Кеплер. Движение планет. Танцы со звездами.
Шрифт:
Стоит упомянуть и таких сторонников гелиоцентрической гипотезы в Средние века, как Ибн-Рушд (1126-1198 годы) и его ученик Ал-Битруджи (умер в 1204 году), а также Насир ад-Дин ат- Туси (1201-1274) из Мараги, Персия.
Ранее считалось, что орбиты – это окружности, заключенные в сферы, потому что господствовала аристотелевская идея о том, что круг – самая совершенная фигура. Поскольку в действительности орбиты не круглые, а Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот, геоцентрические модели должны были включать эпициклы и другие усложнения. Круг может быть простой правильной фигурой, но два круга – это уже нечто иное, они нарушают аристотелевские простоту и совершенство. Средневековое описание космоса
Нур Ад-Дин Ал-Битруджи стал первым астрономом после Птолемея, представившим альтернативную космическую модель. Для Ал-Битруджи движение планет объяснялось физическими причинами.
Кеплер заметил и уже знакомые сегодня лунные кратеры с их характерными круглыми краями. Его интерпретация была весьма оригинальной, хотя и шутливой. Кеплер предположил, что Луну населяли селениты. Они были крупнее и сильнее человека, так как должны были переносить дневную жару, которая у них длилась целый месяц. А поскольку сами они были большими, то и все вокруг тоже создавали большим.
Вот селениты и возвели эти огромные круглые стены как защиту от Солнца. Внутренняя часть кратеров использовалась под посевы. Сегодня-то мы знаем, что кратеры – это результат метеоритного дождя, но в те времена представить такое было сложно. Кеплер считал, что Луна состоит из пористого материала, похожего на пемзу, из-за чего ее плотность должна быть низкой. Это вполне соответствовало его теории, что вращение Земли продуцирует магнетическую силу, которая заставляет вращаться Луну. А поскольку скорость вращения обратно пропорциональна массе тела, а Луна вращается быстро, то это означает, что наш спутник имеет невысокую плотность.
Наличие лунного лимба Кеплер интерпретировал как доказательство существования атмосферы. Подтверждало эту догадку и заявление Мёстлина, что он наблюдал на Луне огромное черное облако, вероятно, несущее крупную бурю.
Комментарии Кеплера дальше от реальности, чем предположения Галилея, который в целом скептически относился к мистицизму своего немецкого коллеги. Однако оба они верно объяснили пепельный отсвет на поверхности Луны – это солнечный свет, отраженный от Земли, затем его отражение доходит до Луны, и наблюдатель на Земле видит его повторное отражение. Что касается красноватого цвета Луны во время затмений, то Кеплер считал, что он вызван атмосферным преломлением в земной атмосфере, а Галилей – что это разновидность зари, что-то вроде земных рассветов.
В своей книге Кеплер цитирует Аверроэса (Ибн-Рушда), который придерживался идей, близких к гелиоцентризму.
В своих объяснениях космоса Кеплер нередко ошибался. Стоит ли удивляться этому? Ведь ученый делал первые шаги в научном познании Вселенной. Он попытался объяснить природу неподвижных звезд и вызвал жаркие дебаты, касающиеся бесконечности космоса, которая сегодня носит название фотометрического парадокса (парадокса Ольберса) (см. следующий параграф).
Галилей обнаружил, что звезд, называемых неподвижными и наблюдаемых невооруженным глазом, гораздо меньше (примерно 6000), чем тех, которые можно увидеть при помощи телескопа (более 10 ООО). Этот факт снова поднимал вопрос о том, бесконечна ли Вселенная, как предполагали Бруно, Николай Кузанский и Гильберт, или же она конечна, как считали Коперник и Кеплер. Галилей не слишком
В связи с дифракцией оптический прибор не может показывать изображения с неограниченной точностью. Часто в изображении две близкие точки сливаются в пятна, и возможность их различить зависит от разрешающей способности прибора. Минимальное значение пятна, или дифракционный предел, рассчитывается по формуле:
R = 1,22 λ/D
где лямбда – это длина наблюдаемой волны, D – апертура оптического прибора. Разрешающая способность тем больше, чем меньше угол R. Человеческий глаз со зрачком диаметром 2 мм может наблюдать волны длиной 500 нм и имеет разрешающую способность в 1'. Оптический телескоп диаметром 30 см имеет разрешающую способность примерно 0,5", а профессиональный, диаметром 4 м, 0,01" . Однако разрешение не может расти неограниченно из-за атмосферной турбулентности, которая продуцирует изображения размером примерно 1" в зависимости от места и времени наблюдения. Турбулентность вызывает изменение индекса рефракции, из-за чего изображение звезды расширяется, а его контрастность падает. Для предотвращения подобного эффекта все большие телескопы должны использовать специальные технологии. Так, в оптическом телескопе GRANTECAN (Большой канарский телескоп на острове Ла Пальма) диаметром 10,4 м и с разрешающей способностью 2 х 10– 4 минуты дуги применяется адаптивная оптика, в которой подвижное зеркало принимает форму, компенсирующую деформацию изображения. Линза одного из телескопов, построенных Галилеем, имела 33 мм в диаметре, поэтому его разрешающая способность была в 16 раз выше, чем у человеческого глаза, и размер звезды в нем уменьшался, а размер Луны, напротив,увеличивался.
Крупнейший в мире Большой канарский телескоп, находящийся в обсерватории Роке де Лос Мучачос, на острове Ла Пальма.
Телескоп не только увеличивал предметы и приближал их, но и собирал больше света, поскольку фокусирующая поверхность объектива была гораздо больше, чем человеческий зрачок. Это позволяло увидеть звезды, которые невозможно было различить невооруженным глазом.
Бесконечность Вселенной была связана с гелиоцентризмом, ведь если Вселенная бесконечна, у нее не может быть центра. Кеплер считал, что Вселенная конечна и представляет собой шар с полостью посередине, где находится Солнечная система. За пределами этой полости существуют звезды – самосветящиеся объекты, имеющие отличную от Солнца природу. Ученый в своей концепции опирался как на религиозное чувство, так и на наблюдения и объективные аргументы.
Он считал, что неподвижные звезды имели угловой размер примерно в одну минуту или больше. Независимо от яркости звезды кажутся примерно одного размера, и это могло бы означать, что чем дальше звезда, тем она должна быть больше. Однако Кеплер посчитал, что на самом деле все звезды более или менее одного размера и находятся примерно на одном и том же расстоянии от Земли. При этом с помощью телескопов можно наблюдать все существующие звезды, потому что большее их количество уже не поместилось бы на небе.
Сегодня нам легко обнаружить ошибку в этом рассуждении. Одной минуте равен не угловой размер звезд, а разрешающая способность человеческого глаза, который просто не в состоянии различить предметы, имеющие меньший размер. Разрешение любого прибора – это минимальный угол между объектами, который может различить оптическая система. Отдельные точки изображения могут рассеиваться или накладываться друг на друга вследствие дифракции. Изображение точки, видимое глазом или с помощью телескопа, на самом деле представляет собой результат дифракции.