Галилей. Научный метод

ГЛАВА 2 Телескоп и революция в астрономии

Благодаря использованию телескопа для человечества расширились границы Вселенной. Галилею удалось совершить невероятные открытия, а их распространение было одним из важнейших событий эпохи. Вселенная, которая была видна в его телескоп, совершенно не соответствовала традиционным представлениям о ней. Таким образом, Галилей убедился в истинности гелиоцентрической теории, хотя приверженность этому революционному учению и привела его годы спустя на суд Инквизиции.

В августе 1609 года Галилей вместе с многочисленными представителями венецианской знати поднялся на башню Сан Марко, чтобы продемонстрировать им полезное для защиты города изобретение. Оно показывало объекты на большом расстоянии и увеличивало их размеры, позволяя заметить вражеские корабли, когда они были еще достаточно далеко, и заранее приготовиться к их встрече.

Галилей справедливо предполагал, что использование прибора принесет ему деньги и почести, но очень скоро он нашел еще одно применение телескопа, которое могло удовлетворить его интеллектуальные амбиции, — изучение звезд. Это открытие лежало в начале нового витка развития науки, зародившейся еще в Египте и Древней Греции и на тот момент существовавшей тысячи лет. До настоящего времени телескопы предоставляют нам важнейшие сведения, которые расширяют знания о Вселенной.

До их появления астрономы пользовались приборами для вычисления (но не для наблюдения), такими как армиллярные сферы и астролябии, с помощью которых определяли положение звезд на небосклоне. Также исследователи использовали таблицы, по которым предсказывали положение планет в определенный момент года (и таким образом составляли звездные карты) или такие явления, как затмения.

В древности инструменты, призванные облегчить работу астрономов, служили не для того, чтобы лучше рассмотреть звезды, а чтобы определить их положение и упростить расчеты. Среди этих приборов были астролябии, армиллярные сферы и секстанты. Некоторые из них помогали направить взгляд в определенную точку, например на звезду. Плоская астролябия позволяла показать на одной проекции небесный свод, его движение и перемещение Солнца в течение года.

Она также применялась для вычисления положения звезд (высот и углов). У астролябии были визирные отверстия, глядя через которые на звезду, можно было определить ее положение.

Армиллярная сфера, или сферическая астролябия, состояла из нескольких кругов, вложенных друг в друга, соответствовавших эклиптике, зодиаку, небесному экватору и небесным полюсам. Она использовалась главным образом для обучения. Другие инструменты, секстанты и квадранты, представляли собой линейки, которые упрощали высчитывание углов и позволяли перевести задачи сферической геометрии в область планиметрии, где они решались гораздо проще.

Армиллярная сфера была выполнена в виде модели небес и использовалась в учебе: она показывала движение звезд вокруг Земли, расположенной в центре.

Интерес к астрономии в древности был вызван не только жаждой знаний. Большая часть населения верила в то, что звезды влияют на судьбы людей. Знать тратила крупные суммы на консультации с астрологами, и для астрономов астрология была надежным заработком.

Помимо этого, астрономия решала практические задачи, например составление календарей. Регулярные лунные циклы, которые длятся примерно 29 дней, в разных культурах, например у мусульман, позволяли предугадать смену времен года. Звезды были ориентирами для моряков и помогали им определять местонахождение (в первую очередь широту, поскольку нахождение долготы, как мы увидим далее, было сложной задачей). Для мусульман знать свое географическое положение было очень важно, ведь мечети обязательно должны были быть обращены в сторону Мекки (это направление называется кибла). Ответственность за определение направления несли астрономы (делали они это с невысокой точностью, ведь инструментов для определения долготы не существовало).

За редким исключением все астрономы древности и Средневековья придерживались одной и той же точки зрения на устройство мира, согласно которой Земля находилась в его центре, а все планеты и звезды вращались вокруг нее. Эта теория известна как геоцентризм, Галилей изучал ее, будучи студентом медицинского факультета, и преподавал, когда сам стал профессором.

В рамках этой теории существовало два мировоззрения: физико-механическая традиция, шедшая от Аристотеля, объясняла мир как единую систему и пыталась найти причины движения; вторая, традиция астрономов и математиков, вдохновившихся трудами Птолемея, ставила целью объяснение и предсказание астрономических явлений при помощи математики без намерения описать всю реальность.

Первая положила начало натурфилософии, концептуальной дисциплине, претендующей на истинность в описании мира. В рамках этого подхода к астрономии математика использовалась только как инструмент: математические модели должны были предсказывать расположение звезд. Согласование этих моделей с действительностью полностью игнорировалось.

При наблюдении за звездами видно, что они движутся очень медленно и абсолютно синхронно, и кажется, будто они вращаются вокруг неподвижной Полярной звезды, положение которой совпадает с осью вращения Земли. По мнению древних, эти наблюдения ясно доказывали, что яркие точки являются частью движущейся твердой сферы. Когда она немного сдвигается, то все звезды одновременно перемещаются вместе с ней, что можно видеть при продолжительном наблюдении за небосводом. Этот представление о Вселенной сохранялось на протяжении тысячелетий: конечный космос, заключенный в сферу, в которой имеются светящиеся точки, называемые неподвижными звездами.

Помимо них, древние астрономы наблюдали и другие яркие точки с независимой траекторией. Греки называли их планетами, что означает «странники». В древности знали о Меркурии, Венере, Марсе, Юпитере и Сатурне, то есть о планетах, видимых невооруженным глазом. Дополняли список небесных тел Солнце и Луна.

Ощущения обманывают человека и заставляют верить, что все вращается вокруг него, в то время как Земля остается неподвижной. Эту иллюзию очень трудно разрушить, и просто удивительно, что в Древней Греции появились философы и астрономы, которые заявляли о движении Земли. Одним из них был Гераклид Понтийский (IV век до н. э.), отстаивавший версию вращения Земли. Вместо того чтобы думать о вращении Вселенной вокруг нас, он заключил: проще представить, что движемся мы. Позже астроном из Александрии Аристарх Самосский говорил, что Земля вращается не только вокруг своей оси, но и вокруг Солнца, как и другие планеты. В то время такие предположения не могли не показаться в высшей степени странными: ничто вокруг нас не указывает на то, что мы с огромной скоростью движемся в космосе. Они могли быть серьезно рассмотрены только в Новое время, когда стали использоваться телескопы, а главное, возникла новая физическая теория движения, которая объясняла, почему на поверхности Земли невозможно заметить явные признаки ее вращения. Галилей неустанно восхвалял смелость этих астрономов, которые смогли перешагнуть пределы чувственного восприятия и понять, как на самом деле устроен мир.

Аристарх (ок. 310-230 до н. э.), древнегреческий астроном, родился на острове Самос. Почти всю жизнь он трудился в Александрии, а его главным научным достижением было утверждение, что Земля движется и вращается вокруг Солнца. Труд, в котором он доказывал это предположение, не дошел до наших дней, и мы знаем о нем из упоминаний в других источниках. Некоторые философы, например Клеанф (ок. 300-232 до н.э.), требовали, чтобы его обвинили в безбожии. Аристарх также придумал способ рассчитать расстояние от нашей планеты до Солнца и утверждал, что оно равно 18-20 расстояниям от Земли до Луны (в действительности оно в 20 раз больше этой оценки).

