Отражённые в небе мифы земли

Заключение

История деления неба на созвездия, которой мы слегка коснулись, является, разумеется, лишь обрамлением картины развития астрономии. И, поскольку мы затронули лишь эллинскую версию этого процесса, ничего не говоря о древнем Египте, Двуречье и Востоке, где небо было разделено по-другому, будет уместно вкратце напомнить также о том, как развивалась в это время сама греческая астрономия.

В наши дни нередко приходится слышать мнение, что астрономия — небольшой и не очень важный раздел физики, который занимается проверкой тех или иных ее теорий. «Астрономия — наука теоретическая», — заметил как-то в разговоре со мной один видный, занимающийся астрономией физик. Точно так же лет сто пятьдесят тому назад многие считали астрономию чисто математической дисциплиной — и действительно, тогда на весь мир прогремело открытие Нептуна Урбеном Леверье, основанное, впрочем, на точнейших наблюдениях движения Урана.

Однако это не так. Современная астрономия является наукой о природе; она тесно связана с другими науками и, разумеется, в первую очередь — с физикой, но отношения между ними равноправны. Об этом говорит история астрономии, и мы знаем, что впервые взаимодействие науки о небе с другими разделами человеческого знания началось в Древней Греции. И действительно, применение мощного нового метода — евклидовой геометрии к результатам даже очень простых и не очень точных (у греков не было совершенных угломерных инструментов и часов) наблюдений позволило не только успешно решать прикладные задачи, но и впервые произвести исключительно важные фундаментальные исследования — установить факт изолированности Земли в пространстве, определить ее форму и размеры, расстояние от Земли до Луны и оценить в этих единицах расстояние до Солнца.

Астрономы Древней Греции впервые стали последовательно проводить идею взаимодействия астрономии с математикой; ранее это не делалось в Египте и Двуречье довольствовались определением длины года, фиксацией определенных его моментов и, разумеется, предсказанием затмений. В суть вещей астрономы этих стран проникнуть, повидимому, не пытались, а может быть, не хотели или не могли. Во всяком случае первую попытку определения масштаба системы Земля — Луна — Солнце мы приписываем древним грекам. О шарообразности Земли с доказательствами ее мы читаем уже у Аристотеля в середине IV в. до н. э. Примерно в это же время хранитель Александрийской библиотеки Эратосфен определил из измерений величины теней в полдень в Александрии и Асуане диаметр земного шара с неплохой (по-видимому, порядка 20 %) точностью. Столетием раньше Анаксагор из Клазомены объяснил истинную причину солнечных и лунных затмений, а также установил тот факт, что Луна светит отраженным светом Солнца.

В III в. до н. э. Аристарх Самосский, первый гелиоцентрист, анализируя свои наблюдения, определил с помощью геометрического построения, что Солнце отстоит от Земли в 19 (на самом деле в 370) раз дальше, чем Луна. Ошибка была вызвана несовершенством применявшихся им угломерных устройств.

Гиппарх Никейский, работавший во II в. до н. э. на Родосе, обнаружил предварение равноденствий прецессию; он изучал также движение линии узлов лунной орбиты, неравномерность годичного движения Солнца и определил расстояние от Земли до Луны.

Разумеется, при таком уровне фундаментальных исследований астрономы древней Эллады решали без большого труда все задачи, которые могли поставить перед ними потребности повседневной жизни эпохи.

Энциклопедией античной астрономии был «Альмагест» Клавдия Птолемея. Без всякого сомнения можно утверждать, что даже через 1000 лет одно его оглавление заставляло трепетать сердце любого астронома. И, действительно, мы знаем, какие усилия были приложены в XV в. для того, чтобы сделать доброкачественный прямой перевод этой книги с греческого языка на латынь.

