил одинаковый характер обоих движений и открыл законы свободного падения тел (в частности, независимость скорости его от веса тела), установил законы качания маятника и построил теорию равномерно ускоренного движения. Галилей ввел, таким образом, в «земную» механику движения количественный эксперимент и математическое описание явлений. Такой подход в корне отличался от чисто качественных методов научного исследования в средние века.
Более того, Галилей тем самым заложил основы будущего научного метода изучения природы, который заключается в количественном анализе наблюдаемых частных явлений и обобщении их в виде установления общего закона. Из такого подхода развился в дальнейшем индуктивный метод познания природы: от частного к общему.
Единственное, в чем Галилей остался аристотелианцем в физике, было его представление об инерциальном (бессиловом) движении как о движении круговом (таким он продолжал считать движение небесных тел и после открытий Кеплера).
С именем Галилея связано не только открытие основных законов равномерно-переменного и ряда более сложных видов движения, но и установление основных понятий кинематики и динамики и открытие общего принципа классической механики (принцип относительности Галилея). Исследования его в механике, которые он сам считал основными в своей деятельности, в значительной степени определили дальнейшее развитие этой науки и, наряду с законами Кеплера, легли в основу классической ньютоновской физики и физической картины мира.
Но в той грандиозной ломке мировоззрение в области естествознания, которая началась в эпоху позднего Возрождения (XVI-XVII вв.), первостепенную роль сыгралb прежде всего собственные астрономические открытия Галилея с помощью введенных им в астрономию новых способов наблюдения и, главное, защита на этой основе учения Коперника.
Аристотелево учение об идеальности, вечности и неизменности небесных тел, птолемеева система мира с неподвижной Землей в центре Вселенной - все это превратилось ко времени Галилея в предмет слепой веры. Новое же гелиоцентрическое учение Коперника все еще оставалось гипотезой, не только не подтвержденной, ко отчасти противоречившей наблюдениям того времени (у звезд не наблюдалось параллактических годичных смещений). Во времена Галилея даже тех немногих, кто начинал склоняться к признанию гелиоцентрической системы, хотя бы по причине ее большей простоты и логичности, мог смущать удивительный факт, что лишь у нашей Земли имеется спутник - Луна. Это все еще выделяло Землю уже в планетной системе.
Астрономические исследования Галилея изложены в его знаменитом «Звездном вестнике» (1610), в не менее знаменитом письме «О солнечных пятнах» (1613) к его ученику Б. Кастелли и в основном астрономическом сочинении Галилея «Диалог о двух главнейших системах мира, птолемеевой и коперниковой» (1632). В «Звездном вестнике» он описал, кроме того, историю создания своего телескопа . Осенью того же года Галилей и почти одновременно с ним С. Мариус и Т. Гарриот первыми использовали оптический инструмент для наблюдения неба. Однако по качеству своего инструмента, систематичности и результатам наблюдений и, главное, глубине их интерпретации Галилей сразу и намного опередил своих современников. Под влиянием его удивительных результатов, изложенных в «Звездном вестнике», и другие начали систематическое изучение неба с телескопом. Поэтому можно утверждать, что именно с астрономических наблюдений и исследований Галилея начинается новая, оптическая эра наблюдательной астрономии.
Несмотря на нечеткость первых изображений (главным образом, по причине хроматической аберрации), телескоп Галилея колоссально расширил пределы наблюдаемой Вселенной и впервые подтвердил некоторые гениальные догадки древнегреческих натурфилософов. Так, в бледных облаках Млечного Пути он обнаружил огромные скопища звезд, подтвердив мысль об этом Демокрита. Галилей первым отметил как в самой полосе Млечного Пути, так и в других частях неба существование скоплений звезд, которые простому глазу представлялись маленькими туманными пятнами (Ясли в созвездии Рака, скопление возле звезды λ Ориона; такие пятна, или «туманные звезды», со времен Птолемея считали более плотными частями твердой небесной сферы, якобы отражавшими солнечные лучи). Галилей первым сделал обоснованный наблюдениями вывод о звездном составе подобных «туманностей».