Одно из самых устоявшихся убеждений, которое отстаивал даже Коперник (1473-1543), заключалось в том, что в космосе все движения равномерны и совершаются по круговым траекториям. Начиная с Платона предполагалось, что светила могут двигаться только по кругу и с постоянной скоростью (сегодня мы бы сказали: с постоянной угловой скоростью). Круг считался совершенной и потому божественной фигурой. Это было непреложное положение, бесспорное основание, которому ничего нельзя было противопоставить. Если данные, полученные в ходе наблюдения, противоречили ему, задача состояла в том, чтобы найти объяснение, которое сохраняло это представление о движении. Только Кеплеру удалось изменить его, предложив версию эллиптических орбит.

Древние греки считали, что все небесные тела являются частью единого целого — космоса. Почему светила движутся? Почему они подвешены в небе? Какова структура Вселенной? На эти вопросы Аристотель пытался дать логичный и рациональный ответ.

По его мнению, космос был совокупностью вращающихся сфер, заключенных одна в другую. Они состояли из вечного, неразрушающегося и прозрачного материала, называемого эфиром или квинтэссенцией. Все светила (планеты, Луна и Солнце) были включены в одну из этих сфер, все вместе они составляли единый механизм, как если бы космос был огромными часами, и шестеренки в них задавали движение всех планет. Круг и сфера были главными фигурами, описывавшими весь мир.

Граница конечной Вселенной, сфера неподвижных звезд, начала перемещаться благодаря первому импульсу, который идентифицировался с божеством, и это движение увлекало за собой соседнюю сферу. Вращение охватило сферы планет и промежуточные сферы, функция которых заключалась только в передаче движения и заполнения пустоты (Аристотель считал, что вся Вселенная заполнена). В аристотелевской системе насчитывалось 52 сферы. Передача импульса от первого движителя происходила сверху вниз до последней сферы, в которой находилась Луна.

Эта система объясняла физические и механические причины перемещения светил (их влечет движение, передающееся с верхних сфер), а также причину, по которой они держатся в небе: светила просто закреплены на сфере.

Лунная сфера была границей, делившей Вселенную на две области: надлунный мир — сферический мир с совершенными движениями небес по окружности, и подлунный мир — хаос, присущий Земле, разрушение, беспорядок, смятение и смерть.

В системе Аристотеля Земля могла занимать только центральное положение. Если сдвинуть планету с этой точки, из-за внутренней тенденции двигаться в сторону центра в конце концов Земля опять вернется на свое место. Аристотель не мог представить, что наша планета висит в небе и не стремится в центр мироздания. Таким образом, в его космосе был единый центр притяжения, задающий единственно возможное направление движения (вверх или вниз). Аристотелевская физика, по которой сила притяжения считалась внутренним свойством, поддерживала геоцентрическую версию мироздания. Современная наука освободилась от этой связи между центром Вселенной и центром притяжения. Теорией всемирного тяготения Ньютон доказал, что на самом деле центром гравитационного притяжения является вся материя, а следовательно, существует множество таких центров. На практике это означало, что у Земли больше нет причин занимать привилегированное положение. Таким образом, новая физика не поддержала геоцентрическую теорию.

Аристотелевская модель Вселенной. Концепция совокупности сфер, на которых располагаются планеты и светила, принадлежала греческому математику Евдоксу (ок. 408-355 до н. э.).

В подлунном мире Аристотель выделил четыре элемента: земля, вода, воздух и огонь (пятый элемент, эфир, являлся частью надлунного мира). Каждый из них в идеально упорядоченной Вселенной занимал соответствующее ему естественное положение. Земля должна располагаться внизу, поскольку является самым нечистым и бренным элементом, и из-за своей тяжести она стремится к самому центру, дойдя до которого, пребывает в состоянии покоя (сейчас притяжение рассматривается как взаимодействие материальных объектов, но для Аристотеля оно было внутренним импульсом, заставляющим двигаться к центру). Менее тяжелая вода должна течь по земле; воздух занимал верхние слои, и, наконец, огонь должен был подниматься над всеми элементами. Эта иерархия отражает уровень неразрушимости и чистоты каждого элемента.

Механика мироздания в системе Аристотеля логична и одновременно полна пессимизма. И тем не менее астрономы, детально проанализировав точные положения светил, встали перед фактом, что отдельные части этого механизма подогнаны друг к другу неидеально. Для сохранения таких постулатов, как центральное положение Земли или равномерное круговое движение, нужно было пожертвовать реальной картиной мира. Чтобы предсказать небесные явления, такие как изменение яркости планет или их возвратное движение, требовалась большая свобода в трактовке данных.

Ученые пытались не столько получить целостную картину, сколько решить конкретную задачу, используя математические методы, считавшиеся полезными умозрительными приемами, то есть они стремились максимально точно описать события, но не отобразить реальный мир. Этот отход от действительности имел еще одно преимущество: астрономы при этом могли использовать те математические модели, которые им больше нравились. Если эти модели работали, то их абсурдность не имела значения.

Птолемей (ок. 100 — ок. 170) рассматривал гипотезу гелиоцентризма, но отбросил ее: «Хотя нет никаких небесных явлений, которые противоречили бы этой гипотезе, из того, что происходит на Земле и в воздухе, мы можем видеть, что эта идея совершенно нелепа». Как признавал сам астроном, исходя из собранных астрономических сведений невозможно было выбрать ту или другую модель. Ни одна теория не противоречила наблюдениям. Различия же проявлялись на самой Земле. Если бы планета двигалась, это движение должно было быть заметно.

Чтобы понять, что в этом нет противоречия, необходима была новая физика, и Галилей стал ее прародителем.

Египтянин Клавдий Птолемей был самым влиятельным астрономом древности. Он написал огромный трактат под названием «Великое математическое построение по астрономии в 13 книгах», который был переведен на арабский как «Альмагест» («Величайший»). Под этим названием трактат распространился по Европе в переводах на латынь, сделанных в XIII веке. В своей книге Птолемей проделал невероятную работу, перечислив и объединив известные на тот момент сведения по астрономии. В ней есть и новаторские аспекты, но ценность «Альмагеста» заключается главным образом в синтезе астрономических знаний древности, дошедших, к примеру, от таких ученых, как Гиппарх (ок. 190-120 до н. э.), труды которого не сохранились до наших дней. Как пишет автор во введении...

«...чтобы не делать это сочинение очень длинным, все то, что было достаточно точно разъяснено древними, мы только приведем, то же, что или совсем не было понято, или же понято недостаточно, мы постараемся в меру наших сил разъяснить подробнее»[¹ Перевод с древнегреческого И. Н. Веселовского.].

Философ науки Норвуд Рассел Хэнсон (1924-1967) считал, что Птолемей пытался сделать хорошую мину при плохой игре и решить проблемы, пожертвовав целостным видением. Астрономия Птолемея была «сборником инструментов для счета», которым не хватало единства. Поэтому Птолемея можно считать «небесным инженером-подрядчиком, ловко и изобретательно приспосабливающим свои методы к любой новой задаче». Среди этих математических и геометрических инструментов были эпициклы и деференты, эксцентрики и экванты.

Эпициклы и деференты являются одним из самых ярких примеров того, с какой изобретательностью греки подходили к решению, казалось бы, неразрешимых задач. Птолемей и другие древние астрономы были абсолютно уверены, что планеты движутся по окружности. Однако наблюдение за небом в определенные периоды года приводило к невероятным результатам. Планеты, которые двигались вперед на протяжении нескольких ночей наблюдений, в определенный момент останавливались или даже начинали перемещаться в обратном направлении, и только потом продолжали движение вперед. Решить проблему помогли математические и геометрические уловки.

