Царство Солнца. От Птолемея до Эйнштейна

ФОРМА ЗЕМЛИ

Греки продолжили изучение звезд с того места, на котором остановились вавилоняне, но делали это совершенно в ином стиле. Большинство греков верило в астрологию так же сильно, как и вавилоняне, но самые талантливые мыслители Древней Греции астрологии не доверяли. Ими двигало нечто другое. Они верили в единство природы. Греческие философы были убеждены в том, что за всеми природными явлениями, в том числе и за движением небесных тел, стоят простые и четкие правила, и прилагали немало усилий к тому, чтобы понять эти правила. Красота и простота правил приносят наслаждение даже в том случае, когда от них нет никакой практической пользы.

(Поскольку греки пытались понять устройство небес, то тех, кто этим занимался, налы вали астрономами, то есть «размещающими звезды». Названия большинства наукзаканчиваются на «-логия», но астрология была так тесно связана с гаданием, что это слово оказалось в немилости. По этой причине наука о небесах теперь называется астрономией. Если бы вы назвали какого-нибудь астронома астрологом, то, скорее всего, глубоко бы его обидели.)

Поначалу стремление греков к упорядоченности заставило их так хорошо разработать простые разделы геометрии, что с тех пор их практически не пришлось менять. Затем греки смогли использовать эти правила для того, чтобы доказать, что Земля может быть круглой. Похоже, греческий философ Пифагор первым выдвинул это странное предположение примерно в 525 г. до н. э. Однако Земля кажется кочковатой и неровной, но в целом плоской, и до греков все народы считали само собой разумеющимся то, что Земля плоская.

Окружность Земли была вычислена греческим астрономом по имени Эратосфен, который жил в Александрии, в Египте, примерно в 230 г. до н. э. (С 300 г. до н. э. и до 300 г. н. э. Александрия была крупнейшим центром греческой науки.)

Он открыл, что 21 июня, в самый долгий день в году, когда полуденное солнце стояло в небе выше, чем в любой другой день, в Александрии оно все-таки не находилось прямо над головой и отбрасывало короткие тени. В то же время в городе Сиене (Асуане), тоже в Египте, которыйбыл южнее Александрии, солнце было прямо в зените и не отбрасывало тени.

Расстояние между Александрией и Сиеной в греческой системе мер составляло 5000 стадиев. Эратосфен использовал это расстояние, длину тени в Александрии и правила геометрии и показал, что все это можно объяснить, предположив, что Земля — это шар с окружностью 250 000 стадиев.

На самом деле мы точно не знаем, какова длина стадия. Мы подозреваем, что она (составляла примерно одну двадцатую километра. Если это так, то Эратосфен был очень близок к тому, что мы сегодня считаем истиной.

Некоторые греческие мыслители были даже уверены, что земной шар вращается вокруг своей оси с запада на восток, совершая полный оборот за сутки. Если бы это было так, тогда стало бы понятно, почему кажется, что звезды вращаются вокруг Земли с востока на запад в течение суток. Движение звезд будет иллюзией, которую создает наше собственное движение. Нечто подобное мы замечаем, если сидим на поезде на железнодорожной станции рядом с другим поездом на соседнем пути. Если наш поезд медленно тронется, то покажется, что мы стоим, а поезд рядом с нами медленно отъезжает назад.

В случае с поездами мы быстро узнаем истину, поскольку легкая тряска и неравномерность нашего движения говорит о том,что двигаться начали мы. Кроме того, мы можем посмотреть в другое окно и увидеть, что и станция, и земля тоже отодвигаются назад. Мы знаем, что этого не может быть, и поэтому понимаем, что это мы сами должны двигаться вперед.

Однако вращение Земли происходит совершенно ровно, так что мы движения не ощущаем. Кроме того, «другого окна» для греков не существовало, и выглянуть им было некуда. Так что грекам пришлось удовлетворяться одними только умозаключениями. Они не смогли с уверенностью сказать, вращается ли Земля среди неподвижных звезд, или это звезды вращаются, а Земля неподвижна.