Таким образом, впервые в истории астрономии было показано, что путем прямых наблюдений можно изучать не только движение светил, но также строение и состав космических объектов и что с улучшением наблюдательных средств наши представления о Вселенной могут в корне меняться.
К первым заключениям Галилея о звездной природе светлых туманностей (которых ко времени изобретения телескопа было отмечено около двух десятков) восходит концепция островных вселенных.
В то время как отдельные светлые туманности и некоторые пятна света в Млечном Пути разлагались при наблюдении в телескоп Галилея на звезды, другие, гораздо более обширные области Млечного Пути при этом продолжали сиять непрерывным млечным, или жемчужным, светом. Это послужило для Галилея реальным свидетельством колоссальности масштабов мира звезд. К такому выводу его приводили и другие наблюдения. Галилей заметил, что в отличие от планет, которые в поле зрения его телескопа имели вид кружков, звезды всегда оставались точкам, лишь увеличиваясь в яркости. Это было новым доводом в пользу безмерной удаленности звезд и таким образом подкрепляло мнение Коперника о причине ненаблюдаемости параллактических смещений у звезд (восходящее к Аристарху). В своем письме к Ф. Инголи (1624) Галилей окончательно отверг представление о расположении звезд на одной (хотя бы и чрезвычайно удаленной) сфере (вернее, в тонком сферическом слое), как это со времен Аристотеля принималось большинством (в том числе, например, и Кеплером). Но в целом мир звезд все еще оставался за пределами возможностей исследования. Свое внимание Галилей сосредоточил на открытиях, сделанных им в мире планет.
Эти наблюдения, напротив, впервые «приблизили» небесный мир к земному, обнаружив первые свидетельства принципиального единства физической природы Земли и планет и развенчав аристотелевы представления об идеально круглых и гладких небесных телах. О поверхности Луны Галилей писал, что она является «наоборот, неровной, шероховатой, покрытой впадинами и возвышениями, совершенно так же, как и поверхность Земли, которая то здесь, то там отмечается горными хребтами и глубокими долинами». Он впервые оценил высоту лунных гор (около 7 км, что близко к современным оценкам, правда, крутизна их оказалась оптическим эффектом) и отметил их особую, кольцевую форму (цирки).
Сама интерпретация астрономических наблюдений Галилея была в значительной мере следствием революционной идеи гелиоцентризма, так как последний предполагал равноправие Земли и планет (включая Луну). Рассматривая Луну также в телескоп, но не опираясь на идею гелиоцентризма, Гарриот, как уже упоминалось, лишь сравнил ее с... тортом, а противники Галилея были убеждены, что вся картина возникает из-за различий степени темноты и окраски разных частей гладкого шара Луны, либо даже предполагали, что наблюдаемые неровности, хотя и существуют, но находятся внутри слоя прозрачного твердого вещества, образующего идеально гладкую сферическую поверхность Луны.
Ко времени наблюдений Галилеем Солнца догма об особом мире совершенных небесных тел была поколеблена и открытием солнечных пятен. Первым в июне 1611 г. опубликовал сообщение об этом открытии, сделанном в марте того же года, Й. Фабрициус (1587-1616). Он убедительно показал, что обнаруженные им три пятна на солнечном диске принадлежат телу самого светила (которое он, как и другие в его время, считал твердым). По видимому перемещению пятен он впервые открыл вращение Солнца и оценил его период (около месяца). Позднее - в 1613 г. - появилось сообщение о наблюдении их Галилеем еще в июле - августе 1610 г. В декабре 1610 г. солнечные пятна независимо открыл и Гарриот, но этот факт стал известен много позднее. В 1612 г. появилось сообщение Х. Шейнера о наблюдении пятен в марте 1611 г., но он не понял природы явления, приняв пятна за более близкие к Солнцу планеты (повторив ошибку Кеплера). Дело в том, что раньше всех из европейских ученых солнечное пятно наблюдал на экране в камере-обскуре Кеплер (1607 г.), но принял его за Меркурий. Окончательному утверждению мнения о пятнах как детали солнечной поверхности способствовало открытие Галилеем реальных и довольно быстрых изменений формы пятен (помимо их сплющивания на краю диска за счет перспективы, что открыл уже Фабрициус). Новой физической деталью на Солнце были открытые Галилеем в 1612 г. маленькие яркие образования (очевидно, факелы), которые уже нельзя было спутать с посторонними телами и по которым Галилей подтвердил вращение Солнца. Темные же пятна он считал облаками в солнечной атмосфере.