В III веке до н. э. Гиппарху пришла в голову гениальная мысль скомбинировать разные круговые движения, чтобы объяснить этот странный завиток. По его мнению, планеты вращались вокруг Земли по двум кругам: первый называется эпициклом, его центр вращается вокруг Земли по второму кругу, деференту (рис. 1). Эта комбинация показывает, что орбита планеты описывает несколько петель, прежде чем совершить полный оборот вокруг Земли (рис. 2). Эту хитроумную идею использовал и Птолемей, добавив эпициклы, называемые малыми, при помощи которых хотел добиться максимальной точности некоторых орбит, например Солнца.

РИС. 1

РИС. 2

РИС.З

Чтобы объяснить возвратное движение планет, в модели Птолемея предполагалось, что они движутся вокруг Земли, сочетая две круговые траектории — деферент и эпицикл (рис. 1). Таким образом, планета должна была описать несколько петель, прежде чем проделать полный оборот вокруг Земли (рис. 2). Аномалии, наблюдавшиеся при движении по орбитам, объяснялись эксцентриситетом Земли относительно центра (рис. 3). Также постоянная угловая скорость, с которой якобы двигались планеты, могла быть заметна только из некоторых воображаемых точек, называемых эквантами, но не с Земли.

Еще одним математическим понятием, которое использовал Птолемей, был эксцентриситет. Планеты могли вращаться по кругу так, что их центры вращений не совпадали с центром Земли (рис. 3).

Чтобы данные, полученные астрономами, совпадали с их представлением о Вселенной, они предположили, что Земля находится немного в стороне от центра планетарных орбит. Орбита каждой планеты круговая, но центры орбит не обязательно совпадают. Это было еще одним отступлением от аристотелевской модели мира, в которой все сферы планет имели один центр (Землю).

Но это не все уловки, которые использовал Птолемей, чтобы сохранить видимое соответствие наблюдений теоретической картине. Стоит упомянуть и об эквантах. Как объяснялось выше, планеты должны были двигаться с постоянной угловой скоростью. Поскольку результаты наблюдений противоречили этому принципу, Птолемей предположил, что существуют точки, называющиеся эквантами, с которых можно видеть равномерное движение планет. Эти точки не совпадают с центром Земли, именно поэтому движение может казаться неравномерным. Из точки экванта видно, что планеты движутся с постоянной скоростью, но не по кругу. С Земли — по кругу, но неравномерно. Введение понятия экванта должно было сохранить центральное место Земли во Вселенной.

Система Птолемея была очень сложной и очень подробной. Благодаря его способности предсказывать события и придумывать необходимые уточнения, чтобы поддерживать совпадение с наблюдениями, эта теория высоко ценилась вплоть до эпохи Возрождения, хотя была на самом деле ошибочной. Арабские астрономы опирались на работы Птолемея, трактуя получаемые данные согласно его геометрическим представлениям. Впоследствии достижения арабских ученых в развитии астрономии стали востребованы и на Западе, и начиная с XIII— XIV веков в Европе появились переводы их сочинений.

По легенде, Альфонсо X Мудрый, изучив таблицы, которые астрономы разработали согласно учению Птолемея, сказал, что если бы Господь спросил его мнения до создания мира, он бы посоветовал все сделать гораздо проще. В то время существовало несоответствие между физико-механическими представлениями Аристотеля и астрономией — сложнейшей дисциплиной, опирающейся на изощренный математический аппарат, способный объяснить любые несовпадения теории с результатами наблюдений.

Александрия была основана в Египте Александром Македонским в 332 году до н. э. после освобождения египтян от персидского владычества. В 280 году до н. э. Птолемей Сотер I, македонский военачальник, сопровождавший Александра Великого в завоеваниях и унаследовавший после его смерти Египет, создал Мусейон, центр образования и науки. Очень скоро он стал главным научным центром античности, сместив с этого пьедестала Афины. Мусейон состоял из нескольких зданий с садами, а часть его была отдана под Александрийскую библиотеку, в которой хранились почти все знания того времени. В Мусейоне работали такие математики, как Архимед и Евклид, астроном Аристарх Самосский, специалист по механике и автор произведения «Об автоматах» Герои Александрийский и женщина-математик Гипатия. Одним из самых известных ученых Мусейона был египтянин Клавдий Птолемей, о чьей жизни, как ни парадоксально, до нас не дошло никаких сведений, кроме того, что он сам описал в сочинениях. Птолемей был не только астрономом, но и картографом и составил самые подробные карты своего времени. Также в числе его заслуг — каталогизация 1022 звезд.

Пожар в Александрийском Мусейоне, гравюра 1876 года, на которой изображен Александрийский маяк слева и библиотека справа.

С похожими трудностями столкнулся и Николай Коперник. Изучив труды Птолемея, он решил:

«[его рассуждения] не смогли определить форму Мира и точную соразмерность его частей. Таким образом, с ними получилось то же самое, как если бы кто-нибудь набрал из разных мест руки, ноги, голову и другие члены, нарисованные хотя и отлично, но не в масштабе одного и того же тела; ввиду полного несоответствия друг с другом из них, конечно, скорее составилось бы чудовище, а не человек»[² Здесь и ниже — перевод И. Н. Веселовского.].

По мнению Коперника, сохранность платоновского принципа движения планет по правильным окружностям с постоянной угловой скоростью гарантировала другая точка зрения, согласно которой в центре Вселенной находится Солнце, а Земля и другие планеты вращаются вокруг него. Таким образом, Коперник совершил революцию, желая сохранить античную догму. Так писал об этом сам ученый в небольшом трактате под названием «Малый комментарий»:

«...я часто размышлял, нельзя ли найти какое-нибудь более рациональное сочетание кругов, которым можно было бы объяснить все видимые неравномерности, причем каждое движение само по себе было бы равномерным, как этого требует принцип совершенного движения».

Итак, идеи Коперника основаны не на новых наблюдениях, а на его желании создать более логичную и простую систему. К тому же, по его мысли, центральное положение для Солнца было самым естественным: «Посредине всего находится Солнце. Кто поставил бы эту лампаду в лучшее место, чем в самый прекрасный храм, откуда она может одновременно освещать все вокруг?» Если Солнце было в центре, Земля должна была двигаться. Существует три типа движения: во-первых, суточное вращение, во-вторых, годичное вращение вокруг Солнца и, в-третьих, колебание оси вращения Земли, как у юлы, известное как предварение равноденствий.

Николай Коперник (1473-1543) родился в городе Торунь, Польша. После ранней смерти родителей его взял к себе на воспитание дядя, каноник Лукаш Ватценроде, который оказал большое влияние на жизнь ученого.