СЕМЬ ДВИЖУЩИХСЯ НЕБЕС

Примерно к 500 г. до н. э. греки пытались объяснить движение планет, предположив для начала, что Земля является центром Вселенной. Так действительно кажется, и практически все люди до современности так и считали. Философ по имени Анаксимен примерно в 550 г. до н. э. предположил, что звезды закреплены на огромной пустотелой сфере, в которую заключены Земля, Солнце, Луна и планеты. Он был первым, кто изобразил на небе сферы.

Эта сфера могла оставаться неподвижной, тогда как Земля вращалась, либо наоборот. Позже греки выдвигали аргументы в пользу обоих вариантов. Солнце, Луна и планеты не могли быть закреплены на этой звездной сфере, потому что они не двигались вместе со звездами с той же скоростью. Следовательно, они должны были находиться в пространстве между звездной сферой и расположенной в центре Землей. Греки не могли поверить, что эти объекты парят в пространстве без всякой поддержки. Ведь если бы это было так, они упали бы! Поэтому греки решили, что каждый из этих объектов должен быть закреплен на своей собственной сфере.

Где располагались эти сферы? Которая была ближе к Земле, а которая — дальше? Греки определили это, наблюдая за тем, с какой скоростью каждая из планет движется относительно звезд. Чем быстрее они движутся, тем ближе они должны находиться к Земле.

Предположим, что вокруг здания спортивного клуба проложено несколько дорожек. Если бы вы наблюдали за ними из клуба, то при сравнении движения бегунов v деревьями на горизонте вам показалось бы, что бегун на дальней дорожке движется медленнее, чем тот, что находится на ближней.

Луна двигалась с запада на восток на фоне звезд быстрее, чем все остальные небесные тела, так что эту сферу поместили ближе всего к Земле.

Далее следовала одна из звездонодобных планет. Поскольку она двигалась быстрее, чем все остальные, ее назвали Меркурием, в честь быстрого посланника богов с крыльями на ногах. Затем следовала еще одна похожая на звезду планета, самая яркая и красивая, которую назвали Венерой в честь богини красоты.

После Венеры шло Солнце, а после Солнца шли остальные планеты, подобные звездам. Первая из них, имевшая красноватыйоттенок, была названа Марсом в честь крвавого бога войны.

Затем следовал Юпитер, названный в честь самого могучего бога, поскольку эта планета казалась главной из тех, что походили на звезды. После Венеры эта планета была самой яркой. Однако Венера никогда не поднималась высоко в небо, а всегда была у горизонта после заката и перед рассветом. Напротив, Юпитер мог светить всю ночь и порой появлялся прямо над головой. Так что хотя Венера была ярче, ее движения были более ограниченными, и Юпитер считался подлинным главой планет.

Затем следовал Сатурн, самая медленная из планет, которая поэтому была названа в честь отца Юпитера, древнего бога. Медленное движение Сатурна казалось соответствующим его огромному возрасту. Сатурн дрейфовал среди звезд с запада на восток настолько медленно, что полный круг по небесам совершал за 29 1/2 года.

Таким образом, вращающиеся сферы планет были расположены между Землей и звездами в том, что представлялось правильным порядком.

(Названия, которые я дал планетам, на самом деле не греческие, а римские. Греческие имена богов были Гермес (Меркурий), Афродита (Венера), Арес (Марс), Зевс (Юпитер) и Крон (Сатурн). Однако астрономы в течение 2000 лет пользуются римскими названиями, и поэтому я буду их ис-пользовать, даже говоря о греках, которые, скорее всего, заимствовали вавилонские названия. У вавилонян Венера называлась Иштар, в честь богини красоты, Юпитер — Мардук, в честь их главного бога, Марс — Нергал, в честь бога войны. Меркурий и Сатурн они называли Нибу и Ниниб, в честь двух других своих богов.)

Естественно, эти планетные сферы должны были быть абсолютно прозрачными, потому что сквозь них видны звезды. Они должны двигаться идеально равномерно и с полным отсутствием трения.