Еще большее впечатление произвело открытие Галилеем спутников у Юпитера и фаз у Венеры. Уже во время первых наблюдений в 1610 г. он убедился, что обнаруженные им близ Юпитера четыре маленькие звездочки, расположенные на одной прямой, изменяют свое положение относительно планеты. Продолжив наблюдения, он установил периодичность в движении этих «звездочек» и тем доказал, что это спутники планеты.
Рассматривая в телескоп Сатурн, Галилей заметил по бокам его диска странные выступы. Он также принял их за два спутника планеты, очень близких к ней. Поскольку явление все еще оставалось для него загадочным, то о своем открытии Галилей сообщил в виде анаграммы - набора букв, составлявших после правильной их расстановки фразу: «Высочайшую планету тройною наблюдал». Но его предположение оправдалось не буквально. Таинственные выступы оказались знаменитым кольцом планеты, существование которого (в 1656 г.) установил Х. Гюйгенс. Только спустя еще два века было открыто, что это колоссальная и сложная по своей структуре система маленьких спутников Сатурна (которые, впрочем, далеко не исчерпывают собой состав колец).
Среди всех своих астрономических открытий наиболее значительным Галилей считал обнаружение спутников у Юпитера. В их достоверности он особенно стремился «убедить всех астрономов и философов». Это было нелегко. И не только из-за недоверия многих к открытиям Галилея по мировоззренческим соображениям. Первые телескопы давали очень плохие изображения, не сильно искаженные за счет сферической и главным образом хроматической аберрации. «Случайный», да еще предубежденный наблюдатель, взглянувши на небо в такой телескоп, вполне мог увидеть там лишь радужные дрожащие размытые пятна.
Впервые за всю историю цивилизации были обнаружены новые подвижные небесные тела (наименование «спутники» ввел Кеплер), которые обращались явно вокруг другой, уже известной планеты. Луна перестала быть исключением в системе Коперника, а Земля - единственным центром, вокруг которого должны были,
согласно Птолемею (а вернее, Аристотелю), обращаться все небесные тела. И все же это открытие было лишь косвенным подтверждением системы Коперника. Следующее телескопическое открытие Галилея - обнаружение в декабре 1610 г. у планеты Венеры фаз, как у Луны, в том числе и «полной Венеры», явилось первым неопровержимым аргументом, показывавшим несостоятельность системы Птолемея, в которой Венера, будучи нижней планетой, не могла оказываться в фазе «полновенерия». Правда, открытие это еще не позволяло сделать выбор между системами Коперника и Тихо Браге. Но поскольку вместе с кинематической схемой Коперника в астрономию вошел и принцип «экономии причин», то при явном опровержении птолемеевой системы шансов на победу стало больше именно у системы Коперника.
Однако открыто провозгласить это в Италии начала XVII в. - значило повторить трагическую судьбу Джордано Бруно. Поэтому необходимо было убедить в своей «благонамеренности» католическую церковь. Между тем «Звездный вестник» - небольшое сочинение, в котором Галилей изложил свои телескопические открытия, и еще более «Письмо о солнечных пятнах», где он утверждал первостепенную роль чувственного опыта в исследовании окружающего мира, вызвали резкие нападки на ученого и обвинения его в отступлении от Священного Писания. Вся дальнейшая жизнь Галилея была связана с неоднократными поездками в Рим для объяснений с папой, высшим духовенством, со «святой инквизицией». И ни огромный научный авторитет, ни близкое знакомство с кардиналом Барберини (позже - папа Урбан VII), ни даже искренняя преданность Галилея католической церкви, в чем у Рима не было сомнения, не спасли гениального ученого от суда инквизиции.