Коперник штудировал астрономию и астрологию в Краковском университете, а закончил обучение в Болонье, где помогал своему преподавателю составлять гороскопы многочисленным князьям и быстро овладел этим ремеслом. Но также Николай познакомился с трудами Пико делла Мирандолы, философа, очень критически относившегося к астрологии. Коперник получил глубокие теоретические знания по астрономии, несамостоятельно осуществил всего несколько наблюдений (в своем труде «О вращениях небесных сфер» он описывает наблюдение звезды Альдебаран, или Альфа Таури, самой яркой в созвездии Тельца). В 1501 году Николай переехал в Падую для изучения медицины. По окончании учебы он вернулся в Польшу, где дядя обеспечил его административной должностью в епархии Бреславии. Здесь Коперник проработал врачом большую часть своей жизни, параллельно занимаясь астрономией, в которой уже достиг известности. Его осторожность в высказывании собственного мнения по вопросам астрономии обычно объясняют страхом гонений со стороны Церкви, хотя, как полагают некоторые историки, в то время еще не было такой нетерпимости, которую десятилетия спустя испытали на себе Джордано Бруно и Галилей. Как бы то ни было, сочинение «О вращениях небесных сфер», в котором ученый высказывался в пользу гелиоцентризма, было опубликовано лишь спустя несколько десятков лет, в 1542 году, незадолго до его смерти. За несколько лет до этого Коперник также издал короткое эссе «Малый комментарий», в котором рассказал о своих идеях самым близким людям. В 2008 году в соборе города Фромборк были найдены человеческие останки, идентифицированные как принадлежащие Копернику. Два года спустя они были перезахоронены в том же соборе.

Всякое видимое изменение положения происходит вследствие движения наблюдаемого предмета, или наблюдателя, или же вследствие перемещения — разумеется, не одинакового — их обоих.

Коперник не стал смещать сферу неподвижных звезд, она продолжала быть границей Вселенной. Но он считал абсурдным полагать, что эта граница совершает круговые движения: «Зачем мы продолжаем пытаться сдвинуть что-то, чьи пределы нам неизвестны, вместо того чтобы предположить, что перемещается Земля, раз движущимся кажется небо?» Ему пришлось продолжать пользоваться эпициклами и деферентами, хотя и в меньших количествах.

Как мы видим, система Коперника сохраняла положения Птолемея, но иначе связала их, заставив взглянуть на мир с новой точки зрения.

Относительность движения впоследствии стала центральным элементом современной физики. По мнению Коперника, с ее помощью можно было объяснить многие явления, не прибегая к слишком большому числу искусственных построений.

Труды Коперника более чем на полвека были преданы забвению. Они получили некоторую известность только среди астрономов, но и те считали их сугубо математическими — так представил их и Андреас Озиандер (1498-1552), издатель Коперника и автор пролога к его книге, который интерпретировал работу в соответствии с уважаемой астрономической традицией. На самом деле это был просто способ затоптать зерно нового представления о мире и о месте человека в нем. Несмотря на неуверенную формулировку, мысль о движении Земли произвела настоящую революцию. В этой новой концепции аристотелевское деление мира на подлунный и надлунный становилось бессмысленным, а вместо Земли как единственного центра притяжения во Вселенной появлялось множество таких центров, что заставляло задуматься о природе этой таинственной силы. Такой взгляд позже, когда гипотезу Коперника начали воспринимать всерьез как альтернативный способ описания действительности, подтолкнул многих ученых к размышлениям.

Одно из препятствий, которые гипотеза должна была преодолеть, состояло в отсутствии на поверхности Земли признаков ее движения. Напротив, все указывает на неподвижность планеты. Если Земля вращается, то скорость должна быть огромной, поэтому мы должны видеть, как облака и птиц относит к западу (поскольку Земля движется в противоположном направлении). Также, если бы Земля двигалась, то брошенный с высокого здания предмет никогда не упал бы строго к его подножию. Новое представление о мире, предложенное Коперником, требовало разработки новой физики.

Со временем астрономы убедились в превосходстве идей Коперника, но все еще отвергали его концепцию мироздания, а когда она начала вызывать интерес, теорию стали запрещать (лютеране первыми объявили труды Коперника еретическими) и не преподавали в университетах.

И все же, несмотря на всеобщую враждебность, появились астрономы, объявляющие себя последователями Коперника. Среди них был англичанин Томас Диггес (1546-1595), написавший после наблюдения сверхновой 1572 года (она же занимала и другого великого астронома того времени, Тихо Браге), что это событие подрывает птолемеевскую систему.

Одним из самых ярких последователей Коперника был Джордано Бруно. Вклад в астрономию этого мыслителя состоял в том, что он пытался разрушить аристотелевские представления о космосе и предложить взамен концепцию бесконечной Вселенной. Бруно утверждал, что синхронное и равномерное движение звезд является оптическим эффектом, производимым их удаленностью, из-за которой все звезды кажутся расположенными на одинаковом от нас расстоянии.

Хотя Джордано Бруно (1548-1600) не был ни астрономом, ни ученым, он со страстью провидца защищал революционную теорию Коперника. Бруно пошел гораздо дальше своих современников в утверждении, что Вселенная не заключена в сферу с неподвижными звездами. Он полагал, что звезды, будто солнца, рассыпаны в бесконечном пространстве, а это предположение выходило даже за рамки гелиоцентризма, ведь снимался сам вопрос о центре Вселенной. Также Бруно был убежден, что какое-то из этих солнц могло быть заселено разумными существами. Он был священнослужителем и теологом и интересовался всеми науками своего времени. Как и Галилей, Бруно считал, что Библия должна быть авторитетом в вопросах морали, но не учебником астрономии. Он написал множество сочинений, среди которых «Великопостная вечеря» и «О бесконечности, Вселенной и мирах». Отец Бруно был простым солдатом, а настоящее имя ученого — Филиппо. Он изучал гуманитарные науки и латынь, а в 1565 году стал послушником в доминиканском монастыре и получил имя Джордано.

Из-за чтения запрещенных авторов и еретических книг Бруно заподозрили в ереси, и в 1576 году началось его преследование. Он сбежал в Рим, однако там его ложно обвинили в убийстве, и Бруно был вынужден вновь спасаться бегством. Он направился в Женеву, где сложил с себя сан и обратился в кальвинизм. Но и здесь его критический текст о новой религии привел к столкновению с властями. Тогда исследователь уехал в Париж, а затем в Лондон, где его принимали при дворах. В этот период он и написал самые важные свои работы. Затем Джордано Бруно отправился в Германию и читал лекции в университетах. В 1591 году его вновь пригласили в Венецию, где Бруно узнал, что в университете Падуи освободилась кафедра математики. Он очень хотел получить это место, но выбор пал на Галилея. По возвращении Бруно в Венецию его покровитель обвинил ученого в ереси и выдал его Инквизиции. Бруно был перевезен в Рим, провел восемь лет в тюрьме и был обвинен в числе прочего в том, что отрицал божественную сущность Иисуса Христа. Затем Джордано Бруно был приговорен к смерти через сожжение.

По мнению Бруно, нельзя считать, что Вселенная ограничена некой сферой, это не обосновано и не подтверждено опытным путем. Если же сферы не существует, получается, что звезды рассредоточены в космосе на разном расстоянии друг от друга. Этот космос должен быть безграничен, то есть бесконечен. Аристотель утверждал, что пустоты не существует, Бруно же разграничил материю и пространство. Представление о трехмерном пространстве постепенно получало статус истины. Во Вселенной больше не было таких особых мест, как центр Земли, и не было абсолютных направлений (вверх и вниз), а лишь относительные.

Бруно зашел еще дальше в своих рассуждениях и предположил, вслед за античными атомистами, что существует бесконечное число миров со своими солнцами, планетами и живыми существами, как на Земле. Идея о бесконечности разрушила устаревшее представление о сфере Вселенной, существовавшее с античных времен.

Тихо Браге стал астрономом, получившим самые точные сведения в истории науки до начала использования телескопов. До него никому не удавалось добыть так много данных, к тому же настолько точных. Браге отличался крайней скрупулезностью и стремился свести к минимуму погрешности наблюдений. Например, для вычисления положения светил он использовал огромные астролябии и армиллярные сферы, поскольку их размер влиял на точность. Он все время работал над увеличением стабильности используемых приборов и постоянно проводил наблюдения.