Однако грекам было нетрудно поверить во все эти идеальные качества. Они даже радовались им. Греки рассуждали так: положение на Земле может быть неидеальным, но на небесах все должно быть безупречно.

Вполне естественным было то, что после того, как были придуманы эти сферы, к ним стали делаться всяческие мистические добавления. Мистическое недоступно для обычных человеческих чувств и для измерительных приборов, изобретенных человеком. Так, предположение, что самолеты удерживаются высоко в небе аэродинамическими силами, которые можно измерить и изучить, — это научное понятие. Уверенность в том, что их удерживают в воздухе невидимые и неразличимые демоны, — мистическое понятие.

Таким образом, были добавлены сферы, на которых располагались механизмы, приводящие в движение все остальные сферы,на которых находились жилища богов. В Средневековье каждую сферу считали отдельным небом, где находятся свои собственные духи и ангелы. Эта мысль отражена в «Божественной комедии» Данте. Следы этих убеждений сохранились и до сих пор, ведь, говоря о небе и находящихся там объектах, мы по-прежнему употребляем слово «небеса».

Оттуда же берет начало выражение «седьмое небо», которое в наше время обозначает наивысшее счастье? Видите ли, по мере перехода от сферы к сфере, удаляясь от Земли, блаженство увеличивается. Поскольку существовали Луна, Солнце и пять планет, то наивысшая подвижная сфера была седьмым небом.

Еще одно мистическое понятие, введенное Пифагором и его греческими последователями и перешедшее в Средневековье, заключалось в том, что, когда сферы двигались каждая со своей скоростью, они создавали некую божественную музыку, которую нельзя услышать простым смертным. Мы все еще говорим о «музыке небесных сфер», чтобы определить самую прекрасную гармонию.

НЕДОСТАТКИ НЕБЕСНЫХ СФЕР

Хотя теория о небесных сферах была красивой и стройной, у нее, к сожалению, были недостатки.

Если бы планеты были закреплены на сферах, вращавшихся вокруг Земли, то они должны были бы двигаться по траекториям, представляющим собой идеальные круги. И действительно, философ Платон приблизительно в 380 г. до н. э. утверждал, что небесные тела просто обязаны двигаться кругами, потому что круг — самая симметричная и, следовательно, самая идеальная кривая. Если бы планеты двигались но кругам, это просто было бы еще одним доказательством того, что на небесах все идеально. В течение почти 2000 лет после Платона астрономы усердно трудились, пытаясь свести движение планет к кругам и комбинациям кругов.

До нынешнего дня траектория, но которой следует объект при движении в космосе, называется «орбитой», от латинского слова, означающего «круг».

У этого красивого утверждения был только один недостаток. При изучении действительного движения планет оказалось бы, что они не просто движутся по окружностям.

Давайте, например, рассмотрим движение Венеры. После Солнца и Луны она — самый яркий объект на небосводе. Иногда ее даже можно видеть днем в виде тусклой точки света. Когда Солнце садится и его сияние меркнет, Венера становится действительно яркой, и ее можно видеть даже тогда, когда небо еще слишком светлое, чтобы на нем появились звезды.

Однако в этот момент Венера видна в небе на западе и остается там недолго. Она заходит за горизонт вскоре после Солнца. Поскольку ее видно только вечером, ее часто называют «вечерней звездой».

На следующий вечер Венера снова появляется в небе на западе и находится чуть выше над линией горизонта. И заходит она тоже позже. Каждым следующим вечером ома появляется все выше и выше, а заходит нее позже и позже. И наступает такой момент, когда на закате она находится на полпути до зенита и заходит только через тричаса после заката. Но это — самое большое, что делает Венера, когда находится в максимальной элонгации.

После этого при каждом следующем закате Венера оказывается чуть ниже на небе и садится быстрее. В конце концов она появляется так близко от Солнца на закате и садится так быстро, что ее вообще не видно. После этого в течение нескольких месяцев в небе вообще нет «вечерней звезды». Однако в течение этого промежутка времени Венера находится к западу от Солнца. Теперь она предшествует Солнцу в его повседневном движении по небесам и восходит на востоке раньше его. Поэтому она видна уже на рассвете, перед восходом, и становится «утренней звездой».