Опубликование самих астрономических открытий не вызвало еще тревоги и даже нашло признание у высоких духовных сановников, вопреки нападкам научных противников Галилея и разного рода доносчиков. Несмотря на официальный запрет в 1616 г. пропаганды системы Коперника, у Галилея все еще сохранялась иллюзия приемлемости его взглядов для католической церкви. Их изложение в осторожной форме было даже официально разрешено ученому. Система Коперника должна была при этом представляться лишь как одна из возможных и абстрактных математических теорий. Опубликование «Диалога» разрушило иллюзии и у Галилея в отношении терпимости церкви к его воззрениям, и у католического Рима в отношении истинного смысла этого труда. Напечатанный в феврале 1632 г. с разрешения римской духовной цензуры, он уже в августе был изъят из продажи и внесен в папский «Индекс» запрещенных книг.
Между тем форма «Диалога» крайне осторожна: трое друзей ведут мирную, без особого полемического задора, неторопливую беседу о весьма отвлеченных вещах. Причем каждый искренне и непредубежденно - что относится прежде всего к стороннику Коперника - Сальвиати и «нейтралисту» Сагредо - старается понять точку зрения другого, допуская сначала ее справедливость. Однако, несмотря на это, а скорее, именно благодаря такой объективности беседующих, установки аристотелевой физики, проповедовавшиеся католической церковью, как и сама система Птолемея, терпят в «Диалоге» очевидный крах. Новые же идеи Коперника, дополненные еще более революционными идеями Бруно о бесконечности Вселенной и множественности обитаемых миров, с убедительностью торжествуют перед читателем. Для католического Рима не могло оставаться никаких сомнений в невероятной силе и, следовательно, опасности ее идейного противника - Галилео Галилея.
Автор «Диалога» в 1633 г. был вызван в Рим. Под угрозой пытки старого ученого (ему тогда было 69 лет) принудили отречься от «заблуждений». Но и после этого Галилей продолжал работать и сумел в далекой протестантской Голландии переиздать несколько раз свой «Диалог», а в 1638 г. опубликовал там же «Беседы о механике». Быть может, именно этот реальный протест и несломленность духа ученого и вызвали к жизни красивую легенду о словах Галилея, якобы брошенных им после публичного покаяния: «А все-таки она вертится!»
В своих последних сочинениях Галилей предстает непобежденным борцом эпохи великого Возрождения культуры и науки.
Примечания
Узнав летом 1609 г. об изобретении в Голландии зрительной трубы, Галилей самостоятельно сконструировал ее усовершенствованный вариант, применив соответственно для объектива и окуляра плоско-выпуклое и плоско-вогнутое стекла. Телескоп Галилея давал прямое мнимое изображение предмета (чем отличался от последующих телескопов-рефракторов). Увеличение, сначала равное 3, позднее было доведено до 32, что для такого типа инструментов является пределом. Название инструмента «телескоп» придумал Демесиани (1576-1614), член «Академии рысьеглазых» (физиков-экспериментаторов), в которую входил и Галилей.
Впервые идея о том, что Земля вращается вокруг Солнца, возникла в умах древнегреческих ученых. Отцом-основателем гелиоцентризма считается Аристарх Самосский, родившийся около 310 года до нашей эры. Насколько хорошо ему удалось проработать свою гипотезу доподлинно неизвестно, вся доступная историкам информация сводится лишь к нескольким упоминаниям в трудах Архимеда и Плутарха. Единственная дошедшая до нас работа Аристарха касается измерения и Солнца, а также вычисления их размеров.
Гелиоцентризм устранял ряд серьезных проблем геоцентрической системы мира, например, попятное движение планет. Чем дальше внешняя (относительно земной орбиты) планета, удалена от Солнца, тем дольше ее период обращения. Рассмотрим для примера Юпитер с орбитальным периодом 11,86 лет. За счет более высокой скорости и меньшего радиуса орбиты Земля регулярно сближается с ним и «совершает обгон». Если в это время наблюдать Юпитера на фоне неподвижных звезд, то создается впечатление, что он движется по своей орбите в обратном направлении, навстречу Земле. Для объяснения такого наблюдаемого поведения планет в геоцентрической модели использовалась сложная система , требующая огромного количества нетривиальных вычислений.