Значительный объем полученных сведений убедил Браге в ошибочности геоцентризма, но не привел к коперниканству. Чтобы свести все данные в непротиворечивую систему, он создал собственную картину космоса, на полпути между гео- и гелиоцентризмом. Вселенная Браге оставалась ограниченной сферой с неподвижными звездами, с Землей в центре и Солнцем и Луной, которые вращались вокруг нее. Остальные планеты двигались не вокруг Земли, а вокруг Солнца.

Два его наблюдения, благодаря их фантастической точности, стали важнейшими аргументами в развенчании геоцентризма. В 1572 году Браге стал свидетелем появления сверхновой звезды, о которой мы уже упоминали. В области созвездия Кассиопеи вспыхнула ярчайшая точка. Последователи Аристотеля сочли ее метеорологическим феноменом, но Браге, вооруженный фактами, смог доказать, что вспышка находится за орбитами планет. Если бы это явление имело место рядом с Землей, произошел бы параллакс, которого в данном случае не было.

Система мира, предложенная Тихо Браге, являет собой нечто среднее между геоцентрической и гелиоцентрической моделями. Датский ученый всегда был против коперниканства, но в своих наблюдениях он пришел к схожим результатам.

То же самое случилось в 1577 году, когда безмятежность небес нарушила комета, и Браге вновь было что возразить сторонникам Аристотеля, которые считали, что это явление происходило между Землей и Луной. В ходе своих вычислений Браге пришел к другому выводу: орбита кометы находилась за Венерой, и к тому же она должна была пройти так называемые кристаллические сферы, несущие на себе планеты. Точность его измерений помогла разрушить видение мира, которое противоречило фактам и продолжало существовать только благодаря вере.

Иоганн Кеплер (1571-1630) родился в протестантской стране и узнал о системе Коперника в Тюбингене как о сугубо прикладном и искусственном подходе. И тем не менее он сразу же понял, что теория была верной. Как сторонник идей Платона, Кеплер был убежден, что за беспорядком и хаосом природы должен стоять порядок, а значит, если теория Коперника истинна, в ней должно быть множество соответствий и параллелей. Например, число планет — шесть вместе с Землей — должно быть чем-то обосновано, и это обоснование можно было выявить. Кеплер думал, что нашел его: планет всего шесть (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн), соответственно, между ними пять пространств, и в то же время существует только пять правильных многогранников: тетраэдр, куб, икосаэдр, октаэдр и додекаэдр. Таким образом, орбита каждой планеты и сфера, в которой она содержится, вписана в полиэдр. Все они, в свою очередь, заключены в сферу. Эта систематичность была рациональным доказательством того, что Земля является такой же планетой, как и другие. Кеплер не думал, что эти фигуры существуют на самом деле, но считал, что межпланетные пространства соотносятся друг с другом так же, как эти геометрические тела. Казалось, все сходится. И все-таки эти соотношения не были идеальными, что побудило Кеплера пересмотреть полученные данные.

Тихо Браге родился в Дании в 1546 году и изучал право и философию в Копенгагене. По рассказам, его страсть к астрономии проснулась в 14 лет, когда он увидел солнечное затмение. Браге начал заниматься наблюдениями, и в 1576 году ему сделали предложение, которое он не мог отклонить: король Дании хотел, чтобы Браге создал астрономическую обсерваторию на острове Вен и руководил ею. На острове было построено два замка — Ураниборг (в дословном переводе «Небесный замок») и Стьярнеборг («Замок звезд»), — где располагались сооружения, приборы и необходимый персонал. В распоряжении Браге были большие финансовые средства и даже печатный станок, чтобы публиковать результаты открытий. После смерти короля ему пришлось оставить остров и перебраться ко двору императора Рудольфа II. Браге обосновался в замке недалеко от Праги, а его помощником стал Кеплер. До самой смерти в 1601 году он был придворным математиком Рудольфа.

Астрономическая обсерватория Ураниборг на острове Вен в Дании.

Необходимость в надежных сведениях с минимальной долей ошибки побудила его связаться с Браге, который принял ученого в качестве своего помощника. Одним из первых заданий для Кеплера было рассчитать траекторию Марса исходя из теории Браге. Вскоре между учеными начались споры о том, как следует интерпретировать полученные данные. После смерти Браге Кеплер вместо него стал математиком императора и получил свободный доступ ко всем интересующим его данным. В результате своих научных изысканий он сформулировал постулаты, известные сегодня как законы Кеплера.

Все пребывает в гармонии со всем.

Иоганн Кеплер

Изучая Марс, Кеплер, с одной стороны, заметил, что у планет разная скорость вращения и она уменьшается с их удаленностью. А с другой — он понял, что орбиты не могут быть правильными окружностями: это не согласовывалось с полученными данными. Версия математической Вселенной рушилась перед лицом фактов. В конце концов Кеплер пришел к выводу, что источник движения планет не может находиться на периферии космоса, как считал Аристотель, а заключается в самом Солнце. Таким образом, уменьшение скорости планет зависит от их удаленности от Солнца.

Галилей стоит особняком в ряду других астрономов эпохи. Он никогда не задавался целью собрать самые точные данные, чтобы использовать их для создания астрономических таблиц, и наблюдения никогда не наводили его на мысль о небесной механике, как Кеплера. Своим особым положением Галилей обязан открытиям, сделанным с помощью телескопа, и последствиям, которые они оказали на представления о мире.

Кеплер сформулировал три закона, описывающие движение планет. Первые два были опубликованы в 1609 году, а третий — в 1618-м:

— согласно первому закону, орбита планет являет собой эллипс, в одном из фокусов которого находится Солнце;

— согласно второму закону, радиус-вектор, соединяющий центр Солнца с центром планеты, описывает равные площади за равные промежутки времени (см. рисунок);

А = В = С

Р_х = Положение планеты

— согласно третьему закону, квадраты периодов обращения планет соотносятся как кубы больших полуосей их орбит. Записав это в виде алгебраического уравнения, получаем, что если среднее расстояние равно r, а период вращения T, то T²/r³= константа.

Прежде всего, телескоп повлиял на собственные убеждения исследователя. Неизвестно, когда он принял идеи Коперника, поскольку всегда вел себя очень осторожно. Но в письме Кеплеру от 1597 года Галилей говорит, что прочитает его Mysterium Cosmographicum («Тайна мира») с таким же вниманием, с каким «годы тому назад отнесся к теории Коперника». И продолжает:

«...с помощью его [Коперника] теории мне удалось полностью объяснить многие явления, которые не могли быть в общем объяснены посредством противоположных теорий. У меня появилось множество аргументов, опровергающих противоположные представления, но я их до сих пор не решился опубликовать из боязни столкнуться с той же судьбой, которая постигла нашего Коперника».

Эти опасения полностью развеял телескоп.

Как впоследствии говорил сам Галилей, пребывание в Падуе, где он провел примерно 20 лет, было самым счастливым временем в его жизни. В 1592 году Паоло Сарпи (1552-1623), священник и большой друг ученого, добился для него от венецианского сената отдельной кафедры профессора математики.