Просмотрим же теперь бегло содержание «Альмагеста». В первой его книге астроном времен Ивана Грозного или Генриха IV мог найти описание небесной сферы и наиболее употребительных ее кругов, а также сферическую тригонометрию. Вторая книга труда Птолемея посвящена делению Земли по зонам различной продолжительности дня и ночи, восходу и заходу Солнца и определению длины тени. Третья и четвертая книги «Альмагеста» трактуют продолжительность года и месяца, а пятая излагает устройство астролябии и новые измерения неравенства движения Луны. В шестой книге говорится о противостояниях Солнца и Луны и описываются условия затмений, а седьмая посвящена прецессии; в ней же приведен каталог Гиппарха с 21 северным, 12 зодиакальными и 15 южными созвездиями. Для некоторых его звезд приведены координаты долгота и широта, другие же указаны по их расположению в созвездиях. В тринадцатой книге дано описание Млечного Пути, а в последних пяти излагается геоцентрическая система.

К сожалению, довольно часто в популярных, да и не только популярных изданиях наших дней можно встретить мнение о труде Клавдия Птолемея как о реакционной и принесшей много вреда науке книге, пропагандирующей неправильную геоцентрическую систему мира. Как было бы хорошо, если бы там прямо была изложена гелиоцентрическая система Анаксагора — Коперника! Ведь сколько времени потеряли европейские астрономы для восстановления истины!

Но не будем требовать от мудрецов Эллады невозможного; они и так сделали невероятно много для создания современной европейской цивилизации. Что же касается системы Птолемея, то астрономия всегда была наблюдательной наукой и остается таковой, а наблюдения предшественников величайшего астронома античности не позволяли сделать однозначный выбор между гео- или гелиоцентрической системой мира. На уровне гипотез обе системы считались равноправными — древние греки были весьма терпимы в научных спорах и не отдавали заранее предпочтения какой-нибудь определенной точке зрения (это научились делать позже, в средние века); математический аппарат для анализа данных был создан, и его было бы вполне достаточно для доказательства гелиоцентризма, но небесные координаты планет определялись тогда со значительными погрешностями. Поэтому астрономии пришлось ждать великого Коперника, гениального наблюдателя Тихо Браге с его точнейшими инструментами и необузданного в своей фантазии скрупулезного аналитика Кеплера, которые появились на исторической сцене через 15 веков после Птолемея.

Следует заметить, что геоцентрическая система Птолемея была доработана до высокой степени совершенства и позволяла с неплохой точностью удовлетворять всем требованиям практики, предсказывая положение на небе Луны, Солнца и планет; так, по «Альмагесту» были составлены достаточно совершенные мореходные таблицы Региомонтана, которыми пользовались португальские мореплаватели и навигаторы эскадры Колумба. Не следует также забывать, что в Европе геоцентризм имел мощную поддержку католической церкви, которой импонировало иметь в центре Вселенной Землю, а значит, и венец творения — ее обитателя человека. Все это, разумеется, задержало развитие правильных представлений о строении Солнечной системы, и лишь после работ Кеплера придерживаться геоцентризма сколь-нибудь уважающему себя европейскому астроному стало невозможно, хотя в университетах его продолжали изучать еще во времена кардинала Ришелье.

Интересным практическим применением Птолемеева «Альмагеста», давшим, как в наши дни принято говорить, значительный экономический эффект, было открытие Колумбом Америки. Христофор Колумб, несмотря на смелость, не был авантюристом и тщательно готовил свою экспедицию, направлявшуюся искать Индию западным путем. Известно, что он беседовал с работавшими в Испании и Италии географами — учеником Региомонтана Мартином Бехаймом из Нюрнберга и известным географом Паоло Тосканелли. Тема этих бесед была, по-видимому, весьма конкретна: каково расстояние от Испании до Индии, если плыть на запад. Великий генуэзец изучал также и литературу; в одной из библиотек Севильи сохранился экземпляр труда «Трактат о картине мира» кардинала Пьера д’Айн (1350–1420) с пометками Колумба на полях, в котором излагаются античные аргументы в пользу шарообразности Земли, взятые из книги «Opus Maius» («Великий труд») английского ученого монаха Рожера Бэкона. На широте Канарских островов ширина океана, называемого теперь Атлантическим, составляла по данным Пьера д’Айн 78° (около 6000 км). Колумб с удовлетворением пишет на полях этой страницы: «Следует принять, что Земля шарообразна… Конец Испании и начало Индии (при плавании на Запад) не очень удалены друг от друга, — продолжает он, — очевидно, что при хорошем ветре можно пересечь море за несколько дней».