О гелиоцентрической системе мира достаточно положительно отзывался Архимед, известным сторонник данной гипотезы был вавилонский астроном Селевк, про последователей Аристарха писал древнегреческий философ Секст Эмпирик. Однако, гипотеза оказалась слишком смелой для своего времени и была забыта греками, вероятными причинами считаются: возросший уровень религиозного догматизма; астрология, пришедшая на смену астрономии; общий кризис науки после II века нашей эры.
«И всё-таки она вертится!»
В средние века и в эпоху раннего возрождения гелиоцентризм был практически забыт, имеется лишь ряд упоминаний о схожих гипотезах у индийских и арабских астрономов. Знаковым же для всей астрономии можно назвать 1543 год, когда вышел монументальный труд польского астронома Николая Коперника «О вращениях небесных сфер», в котором он изложил свой взгляд на гелиоцентрическую систему. Ученый постулировал ряд аксиом: все шесть (известных в то время) планет вращаются вокруг Солнца; Луна вращается вокруг Земли; расстояние от нашей планеты до Солнца значительно меньше расстояния до звезд; Земля вращается вокруг собственной оси. Для точного описания движения планет Коперник по-прежнему использовал эпициклы, но ему удалось сократить их количество с 77 до 34. Несмотря на ряд серьезных недостатков, например, сохранившийся особый статус Земли (согласно теории, только она двигалась по орбите равномерно), работа польского астронома дала мощный толчок дальнейшему развитию гелиоцентрической системы мира.
Одним из великих мыслителей эпохи возрождения, поддержавшим теорию Коперника, являлся Джордано Бруно. Он не только активно отстаивал модель мира, в которой Земля и другие планеты обращаются по круговой орбите вокруг Солнца, но и отбросил за ненадобностью концепцию небесных сфер, объяснив суточные траектории звезд вращением нашей планеты, а также, пусть и ошибочно, но объяснил наблюдаемый эффект прецессии . Бруно выдвинул ряд смелых предположений, таких как: бесконечность Вселенной, существование других планетных систем и наличие в Солнечной системе не открытых планет. Он был одним из первых, кто всерьез рассмотрел концепцию относительности движения, а также выдвинул гипотезу об отсутствии центра Вселенной. Скорее всего «излишне прогрессивные» взгляды Джордано Бруно на космологию сыграли не последнюю роль в решении суда инквизиции, согласно которому 17 февраля 1600 года он был сожжен заживо.
Настоящую революцию в мире гелиоцентрических представлений совершил немецкий астроном Иоганн Кеплер, который стал убежденным сторонником гелиоцентризма еще в студенческие годы. Благодаря длительной совместной работе с датским астрономом Тихо Браге он получил в свое распоряжение огромный массив наблюдательных данных. В результате интуитивного анализа этих данных им были сформулированы три закона Кеплера, с огромной точной описывающих движение планет по орбитам. Благодаря этим законам впервые удалось с высокой точностью вычислить относительные расстояния от Солнца до всех планет, а также составить таблицы их движения, значительно превосходящие по точности все аналогичные таблицы, существовавшие ранее. Астрономы до сих пор используют законы Кеплера при проведении расчетов.
Первым человеком, направившим телескоп (зрительную трубу, по терминологии того времени) на ночное небо, был современник Кеплера – итальянский астроном, физик и механик Галилео Галилей. Благодаря сначала трехкратному, а впоследствии и 32-кратному, увеличению изобретенных им телескопов, ученый смог рассмотреть неровности лунного ландшафта, открыть четыре спутника Юпитера, увидеть пятна на Солнце и по характеру их движения установить факт вращения светила вокруг собственной оси. Обнаруженная Галилеем смена фаз Венеры, указала на вращение планеты вокруг Солнца. Данное наблюдение вполне можно самостоятельно проверить при помощи недорогого любительского телескопа, при этом оно полностью рушит классическую геоцентрическую теорию. Также телескоп позволил увидеть звезды, неразличимые невооруженным глазом, что соответствовало положению теории Коперника о гигантских расстояниях до звезд. Двигаясь по орбитам, планеты то значительно сближаются друг с другом (противостояние или оппозиция), то, напротив, оказываются по разные стороны от нашей звезды (соединение с Солнцем). Вытекающие из этого, и наблюдавшиеся Галилеем, изменения видимого размера планет также свидетельствовали в пользу гелиоцентрической системы мира. Все описанные выше открытия, впрочем, совершенно не убедили Католическую церковь и в 1663 году, представ перед судом инквизиции, ученый был вынужден отречься от своих взглядов. Именно тогда Галилей якобы произнес знаменитую фразу: «И всё-таки она вертится!»