Галилео вошел в круг гуманиста Джана Винченцо Пинелли (1535-1601), обладавшего одной из богатейших библиотек того времени и водившего знакомство с интеллектуалами уровня Джордано Бруно. Он также познакомился с венецианским дворянином Джованни Франческо Сагредо (1571-1620), ставшим впоследствии одним из его лучших друзей. Ученый обессмертил этого веселого юношу в одном из своих диалогов. Сагредо принадлежал к аристократии и прославился пиршествами, которые устраивал в своем дворце. В этот период Галилей работал над решением задач, связанных с архитектурой и баллистикой. Только одно происшествие омрачило его счастливую жизнь в Падуе — смерть Джордано Бруно в 1600 году.

На ночном празднике в Венеции Галилей познакомился с Мариной Гамбой (1570-1612), 21-летней девушкой (примерно на 14 лет моложе самого ученого), необразованной и, возможно, не самых строгих нравов. Они стали жить вместе в доме Галилея, так никогда и не поженившись, и у них родилось трое детей: Вирджиния в 1600 году, принявшая постриг под именем сестры Марии Челесты, Ливия в 1601-м, ставшая монашкой, как и сестра, и Винченцо в 1606-м. Галилей не признал отцовство ни одного из детей, хотя всегда общался с ними, а его слуги стали их крестными отцами.

Появление в 1604 году еще одной сверхновой в созвездии Стрельца, такой же, как открытая Браге и Диггесом в 1572 году, вызвало огромный интерес среди астрономов и интеллектуалов. Галилей с большим любопытством отнесся к этому явлению, и подробное наблюдение этой звезды стало его первой астрономической работой. По результатам своих изысканий он прочел несколько лекций о природе новой звезды, на которых присутствовало множество слушателей, а также опубликовал несколько работ, например «Диалог Чекко ди Ронкитти о новой звезде» — спор с последователями Аристотеля. Один из трудов, «Размышления Алимберта Маури» (изданный под псевдонимом), был использован против ученого годы спустя на процессе Инквизиции. Закат счастливой эпохи начался, когда в 1607 году чуть не был убит Сарпи, а потом Сагредо получил назначение посланником в Сирию и покинул Венецию. Но прежде чем закончилось пребывание Галилея в Падуе, благодаря телескопу он стал самым известным ученым Европы.

В 1608 году Сарпи узнал об оптическом инструменте, который тщетно пытался запатентовать Иоганн Липперсгей (1570— 1619) — производитель линз, немец, живущий в Нидерландах (в течение всего нескольких недель многие пытались объявить это изобретение своим). По рассказам, дети Липперсгея, играя с испорченными линзами, обнаружили, что с их помощью можно увеличивать предметы. Очень быстро этому изобретению нашли важное применение в военном деле, поскольку оно позволяло обнаруживать противника издалека и успеть подготовиться к защите.

Галилей использовал телескоп рефракторного типа. Вследствие преломления света в линзе объектива параллельные лучи, исходящие от сильно удаленного объекта, соединяются в точке фокуса. Далекие предметы кажутся большего размера и более яркими. Для вычисления увеличения расстояние от объектива до фокуса (F) делится на расстояние от окуляра до фокуса (f).

Как и другие астрономы того времени, Галилей хотел иметь свой собственный телескоп и принялся за работу. В его телескопе объективом была выпуклая линза, а окуляром — вогнутая. Уже первые его модели были лучше голландских оригиналов: после нескольких опытов ему удалось увеличить предметы в девять раз, в то время как оригинальные приборы увеличивали только в три-четыре раза. Ученый добился таких результатов благодаря более тонким линзам и глубоким познаниям в оптике, которые позволили ему применить метод, используемый мастерами очков и основанный на изгибе линзы.

При помощи Сарпи Галилей попытался устроить демонстрацию венецианскому сенату, для которого это изобретение было важным, поскольку позволяло обнаруживать с берега врагов. После показа, прошедшего с большим успехом, Галилей проявил все свое хитроумие. Он передал права на производство прибора Венецианской Республике в обмен на существенное повышение своей заработной платы, поднятой до 1000 флоринов, и более престижное место в университете, где ему предоставили пожизненную кафедру. Но на самом деле Венеция не могла помешать другим конструировать телескопы, и производители линз для монокуляров заработали по всей Европе. После того как Галилей улучшил свое материальное положение, он продолжил совершенствовать прибор. Постепенно ученый перешел к модели, увеличивающей в 20 раз (и это помогло ему сделать несколько потрясающих открытий, в результате которых Земля стала считаться такой же планетой, как и другие), а в конце концов ему удалось создать телескоп с 30-кратным увеличением.

Честь впервые наблюдать Луну из телескопа выпала английскому астроному Томасу Хэрриоту (1560-1621). В 1609 году он провел множество наблюдений, по результатам которых сделал рисунки, как и Галилей несколько месяцев спустя. Из- за растущей среди астрономов конкуренции ученому для сохранения первенства в открытиях приходилось прибегать к особой стратегии.

Галилей изучал Луну систематически, во всех ее фазах. Больше всего его занимало то, что лунная поверхность с горами и долинами похожа на земную, а не на гладкий шар, как считали перипатетики. Это означало, что, по всей вероятности, она состоит из вещества, похожего на земное (но в любом случае не из неразрушимой субстанции).

В подробных рисунках Луны, сделанных Галилеем, на некоторых теневых областях заметны блестящие точки. Галилей считал, что это горные вершины, на которые падают солнечные лучи. Он даже попытался установить высоту этих гор (сейчас мы знаем, что горы на Луне примерно такой же высоты, как и на Земле). Существование гор подтверждается и неровностью линии терминатора (светораздела, разграничивающего освещенную и темную части Луны).

Иоганн Кеплер всегда старался идти вслед за Галилеем, а тот, в свою очередь, по мере возможности сообщал ему о своих открытиях, правда соблюдая осторожность, поскольку считал Кеплера своим прямым конкурентом.

Немецкий астроном, опираясь на те немногие данные, которые были в его распоряжении, создал множество теорий о Луне. Например, округлые формы на ее поверхности могли означать, что планета состояла из пористого материала. Возможно, поэтому она была легче и, соответственно, Земля могла увлекать ее за собой. Кеплер считал вполне вероятным, что на Луне существует жизнь. Он даже предположил, что некоторые формы, видимые на ней, были делом рук разумных существ, а именно конструкциями, созданными для защиты от Солнца: «Поскольку их день длится 15 наших земных суток, то днем они страдают от невыносимой жары [...] и строят на свой особый лад: выкапывают обширные котлованы, а вынутый грунт насыпают в виде кольцеобразных валов и разбрасывают [...] Они могут построить даже своего рода подземный город: вырыть в круглом цоколе множество нор, а возделанные поля и пастбища расположить в центре...»

Еще один вопрос, которым задавался Галилей, был связан со вторичным светом. Одна часть растущей Луны светится, поскольку на нее падают прямые солнечные лучи, а остальная часть излучает слабое сияние, благодаря которому виден ее контур. Ученый отбросил гипотезы о том, что этот свет идет от самой Луны или от звезд, и впоследствии отстаивал более убедительную теорию, согласно которой это отраженный свет Земли. То же происходит и в обратном направлении: блеск полной Луны заставляет Землю ночью сиять.

Когда Галилей обратил внимание на звезды, первой неожиданностью стало то, что в телескопе они казались еще меньше. Сегодня нам хорошо известно, что слой атмосферы визуально увеличивает размер звезд, а при наблюдении в телескоп это явление исчезает.

И хотя, в отличие от планет, звезды в телескоп нельзя рассмотреть подробнее, а напротив, прибор уменьшает их размер, зато он увеличивает их количество. В созвездии Ориона Галилей обнаружил сотни звезд, невидимых невооруженным глазом. То, что Птолемею казалось туманностями, открылось Галилею как совокупность многих тысяч звезд.