Рис. 71. Птолемей и Астрономия (аллегория из книги: Жемчужина философии. - Страсбург, 1504_

Мартин Бехайм переселился из Нюрнберга в Лиссабон и занимался там преподаванием навигации. Он снабдил португальских мореплавателей эфемеридами Региомонтана (таблицами, позволяющими заранее определить положение светил; по ним, кстати, Колумб предсказал лунное затмение 1 марта 1504 г., сильно повысив свой авторитет у жителей современной Ямайки) и ввел в употребление посох Якова — простейшей угломерный инструмент. Бехайму принадлежит также создание в 1492 г. одного из первых европейских земных глобусов, который по его эскизам был изготовлен в Нюрнберге. Этот глобус несколько опоздал к плаванию Колумба, но на середине изображенного на нем между Испанией и Японией Атлантического океана мы видим следующую надпись: «Как хорошо устроен мир, что мы можем повсюду проплыть на корабле, как здесь показано».

Рис. 72. Доказательство шарообразности Земли. (Из руководства по устройству солнечных часов 1531 г.). Надпись вверху: «Эта схема показывает, что Земля шарообразна». Написи под рисунками: «Если бы Земля была квадратной, треугольной или шестиугольной, мы увидели бы при лунном затмении тень соответствующей формы)

Таким образом, Колумб взял на вооружение труды Птолемея и изложенные в них аргументы в пользу шарообразности Земли, отказавшись от «более современных» (VI в. н. э.) данных византийского путешественника Козьмы Индикоплова, поместившего плоскую Землю в своего рода ящик с сплошными стенками (рис. 74)… Действительно, нет ничего практичнее хорошей теории!

Экономический же эффект открытия Нового Света оценить довольно трудно, но, по-видимому, лишь одна интродукция в Европу томатов, картофеля и садовой земляники с избытком скомпенсировала все затраты человечества на астрономию, начиная с квадрантов придворных обсерваторий средневекового Ближнего Востока и кончая орбитальными телескопами, радиоинтерферометрами со сверх-длинной базой и наземными рефлекторами IV поколения.

Рис. 73. Астроном и Теолог (из книги Пьера Д'айи, епископа Камбре, Аугсбург, 1490)

Тихо Браге повысил точность определения небесных координат светил примерно на порядок по сравнению со своими предшественниками. Его небольшие металлические приборы работали гораздо лучше, чем огромные каменные секстанты и квадранты астрономов предыдущих столетий. Создание этих инструментов стало возможным благодаря развитию техники обработки металлов. Систему Коперника Тихо отрицал и имел к тому все основания: его великолепные инструменты не могли измерить годичного параллакса звезд.[59] К 1620 г. Кеплер сформулировал из анализа этих наблюдений свои три закона планетных движений, убедительно доказавшие правоту великого поляка.

Ньютон изучал труды Кеплера и уже в 70-х годах XVII в. сформулировал вытекающий из законов планетных движений закон всемирного тяготения. Анализируя движение Луны, Ньютон показал универсальность открытого им закона. Кстати, в его «Principia» («Началах») высказана идея запуска вокруг Земли искусственного спутника. Как мы знаем, экономический эффект запуска спутников очень велик…

XVIII и XIX вв. были периодом торжества механики Ньютона. Уран был открыт Вильямом Гершелем случайно, с помощью изготовленного им рефлектора неплохих оптических качеств. Существование же Нептуна было доказано, и его положение на небесной сфере определено с помощью расчета. Могло создастся впечатление, что астрономия — наука математическая…

Но, дав физике наблюдения, из которых был получен закон всемирного тяготения, астрономы взяли у нее оптику и спектроскопию. Великолепные объективы телескопов Фраунгофера позволили Струве и Бесселю наконец-то измерить расстояния до ближайших звезд, оказавшиеся невероятно громадными. Открытия физиков XIX в. Бунзена, Кирхгофа и Фраунгофера, продолжившие пионерские наблюдения Ньютона и его современника Волластона, создали основы астроспектроскопии, которая вместе с астрофотометрией положила начало астрофизике. Однако на этом взаимодействие астрономии и физики не прекратилось.

