История астрономии: приближение к теории большого взрыва

    Надо  сказать, звучит вполне современно.

    В XI—XII веках основные научные труды  греков и их арабоязычных учеников были переведены на латинский. Основоположник схоластики Альберт Великий и его ученик Фома Аквинский в XIII веке препарировали учение Аристотеля, сделав его приемлемым для католической традиции. С этого момента система мира Аристотеля-Птолемея фактически сливается с католической догматикой. Экспериментальный поиск истины подменялся более привычной для теологии методикой — поиском подходящих цитат в канонизированных сочинениях и их пространным комментированием.

    В XIII веке в Толедо под покровительством короля Кастилии Альфонса X Мудрого открылась первая в Европе обсерватория. В ней работали христиане, евреи и мусульмане; подготовленные ими астрономические таблицы были опубликованы в 1252 году (преподнесены королю при восшествии на престол). «Альфонсинские таблицы» отличались хорошей точностью и использовались более двух столетий.

    В XV веке немецкий философ, кардинал Николай Кузанский, заметно опередив своё время, высказал мнение, что Вселенная бесконечна, и у неё вообще нет центра — ни Земля, ни Солнце, ни что-либо иное не занимают особого положения. Все небесные тела состоят из той же материи, что и Земля, и, вполне возможно, обитаемы. За век до Галилея он утверждал: все светила, включая Землю, движутся в пространстве, и каждое находящийся на нём наблюдатель вправе считать неподвижным.

    В XV веке большую роль в развитии наблюдательной астрономии сыграли труды Георга Пурбаха, а также его ученика и друга Иоганна Мюллера (Региомонтана). Кстати, они стали первыми в Европе учёными, не имевшими духовного сана. После серии наблюдений они убедились, что все имевшиеся астрономические таблицы, включая Альфонсинские, устарели: положение Марса давалось с ошибкой на 2°, а лунное затмение опоздало на целый час! Для повышения точности расчётов Региомонтан составил новую таблицу синусов (через 1') и таблицу тангенсов. Только что появившееся книгопечатание способствовало тому, что исправленный учебник Пурбаха и «Эфемериды» Региомонтана в течение десятилетий были основными астрономическими руководствами для европейцев. Таблицы Региомонтана были намного точнее прежних и исправно служили вплоть до Коперника. Их использовали Колумб и Америго Веспуччи. Позже таблицы некоторое время использовались даже для расчётов по гелиоцентрической модели.

    Региомонтан также предложил метод определения долготы по разнице табличного и местного времени, соответствующего заданному положению Луны. Он констатировал расхождение юлианского календаря с солнечным годом почти на 10 дней, что заставило церковь задуматься о календарной реформе. Такая реформа обсуждалась на Латеранском соборе (Рим, 1512—1517) и была реализована в 1582 году.

    Коперниканская революция

    К XVI веку стало ясно, что система  Птолемея неадекватна и приводит к недопустимо большим расчётным  ошибкам. Для повышения точности расчётов положений планет некоторые  астрономы предлагали ввести дополнительные эпициклы, но и они не спасали  положение. Николай Коперник стал первым, кто предложил детально проработанную альтернативу, причём основанную на совершенно иной модели мира.

    Главный труд Коперника — «De Revolutionibus Orbium Caelestium» (О вращении небесных сфер) — был в основном завершён в 1530 году, но только перед смертью Коперник решился опубликовать его. Впрочем, в 1503—1512 годах Коперник распространял среди друзей рукописный конспект своей теории («Малый комментарий о гипотезах, относящихся к небесным движениям»), а его ученик Ретик опубликовал ясное изложение гелиоцентрической системы в 1539 году. Повидимому, слухи о новой теории широко разошлись уже в 1520-х годах.

    По  структуре главный труд Коперника  почти повторяет «Альмагест» в несколько сокращённом виде (6 книг вместо 13). В первой книге также приведены аксиомы, но вместо положения о неподвижности Земли помещена иная аксиома — Земля и другие планеты вращаются вокруг оси и вокруг Солнца. Эта концепция подробно аргументируется, а «мнение древних» более или менее убедительно опровергается. Коперник упоминает как своих союзников только античных философов Филолая и Никетаса.

    С гелиоцентрических позиций Коперник без труда объясняет возвратное движение планет. Далее приводится тот же материал, что и у Птолемея, лишь немного уточнённый: сферическая  тригонометрия, звёздный каталог, теория движения Солнца и Луны, оценка их размеров и расстояния до них, теория прецессии и затмений.

    В книге III, посвящённом годовому движения Земли, Коперник делает эпохальное открытие: объясняет «предварение равноденствий» смещением направления земной оси. В книгах V и VI, посвящённых движению планет, благодаря гелиоцентрическому подходу стало возможно оценить средние расстояния планет от Солнца, и Коперник приводит эти данные, довольно близкие к современным.

    Система мира Коперника, с современной точки  зрения, ещё недостаточно радикальна. Все орбиты круговые, движение по ним  равномерное, так что эпициклы пришлось сохранить — правда, вместо 80 их стало 34. Механизм вращения планет сохранён прежним — вращение сфер, к которым прикреплены планеты. Но тогда ось Земли в ходе годичного вращения должна поворачиваться, описывая конус; чтобы объяснить смену времён года, Копернику пришлось ввести третье (обратное) вращение Земли вокруг оси, перпендикулярной эклиптике, которое использовал также для объяснения прецессии. На границу мира Коперник поместил сферу неподвижных звёзд.