Было бы логично предположить, что количество звезд, видных в телескоп, и масштабы Вселенной привели Галилея к тем же выводам, что и Бруно. Располагались ли звезды на одном и том же расстоянии? Или были разбросаны по бескрайнему небосводу? Одним из доводов астрономов против гипотезы о движении Земли было то, что звезды никогда не меняют своего положения относительно созерцающего их, то есть не наблюдается параллакс. Этот аргумент был основным, но его можно было бы отклонить, доказав, что звезды удалены на достаточное расстояние, чтобы этот эффект не проявлялся. И тем не менее, возможно, из-за трагического оборота, который приняли исследования Бруно, или по какой-то еще причине Галилей был очень осторожен с заявлениями о бесконечности Вселенной.

Одним из главных открытий Галилея стали спутники Юпитера. Он написал о них в «Звездном вестнике», труде, который ученый публиковал второпях, чтобы успеть рассказать о своих открытиях раньше всех. Как описывает Галилей, в январе 1610 года он направил свой новый телескоп на Юпитер и обнаружил, что рядом с ним находятся три звезды. В последующие дни он с удивлением заметил, что звезды двигаются, а очень скоро нашел еще и четвертую.

Спутники Юпитера, открытые Галилеем, также называют галилеевыми спутниками. Это Ио, Европа, Ганимед и Каллисто — все названия взяты из греческой мифологии. Галилей же назвал их Юпитер I, Юпитер II, Юпитер III и Юпитер IV. Окончательные названия дал Симон Марий (1573- 1624), немецкий астроном и современник Галилея (хотя официально они стали использоваться только во второй половине XX века). Это четыре самых крупных спутника из 64, вращающихся вокруг гигантского Юпитера. Ганимед является крупнейшим спутником во всей Солнечной системе. Ближе всего к Юпитеру находится Ио, на ее поверхности наблюдается значительная вулканическая активность: здесь обнаружено около 400 действующих вулканов. Европа покрыта слоем льда, внутри которого находится водяной океан, и это одно из мест, где, по мнению астробиологов, может существовать жизнь. Считается, что у Ганимеда могут быть тектонические плиты и металлическое ядро. На поверхности Ганимеда есть огромная темная зона овальной формы, названная Областью Галилея. Каллисто состоит из камня и льдов и усеяна кратерами. По мнению астрономов, это одно из лучших мест для строительства в будущем космической базы. Все эти сведения были получены благодаря экспедициям НАСА, таким как «Пионер-10», «Пионер-11» и «Вояджер-2». Последним аппаратом, который долетел до Юпитера и даже проник в его атмосферу, стал «Галилео» в 1990 году.

Расположение четырех галилеевых спутников (слева направо): Ио, Европа, Ганимед и Каллисто.

Они то появлялись, то исчезали, их количество и расположение менялись, но это всегда были те же самые четыре объекта. Как можно интерпретировать эти наблюдения? Необходимо было провести целое расследование, и, возможно, Галилей рассуждал так же, как Шерлок Холмс: «После того как отброшено невозможное, все, что остается, каким бы невероятным оно ни казалось, и есть решение». А самое правдоподобное объяснение заключалось в следующем: эти звезды были спутниками Юпитера, что и было доказано после множества наблюдений.

Маленькие звезды, увиденные Галилеем (спутниками их позже назвал Кеплер), были потрясающим открытием. Впервые обнаружены спутники у еще одной планеты, кроме Земли, что стало важным доказательством в пользу гелиоцентризма. Сторонники геоцентризма всегда утверждали, что только вокруг Земли вращалась еще одна планета, Луна. Доказательство того, что и другие планеты имеют спутники, делало эти замечания несостоятельными, а гелиоцентрическую модель — логичной.

Галилей всегда старался найти практическое применение своим открытиям. Он подумал, что спутники Юпитера могли бы помочь разрешить важную проблему моряков и торговцев — определение географической долготы. К тому времени это стало государственной задачей. Во время длительных плаваний корабли терялись, с ними гибли люди и пропадали ценные грузы. Правильное определение долготы было насущной и животрепещущей проблемой. Король Испании Филипп III даже назначил большое вознаграждение тому, кто нашел бы ее решение.

Галилей решил использовать спутники Юпитера как стрелки часов, которые могли бы определить долготу посреди океана. У этих спутников происходят тысячи затмений в год и как минимум одно за ночь (а в среднем три). Можно было сделать таблицы с указанием точного времени затмений в определенном месте, а моряки отнимали бы это значение от времени там, где они находились, и узнавали бы свою долготу.

Чтобы узнать наше точное местоположение на Земле, необходимо установить широту и долготу. Способ вычислить широту был известен с давних времен: ее значение, определяющее расстояние от полюса и экватора, можно было получить, например, высчитав высоту Солнца или угол, образуемый Полярной звездой с горизонтом (при помощи астролябии). Метода же вычисления долготы не существовало. Если мы будем двигаться на восток по прямой линии, то через каждые пройденные 15° долготы должны будем перевести стрелки часов на час назад, а при движении на запад — вперед. Поскольку местное время узнать легко исходя из высоты Солнца или расположения звезд, то вопрос о долготе сводится к тому, чтобы узнать время в другой точке, взятой в качестве ориентира. Возить с собой часы с маятником было невозможно, поэтому проблему долготы смогли решить только после изобретения Джоном Гаррисоном (1693- 1776) хронометра. Свой первый хронометр англичанин сделал в 1759 году. С 1884 года земной шар условно поделен на часовые пояса, напоминающие дольки апельсина, начиная от нулевого Гринвичского меридиана. Каждый часовой пояс отличается от другого на один час, то есть на 15° долготы.

Следующая сложность была сугубо технической: как узнать, что моряки правильно наблюдают затмения? Тогда Галилей сконструировал специальный прибор в виде перевернутого купола с телескопом, который должен был обеспечить неподвижность устройства во время наблюдения. Но эта попытка провалилась. Достаточно было легкого толчка, чтобы телескоп потерял равновесие, и спутники пропадали из фокуса. Ни один моряк даже при самом легком волнении не мог навести фокус и вычислить долготу. Галилей попробовал продать свое изобретение и даже устроил практические показы, на которых его помощник действительно отплывал на корабле, но ему так и не удалось убедить кого-либо в практической пользе устройства.

Открытие фаз Венеры (в 1610 г.) оказало большое влияние на споры об устройстве мира. Эти фазы похожи на лунные, Венера также бывает растущей, полной, убывающей и снова полной. Объяснить их можно было, предположив, что иногда Венера находится за Солнцем и невидима с Земли, а иногда — перед Солнцем, и в зависимости от угла, который она образует с Землей, планета освещена по-разному. Галилею также удалось наблюдать Сатурн и его аномалии, которые он, однако, не смог интерпретировать как кольца. Ему показалось, что это были пятна в форме ручек, иногда внезапно исчезавшие. Вначале он подумал, что это могли быть спутники, но в конце концов отбросил эту идею. Недостаточная мощность телескопа не позволила ученому наблюдать кольца Сатурна, в определенные периоды года поворачивающиеся под таким углом, под которым становятся практически невидимыми с Земли.