С каждым рассветом Венера восходит все раньше и раньше Солнца и поднимается все выше и выше над горизонтом на востоке, пока ее не затмевает взошедшее светило. Наконец наступает момент, когда она восходит на целых три часа раньше Солнца и до рассвета успевает пройти половину пути к зениту.

Она опять находится на максимальной элонгации. После этого с каждым утром Венера восходит все позже и имеет все меньше возможности подниматься. В конце концов она восходит настолько поздно, что рассвет застает ее почти мгновенно и планета теряется в его лучах. После этого в течение нескольких месяцев на небе не бывает«утренней звезды», но возвращается «вечерняя звезда». Весь цикл занимает 582 дня, больше полутора лет.

Поначалу греки даже думали, что «вечерняя звезда» и «утренняя звезда» — это две разные планеты. Они называли «вечернюю звезду» Геспер (их слово «вечер»), а «утреннюю звезду» — Фосфор (что значит «несущая свет», поскольку после ее восхода близок солнечный рассвет).

Латинское слово, означающее «несущий свет», звучит как «Люцифер», и это название можно применить к «утренней звезде». В Книге пророка Исайи в Библии Исайя упоминает царя Вавилона, которому предрекает катастрофу. Он говорит: «Как упал ты с неба, денница, сын зари!», саркастически уподобляя царя «утренней звезде», потому что монарх считал себя стоящим намного выше простых людей.

В латинском переводе Библии слово «денница» было переведено как «Люцифер». Позднее этот стих был истолкован как относящийся к дьяволу, который был самым светлым ангелом на небесах, но восстал и был низринут в бездну. Вот так имя «утренней звезды» стало одним из имен дьявола.

Пифагор, который считал, что Земля круглая, был также первым греком, который сказал, что Геспер и Фосфор — одна планета. Возможно, он узнал это во время своего путешествия по Египту. (Египтяне развили астрономию еще до греков. В некоторых вещах они превзошли и вавилонян. Например, египтяне точнее вавилонян вычислили продолжительность года.)

Меркурий ведет себя так же, как Венера, только еще активнее. Он, конечно, далеко не такой яркий и никогда не поднимается на западе так высоко, как Венера. Меркурий проходит самое большее четверть пути до зенита и никогда не садится позже чем через полтора часа после захода Солнца. Поскольку Меркурий тусклее Венеры и ближе к Солнцу, то из всех планет его увидеть труднее всего.

Меркурий остается «вечерней звездой» не так долго, как Венера. Потом он перемещается на западную сторону Солнца и превращается в «утреннюю звезду». Он опять-же тусклее Венеры, никогда не восходит раньше, чем за полтора часа до Солнца, и не поднимается к зениту выше, чем на одну четверть пути. Меркурий проходит весь цикл за 116 дней, или приблизительно за четыре месяца.

Поначалу греки и Меркурий считали двумя планетами. Когда он был «вечерней звездой», его называли Гермесом, а «утренней» — Аполлоном.

Теперь встает вопрос: если Меркурий и Венера закреплены на сферах, которые вращаются вокруг Земли., то почему они не движутся но небу независимо от Солнца, как это делают остальные планеты? Почему Меркурий и Венера вынуждены постоянно оставаться на определенном расстоянии от Солнца? Может быть, их сферы каким-то образом прикреплены к солнечной сфере, так что они не могут вращаться свободно?

Такая связь Меркурия и Венеры с Солнцем показалась особенно важной одному греческому астроному, которого звали Гераклидом Понтийским. Он жил приблизительно в 350 г. до н. э. и стал первым, кто заявил, что Земля вращается вокруг своей оси. Он также предположил, что Меркурий и Венера движутся не вокруг Земли, а вокруг Солнца. Это объясняло бы, почему кажется, что они всегда находятся рядом с Солнцем и движутся но небосводу в его обществе. Однако его предположение не приняли.