    Строго  говоря, модель Коперника даже не была гелиоцентрической, так как Солнце он расположил не в центре планетных  сфер.

    Птолемеевское смещение центра орбиты (эквант) Коперник, естественно, исключил, и это стало шагом назад — первоначально более точные, чем птолемеевы, таблицы Коперника вскоре существенно разошлись с наблюдениями, что немало озадачило и охладило её восторженных поклонников. И всё же в целом модель мира Коперника была колоссальным шагом вперёд и сокрушительным ударом по архаичным авторитетам.

    Католическая  церковь вначале отнеслась к  возрождению «пифагорейства» благодушно, отдельные её столпы даже покровительствовали  Копернику. Папа Климент VII, озабоченный уточнением календаря, поручил кардиналу Вигманштадту прочитать высшему клиру лекцию о новой теории, которая и была со вниманием выслушана. Появились, однако, среди католиков и ярые противники гелиоцентризма. Однако уже с 1560-х годов в нескольких университетах Швейцарии и Италии начались лекции по системе Коперника. Математическая основа модели Коперника была несколько проще, чем у птолемеевой, и этим сразу воспользовались в практических целях: были выпущены уточнённые астрономические («Прусские») таблицы (1551, Э. Рейнгольд).

    Из  других событий бурного XVI века отметим, что 5 октября 1582 года была проведена давно запланированная календарная реформа (5 октября стало 15-м). Новый календарь был назван григорианским в честь папы Григория XIII, но настоящим автором проекта был итальянский астроном и врач Луиджи Лиллио.

    Изобретение телескопа. Галилей.

    Великий итальянский учёный Галилео Галилей систему Коперника принял с энтузиазмом, причём сразу отверг фиктивное «третье движение», показав на опыте, что ось движущегося волчка сохраняет своё направление сама собой. Для доказательства правоты Коперника он решил применить телескоп.

    Шлифованные стеклянные линзы были известны ещё  вавилонянам; наиболее древняя из найденных  при раскопках линз относится  к VII веку до н. э. В 1608 году в Голландии была изобретена зрительная труба; узнав об этом летом 1609 года, Галилей самостоятельно построил значительно усовершенствованный её вариант, создав первый в мире телескоп-рефрактор. Увеличение телескопа сначала было трёхкратным, позднее Галилей довёл его до 32-кратного.

    Сенсационные  результаты своих исследований Галилей  изложил в серии статей «Звёздный  вестник» (1610), вызвав среди учёных настоящий шквал оптических наблюдений за небом. Оказалось, что Млечный путь состоит из скоплений отдельных звёзд, что на Луне есть горы (высотой до 7 км, что близко к истине) и впадины, на Солнце есть пятна, а у Юпитера — спутники (термин «спутник» ввёл позже Кеплер). Особенно важным было открытие, что Венера имеет фазы; в системе Птолемея Венера как «нижняя» планета была всегда ближе к Земле, чем Солнце, и «полновенерие» было невозможно.

    Галилей отметил, что диаметр звёзд, в  отличие от планет, в телескопе  не увеличивается, а некоторые туманности, даже в увеличенном виде, не распадаются  на звёзды; это явный признак, что  расстояния до звёзд колоссальны  даже по сравнению с расстояниями в Солнечной системе.

    Галилей обнаружил у Сатурна выступы, которые принял за два спутника. Потом выступы исчезли (кольцо повернулось), Галилей посчитал своё наблюдение иллюзией и не возвращался более к этой теме; кольцо Сатурна открыл в 1656 году Христиан Гюйгенс.

    Эллипсы Кеплера Галилей не принял, продолжая верить в круговые орбиты планет. Причиной этого, возможно, стало чрезмерное увлечение Кеплера мистической нумерологией и «мировой гармонией». Галилей признавал только позитивное знание и не уважал пифагорейство. Лично Кеплера он высоко ценил и вёл с ним оживлённую переписку, однако нигде в своих работах о нём не упоминал.

    Изображение в телескопе Галилея было не очень  чётким, в основном по причине хроматической аберрации. По этой и по другим причинам сообщение об открытиях Галилея вызвало у многих недоверие и даже насмешки. Галилея также, что было куда неприятнее, обвинили в ереси. Он неоднократно был вынужден ездить в Рим, лично и письменно объясняться с высшим духовенством и инквизицией.

    В 1616 году римская конгрегация официально запрещает гелиоцентризм как опасную ересь:

    Утверждать, что Солнце стоит неподвижно в  центре мира — мнение нелепое, ложное с философской точки зрения и формально еретическое, так как оно прямо противоречит Св. Писанию. 
Утверждать, что Земля не находится в центре мира, что она не остаётся неподвижной и обладает даже суточным вращением, есть мнение столь же нелепое, ложное с философской и греховное с религиозной точки зрения.

    Книга Коперника была включена в Индекс запрещённых книг «до её исправления».

    Сначала огромный научный авторитет и  покровительство знатных особ, включая  кардинала Барберини (позднее ставшего папой Урбаном VII) спасали Галилея от репрессий. Но выход в свет «Диалогов о двух главнейших системах мира» (январь-февраль 1632), хотя и разрешённый папской цензурой, вызвал ярость инквизиции и самого папы Урбана, который заподозрил, что именно его вывели в книге под именем простака Симпличио. Несмотря на демонстративно нейтральную позицию автора, доводы коперниканца Сальвиати в книге явно более убедительны, чем его противников. Мало того, в «Диалоге» содержались предположения о бесконечности Вселенной и множественности обитаемых миров.