Галилей не мог обнародовать свое открытие, не имея четкого представления о его сути. С другой стороны, чем дольше он тянул с публикацией, тем выше был риск, что его опередит другой астроном. Поэтому исследователь придумал способ, с помощью которого обеспечивал себе первенство открытия, ничего о нем не рассказывая: он отправил великому герцогу Тосканскому анаграмму, в которой была зашифрована новость, и предлагал остальным астрономам, в том числе Кеплеру, разгадать ее содержание, что было почти невозможно, учитывая количество доступных комбинаций. Анаграмма выглядела настоящей абракадаброй: SMAISMRMILMEPOETALEUMIBV NENUGTTAVIRAS.

Телескоп позволил Галилею совершить необыкновенные открытия, например спутники Юпитера. Рисунки, изображающие их, взяты из трактата «Звездный вестник».

Демонстрация на башне Сан Марко в Венеции военных возможностей, открываемых телескопом.

Через несколько месяцев Галилей раскрыл ее значение: ALTISSIMUM PLANETAM MERGIMINUM OBSERVAVI, что в переводе означает: «Я наблюдал, что высочайшая планета [по сравнению с Сатурном] была тройной».

Историк Стилман Дрейк (1910-1993) уверяет, что Галилей видел также и Уран, хотя и спутал его со звездой. Впоследствии Уран был открыт Уильямом Гершелем (1738-1822) в 1781 году. Дрейк пришел к такому выводу, внимательно изучив записи Галилея и заметив, что его заметки были сделаны в период, когда Уран должен был быть скрыт за Сатурном. И действительно, одна из звезд, нарисованных Галилеем, на самом деле является планетой Уран.

Дрейк также отмечал потрясающую точность наблюдений Галилея. По его мнению, ученый пользовался прибором, о котором говорил лишь вскользь и который был более подробно описан одним из его учеников. Это приспособление было очень простым и состояло из сетки, подвешенной на телескоп рядом с объективом. Таким образом, если смотреть одним глазом через окуляр, держа другой открытым, и не сводить взгляда с сетки, создавался эффект, похожий на тот, который возникает при использовании микрометрических инструментов с визуальными шкалами. Как объяснял сам Галилей, этот инструмент служил для «точного измерения интервалов и расстояний».

Галилей дважды зашифровывал свои открытия в анаграммах, и Кеплер был одним из астрономов, заинтересованных в разгадке этих тайных посланий. Любопытно, что он нашел собственные интерпретации, которые, как впоследствии обнаружилось, также были верными. Анаграмма — это игра, в которой перемешанные случайным образом буквы надо поставить в нужном порядке, чтобы узнать скрытый в сообщении смысл. В первой анаграмме Галилея о Сатурне Кеплер расставил буквы следующим образом: Salve umbistineum geminatum martia proles, или «Привет вам, близнецы, Марса порождение». По мнению Кеплера, в открытии Галилея говорилось о двух спутниках Марса. Хотя его версия и была ошибочна, в 1877 году выяснилось, что у Марса действительно есть два спутника, Фобос и Деймос. Вторую анаграмму Галилей посвятил фазам Венеры: Наес immatura a me iam frustra lengunturoy, что дословно означает «Напрасно я прочел преждевременно». Кеплер нашел восемь возможных осмысленных прочтений, все они были неправильными и не соответствовали тому, что зашифровал Галилей. Удивительно, но Кеплер предложил и девятую интерпретацию: Macula rufa in jove est, gyratur mathem, etc, что в переводе означает «На Юпитере есть пятно, которое вращается математически». Сегодня все знают о пятне на Юпитере, но Кеплеру о нем ничего не было известно. Впервые пятно наблюдали в XIX веке.

Одним из самых важных и вызвавших наибольшие споры явлений было наблюдение солнечных пятен, которое Галилей провел в начале 1611 года. Ученый не мог смотреть в телескоп прямо на Солнце, ведь оно излучает такое огромное количество света, что он бы ослеп. Для таких наблюдений обычно прибегали к непрямому способу, названному методом проецирования. Метод заключался в наведении телескопа на Солнце и проецировании получаемого из окуляра изображения на белую поверхность. При наличии пятен на Солнце на этой поверхности наблюдаются более темные области. Прибегнув к подобному методу, Галилей смог не только увидеть солнечные пятна, но и убедиться, что они постоянно находятся в движении и изменяются. Существуют доказательства того, что пятна были обнаружены за несколько столетий до Галилея. Считается, что первым, кто увидел их в телескоп, мог быть астроном Томас Хэрриот.

Эти наблюдения повлекли за собой интересные споры. Некоторые утверждали, что пятна могут быть проекциями теней от тел, располагающихся между Солнцем и Землей. Такое толкование изложил в своих письмах, опубликованных под псевдонимом Апеллес, Кристоф Шейнер (1573-1650). Когда они попали в руки к Галилею, тот ответил серией писем, озаглавленных «История и демонстрация солнечных пятен» (1613), в которых геометрически доказывал, что эти пятна находятся на поверхности Солнца. Основываясь на их движении, Галилей сумел установить, что Солнце оборачивается вокруг своей оси за месяц.

По сути, перипатетики стремились сохранить теорию чистоты и неразрушимости Солнца, а она не допускала наличия пятен. Это наблюдение также ясно показывало несостоятельность идей Аристотеля.

Sidereus nuncius, или «Звездный вестник», опубликованный в 1610 году, заслуживает отдельного упоминания. Галилей быстро понял, как важны его наблюдения и что о них необходимо рассказать, а также закрепить первенство своих открытий.

Любой астроном с телескопом мог опередить его, поэтому Галилей решил срочно подготовить небольшую книгу на латыни. Помимо описаний, он сделал подробные рисунки Луны, Юпитера и его спутников, а также некоторых наблюдаемых звезд. Биограф ученого Винченцо Вивиани (1622-1703) писал:

«Все эти открытия были сделаны в январе 1610 года, и, продолжив свои наблюдения весь февраль, он вскоре рассказал о них миру в своем «Звездном вестнике», который издал в Венеции в начале марта».

«Вестник» стал настоящим триумфом и считается самой важной книгой XVII века. Он вызвал множество споров и обсуждений. Знаменитые гуманисты и математики сначала отрицали открытия Галилея, в то время как другие, например иезуит Христофор Клавий, признали силу представленных доказательств.

Профессор астрономии Франческо Сицци попытался дискредитировать открытия Галилея, прибегнув к рассуждениям, не выходящим за рамки логического круга: «Спутники Юпитера невидимы невооруженным глазом и, следовательно, не могут оказывать никакого влияния на Землю, а значит, не существуют». Были и другие профессора — например, друг Галилея Чезаре Кремонини (1550-1631), — которые просто отказались смотреть в телескоп. Они привыкли к определенной картине мира и не хотели менять свои представления. Словом, книга никого не оставила равнодушным.

Несмотря на почести, оказанные Галилею Венецианской Республикой, он не раздумывая посвятил книгу Козимо II Медичи, великому герцогу Тосканскому, а спутники назвал Медицейскими звездами. Галилей хотел завоевать расположение герцога, поскольку собирался во что бы то ни стало вернуться во Флоренцию. До этого он уже подарил Козимо один из своих телескопов, предложил научить им пользоваться и показать спутники Юпитера. После переговоров Галилею был предложен один из лучших контрактов, на которые можно было рассчитывать в то время. В июле 1610 года он уехал из Падуи, став математиком и философом при дворе великого герцога Тосканского. Возвращаясь во Флоренцию, он взял с собой обеих дочерей, оставив в Падуе сына Винченцо и мать своих детей, Марину.