Противостояние Земли и Марса, во время которого видимый радиус планеты близок к максимальному (кликабельно).
Споры между последователями различных теорий продолжались еще некоторое время, пока в 1687 году Исаак Ньютон не продемонстрировал, что законы Кеплера можно вывести из закона всемирного тяготения, тем самым поставив на геоцентризме жирный крест. Спустя полтора века, в 1835 году, Католическая церковь наконец признала, что Земля вращается вокруг Солнца. В православной России активная критика гелиоцентризма велась вплоть до начала XX века, в качестве «аргументов» использовались цитаты из Библии.
Эмпирические доказательства гелиоцентрической системы
Стоит отметить, что наблюдения Галилея не являются стопроцентным доказательством гелиоцентризма, и вполне возможно создать геоцентрическую систему вращения планет, согласующуюся с ними, хоть и полностью отличающуюся от классической версии Птолемея. Одной из таких систем являлась популярная некоторое время гео-гелиоцентрическая система, которая сохраняла центральное положение Земли, в то время как все остальные планеты в ней вращались вокруг Солнца. Это детище датского астронома Тихо Браге, по словам самого ученого, создавалось с оглядкой на жесткую позицию католической церкви и многими учеными воспринималось как завуалированный вариант гелиоцентризма. После открытия закона всемирного тяготения в научном сообществе не осталось никаких сомнений в том, что Земля вращается вокруг Солнца, но это уже совсем другая история.
Если вы просто хотите убедиться своими глазами, что планеты Солнечной системы вращаются вокруг своей звезды, то вам достаточно будет повторить за Галилеем наблюдение фаз Венеры, а также установить факт изменения видимого диаметра Марса. Для этого будет достаточно телескопа в районе 150-200 долларов. Начинать наблюдение Венеры можно практически в любое время года, ее полный цикл фаз длится 584 дня – время, за которое планета успевает обогнать Землю на один оборот. Для наблюдения Марса важны противостояния, три ближайших произойдут: 27 июля 2018 года (великое противостояние, т.е. максимальное сближение), 10 октября 2020 года, 8 декабря 2022 года. Видимый размер красной планеты будет постепенно увеличиваться с приближением даты противостояния и наоборот.
Однако описанные выше наблюдательные доказательства не касаются непосредственно Земли и вполне соответствуют гео-гелиоцентрической картине. Конечно же существуют эмпирические доказательства того, что Земля также вращается вокруг Солнца, но они значительно более сложны для воспроизведения в «домашних» условиях. Более того, большинство из них были найдены после открытия закона всемирного тяготения, когда научное сообщество уже не сомневалось в правильности гелиоцентрической системы.
Годичный параллакс звезд
На неподвижной Земле, которая находится в центре мира, направление видимости звезд на небесной сфере всегда должно быть абсолютно одинаковым. Так как наша планета все же вращается вокруг Солнца, то позиция наблюдателя постоянно смещается в течение года, а, следовательно, немного изменяется и угол, под которым видна удаленная звезда. Предположение о существовании данного явления возникло еще во времена Аристарха, однако ввиду того, что расстояние даже до близких звезд значительно больше диаметра орбиты Земли, подтвердить его наблюдениями оказалось крайне сложно (первые успешные измерения были проведены только в XIX веке). Для ближайшей к нам звезды Проксима Центавра годичный параллакс составляет всего 0,77 секунд дуги. Запущенный в 2013 году космический аппарат Gaia способен измерять углы с точностью до 10 микросекунд дуги. Определение годичных параллаксов – это основной способ измерения расстояний до звезд: радиус орбиты Земли необходимо разделить на значение угла в радианах.