Измерение идущего от Солнца потока энергии (а для этого нужно знать, в частности, расстояние от Земли до Солнца) показало, что известные науке XIX в. химические реакции могут обеспечить его свечение на протяжении лишь нескольких тысяч лет. С другой стороны, сформировавшаяся к концу прошлого века историческая геология утверждала, что несколько сот миллионов лет тому назад условия на Земле были примерно такими же, как сейчас. Поиски требуемого источника энергии увенчались успехом лишь в 20-х годах нашего века: было показано, что в недрах Солнца идут ядерные реакции. И когда пришлось осуществлять эти реакции на Земле, ответ был готов: «в Солнце они идут, и в них участвуют значительные количества вещества». Не вызывает сомнения, что в термоядерных реакторах, которые должны будут в ближайшем будущем удовлетворить потребности человечества в энергии, окажутся осуществленными плотность плазмы и температура, близкие к тем, которые по расчетам астрономов господствуют в центре Солнца. Затем, разумеется, энергоснабжение перейдет к энергетически чистым солнечным наземным электростанциям, не нарушающим теплового баланса нашей планеты. Так астрономия в какой-то степени возместила физике ее щедрый дар — оптические методы исследования небесных тел.

Рис. 74. Система мира по Козьме Индикоплову. Колумб не использовал её при подготовке своего плавания

Послевоенная наука подарила астрономам электронные приемники излучения, ракеты и радиотелескопы; взамен она получила астрофизику высоких энергий. Оказалось, что в некоторых хорошо известных астрономам оптических объектах присутствуют сверхплотное вещество, очень сильные магнитные поля и частицы космического излучения. Анализ наблюдаемых фактов способствовал развитию некоторых разделов теоретической физики. Взаимодействие оптической астрономии со смежными разделами можно изобразить так, как показано на схеме на следующей странице.

В астрономии роль теоретических предсказаний была важной (Леверье, Эйнштейн), но не доминирующей. Так, без предсказаний были открыты квазары, пульсары, реликтовый фон, космические лазеры и аномалии изотопного состава.

Спутниковая астрономия в содружестве с наземной обнаружила рентгеновские галактики, переменные рентгеновские источники, высокотемпературную плазму и двойные системы с нейтронными звездами. Эти неожиданные открытия стимулировали теоретические работы в области гравитационного коллапса, черных дыр, нейтронных звезд, ускорения частиц, теории ядерного вещества, химии низких температур и сверхтекучести.

Рис. 75. Урания - муза небес (из ежегодника на 1499-1531 гг. Ульм, 1499; шарообразность Земли не вызывает у составителя книги сомнений)

Разобщенность наблюдателей и теоретиков поистине поразительна. Реликтовое излучение пришлось открывать по крайней мере три раза: в 1941 г. по молекулярным спектрам (А. Маккеллар), в 1957 г. по 3-сантиметровому радиоизлучению (Т. А. Шмаонов) и, наконец, в работе Пензиаса и Вильсона в 1965 г. также по радиоизлучению (Нобелевская премия 1980 г.). Теория эффекта была разработана и опубликована в 1946 и 1948 гг. Г. А. Гамовым. Заметим, что и в первых двух случаях теоретические (к сожалению, неправильные) объяснения наблюдаемых явлений были даны… Существование нейтронных звезд было предсказано В. Бааде и Ф. Цвикки в 1934 г., но обнаружены они были только в 1967 г. студенткой-дипломницей Кембриджского университета Джоселин Белл. Без труда представляю себе эксперимент, который можно было бы поставить осенью 1935 г. на 100-дюймовом (2,5-метровом) рефлекторе Маунт Вилсон по визуальному исследованию оптического пульсара, находящегося в центре Крабовидной туманности в созвездии Тельца, — для этого потребовался бы лишь стробоскопический диск в фокусе телескопа, вращаемый от мотора, скорость которого экспериментатор мог бы менять реостатом… Разумеется, нужно было еще предсказание теории, что нейтронная звезда должна вращаться и мигать в оптическом диапазоне с частотой в несколько десятков герц…

Поэтому представляется маловероятным, что красное смещение искали по непосредственной подсказке теории. Скорее всего цель работы Хаббла была гораздо скромнее — попытаться найти в туманности Андромеды переменные звезды и оценить расстояние до нее, используя только что сформулированное для цефеид соотношение «период — светимость», и попытаться применить этот метод для других галактик. Только что вошедший в строй 2,5-метровый телескоп обсерватории Маунт Вилсон заметно превосходил по эффективности своего 1,5- метрового предшественника; он и был использован для решения этой задачи.