НОВЫЕ ПРОБЛЕМЫ

Другие планеты — Марс, Юпитер и Сатурн — вели себя не так, как Меркурий и Венера. Они могли находиться на любом расстоянии от Солнца, и их можно было видеть в любое время ночи, но в определенные периоды года. Однако траектории этих планет загадали иные загадки.

Например, Марс не двигался плавно с запада на восток, как это делали Солнце и Луна. Некоторое время казалось, что он действительно это делает, но затем его движение начинало замедляться день ото дня, а затем вовсе прекращалось. После этого в течение какого-то времени планета начинала даже медленно двигаться в обратную сторону, с востока на запад! Такое движение можно назвать попятным или ретроградным, по латинскому слову, означающему «ступать назад». По прошествии двух месяцев такого попятного движения Марс снова делал остановку, опять поворачивал и начинал снова двигаться в обычном направлении.

Марс переходил в такое попятное движение один раз в два года. С Юпитером и Сатурном все обстояло еще хуже. Юпитер переходил на попятное движение каждые 13 месяцев, а Сатурн — каждые 12 1/2 месяца.

Как все это объяснялось? Конечно же сами небесные сферы не могли тормозить и время от времени поворачивать в обратную сторону. Это было бы изъяном в движении, а небеса безупречны.

Один греческий астроном предложил смелое объяснение. Это был Аристарх Самосский, живший через пятьдесят лет после Гераклида Понтийского. Он был согласен с Гераклидом относительно того, что Земля вращается вокруг своей оси и что Меркурий и Венера движутся вокруг Солнца. Более того — он пошел дальше, и именно это стало источником его смелой идеи. Примерно в 280 г. до н. э. он высказал предположение, что, хотя Луна вращается вокруг Земли, все остальные планеты и даже сама Земля (!) движутся вокруг Солнца. Таким образом, как я покажу дальше в этой книге, было бы легко объяснить попятное движение.

Эту теорию Аристарха греки никогда не признали. Они просто не видели в ней логики. В конце концов, Земля представляла собой громадную массу суши и воды шириной в много тысяч километров, а Солнце казалось всего лишь светящимся шаром примерно в греть метра в поперечнике. Как могла огромная Земля летать в пространстве вокруг столь маленького объекта?

Чтобы опровергнуть этот довод, Аристарх использовал методы геометрии, желая доказать, что на самом деле Солнце больше, чем Земля, и подсчитал, что оно в семь раз больше Земли.

В своей оценке размера Солнца Аристарх сделал его слишком маленьким, но его геометрия теоретически была правильной. Как бы то ни было, греки ему не поверили. Великий философ Аристотель за пятьдесят лет до этого с помощью множества философских доводов уже доказал, что Земля должна быть центром Вселенной, и авторитет Аристотеля победил. Позже величайший греческий математик Архимед упомянул об Аристархе, но только для того, чтобы с ним спорить. Греки придерживались геоцентрической (с Землей в центре) модели Вселенной.

По правде говоря, даже странно, что с Аристархом ничего плохого не случилось. Примерно за двести лет до него греческий философ Анаксагор высказал предположение, что Солнце — это раскаленная скала, которая может иметь диаметр примерно в сто восемьдесят километров. Его привлекли к суду за нечестивость, и философ покинул Афины, после того как был оправдан с очень небольшим перевесом голосов.

Однако с движением планет что-то нужно было делать. Греки не могли успокоиться, пока все не будет улажено; в этом состояло их отличие от остальных древних народов.

Например, вавилоняне и египтяне знали, что Меркурий и Венера всегда находятся на определенном расстоянии от Солнца. Они также знали, что другие планеты демонстрируют попятное движение. Однако все это их не беспокоило. С их точки зрения, планеты двигались так потому, что этого захотели боги, а людям не полагалось задавать вопросы относительно воли богов.

Однако греки были убеждены в том, что даже боги подчиняются законам природы. Нот почему они были уверены, что где-то должно иметься решение. Должен существовать строгий и логический способ объяснить странное движение планет.