Для близких и далеких звезд годичные параллаксы разные, поэтому мы можем наблюдать изменение видимого положения близкой звезды на фоне далеких.
Сдвиг спектральных линий
Изменение частоты звука в зависимости от того приближается к нам его источник или удаляется известно нам как проявление эффекта Доплера. В повседневной жизни вы можете столкнуться с этим эффектом, когда рядом с вами проезжает машина скорой помощи со включенной сиреной: сначала частота звука нарастает, а затем, когда автомобиль проедет мимо вас, начинает уменьшаться. Подобное изменение частоты излучения, а, следовательно, и длины волны, характерно в том числе и для света. В ходе движения по орбите Земля то удаляется от наблюдаемой звезды, то приближается к ней, как показано на рисунке. Если постоянно анализировать спектр определенной звезды, то в нем будут видны цикличные сдвиги с периодом в один год: то в сторону красного (удаление), то в сторону синего (сближение). Подобные измерения значительно осложняются тем фактом, что все звезды, включая Солнце, вращаются вокруг центра галактики, при чем их скорость значительно варьируется в зависимости от расстояния между звездой и центром галактики.
Аберрация звездного света
Представьте, что во время дождя вы стоите под зонтом и капли падают вертикально вниз. Если вы побежите вперед, то капли начнут падать под наклоном и вам нужно будет наклонить зонт на определенный угол перед собой чтобы не промокнуть. Это достаточно грубая аналогия аберрации света, когда при переходе из одной системы отсчета к другой происходит изменение направления распространения излучения. Так как Земля каждые полгода меняет направление своего движения относительно звезды, последняя за год описывает на небесной сфере небольшой эллипс. Это явление было открытом английским астрономом Джеймсом Брэдли в 1727 году и позволило достаточно точно измерить скорость света. Угол годичной аберрации составляет примерно 20 секунд дуги.
Фотографии с Марса
Восход Солнца на Марсе, фотография сделана 19 мая 2005 года марсоходом Spirit.
NASA/JPL/Texas A&M/Cornell
С поверхности красной планеты Солнце кажется совсем маленьким. На Земле угловой диаметр солнечного диска равен примерно 0,533 градуса, на Марсе же мы имеем значение в 0,35 градуса. Это означает, что расстояние между нашей планетой и Солнцем меньше, чем расстояние между Марсом и Солнцем. При этом, если вы будете наблюдать рассвет с разных точек марсианской орбиты, то невооруженным глазом вы не увидите никаких изменений в угловом диаметре (из-за эллиптической орбиты минимальные колебания все же имеются). Но это не главное. Сам факт того, что человечество запустило свои аппараты к Марсу и другим далеким мирам, лучшим образом подтверждает закон всемирного тяготения и теорию относительности Эйнштейна. Трудно представить себе более убедительное доказательство!
Пла-неты, в том числе и Земля, обращаются вокруг Солнца по круговым орбитам, а Луна обращается вокруг Земли и одновременно с ней вокруг Солнца (рис. 5).
Появление небесной меха-ники обязано гению И. Ньютона, открывшего закон всемир-ного тяготения. С этого момента стало возможным точно рас-считывать движение небесных тел. Материал с сайта
Система мира Ньютона
Открытия И. Ньютона изменили и уточнили систему ми-ра. Если у Коперника по-прежнему границей мира служила сфера неподвижных звёзд, то в ньютоновской системе мир бес-конечен во времени и в пространстве. Время однородно и течёт равномерно во всей Вселенной, пространство однородно (т. е. его точки не отличаются друг от друга), и любое направ-ление в нем ничем не выделяется (конечно, в отсутствие материальных тел). Это означает, что центра мира просто не существует. Материальные тела (звезды, планеты и т. д.) су-ществуют в пространстве и во времени, но никак на них не влияют. Эта картина мира была общепринятой и считалась вполне точной до середины XX в., когда её сменила новая картина, основанная на гораздо более сложной системе —