Поразительно, насколько астрономия проникнута материализмом. Хотя многие заметки на астрономические темы (правда, обычно написанные не астрономами) начинаются со слов «тайна» или «загадка». Не было еще случая, чтобы наблюдаемое на небе явление не смогло быть объяснено с помощью достижений земных наук. Таинственные отклонения в движении Урана оказались вызванными притяжением неизвестной большой планеты, которая по этим отклонениям и была «вычислена» французским астрономом У. Леверье. Новая планета получила название Нептун. Около тридцати лет пришлось ждать, пока обнаруженный на Солнце с помощью спектроскопа новый химический элемент гелий не был найден на Земле. Гипотетические элементы небулий и короний не нашли себе места в таблице Менделеева, но оказалось, что приписываемые им спектральные линии испускают кислород и железо в специфических условиях межзвездной среды и солнечной короны.

Подобные примеры многочисленны. Уже в наши дни была раскрыта еще одна «тайна»: идеально периодические импульсы из космического пространства, которые принимали за сигналы внеземных цивилизаций, оказались излучением нейтронных звезд — пульсаров…

Космические исследования привели не к угасанию, а к расцвету наземной оптической астрономии. Они открыли перед астрономией новые диапазоны электромагнитного излучения — ультрафиолетовый и рентгеновский, а также отчасти инфракрасный. Выяснилось, что заниматься спутниковой астрономией очень трудно; серьезные научные результаты получаются в этой области лишь при весьма значительном вложении труда и средств; кроме того, в этой области нужно научиться быстро работать. Отдача классической астрономии ближе к линейному закону, и сейчас астрономы с интересом ждут начала работы орбитального оптического телескопа, который не только даст интересные результаты, но и сообщит наземным оптическим исследованиям новый импульс. От строительства 25-метрового наземного телескопа астрономы пока решительно отказались, так как для перехода даже к десятиметровому инструменту требуется полная ломка привычной нам технологии создания крупных телескопов. Все ресурсы повышения эффективности должны быть использованы; так, давно канули в Лету времена, когда консервативные руководители обсерваторий уподобляли поиски мест с наилучшими атмосферными условиями спорам свифтовских остро- и тупоконечников.

Рис. 76. Телескоп IV поколения в представлении художника

Тщательно проведенный поиск места установки телескопа может привести к фантастическому повышению его эффективности. Так, перенос инструмента с Северного Кавказа в Таджикистан увеличивает наблюдательное время с первоклассными изображениями на протяжении года более чем в десять раз. Многомиллионные затраты по освоению горных вершин, астроклимат которых исследовался недостаточно серьезно, приходится повторять, устанавливая новые телескопы обсерваторий в других местах…

Исчезают поселки вблизи телескопов: под куполом современного рефлектора во время наблюдений находятся всего два-три человека, живут же астрономы в ближайшем к обсерватории университетском городе.

С не меньшими трудностями встречаются и создатели телескопов следующего поколения. Подобно путнику, пробирающемуся безлунной ночью без дороги в густом лесу, движутся современные астрономы-практики к созданию (пока) одного семи- и одного десятиметрового наземного телескопа, за которыми последует около десятка инструментов с тонкими сплошными зеркалами диаметром 7–8 м. Неудача этого предприятия недопустима; поэтому интенсивно проводятся опытно-конструкторские работы, строятся действующие модели новых телескопов диаметром 3–4 метра и очень часто собираются большие международные симпозиумы, где в горячих спорах вырабатываются способы преодоления многочисленных трудностей и опасностей этого нового дела. Но просвет в лесной чаще уже виден и не вызывает сомнения, что через несколько лет в поле зрения новых наземных оптических телескопов IV поколения появятся первые звезды, а на экранах управляющих ими ЭВМ зажгутся не только небесные координаты наблюдаемых объектов, но и названия созвездий, в которых эти объекты находятся…