Коллектив авторов - 100 великих научных открытий

В XVIII в. человечество заподозрило, что Земля не идеально круглая, а сплюснутая, только вот где — на полюсах или на экваторе, — не знал никто. Чтобы выяснить это, французы отправили в Перу и в приполярную зону две научные экспедиции, которые должны были провести разнообразные измерения местности и видимого небосвода. В результате выяснилось, что 1° меридиана (1/360 линии пересечения Земли с плоскостью, проходящей через ось вращения) на полюсе меньше, чем на экваторе — 110,6 против 111,9 км. Это могло означать одно: планету словно сжали сверху и снизу гигантскими ладонями, превратив в сфероид (вращающийся эллипс).

Кстати, пока французские ученые проводили полевые исследования, английский физик Исаак Ньютон (1643–1727) поставил воображаемый опыт: мысленно «прокопал» тоннели к центру Земли от экватора и от полюса, залил туда воды и «увидел», что экваториальную воду как бы выталкивает центробежная сила, направленная от центра планеты наружу перпендикулярно оси. Значит, заключил ученый, экваториальный тоннель должен быть длиннее полярного, дабы уравновесить жидкости. И чем быстрее крутится какое-либо тело, тем сильнее его сожмет. Впрочем, позже астрофизики выяснили, что всяческие перепады высот грунта и океанического дна делают Землю не идеально эллиптической, а несколько неровной. Эта форма была названа геоидом.

Что интересно, представители разных религий долгое время не могли смириться с идеей неплоской Земли (хотя, вопреки расхожему мнению, и не преследовали адептов «объемной» теории). В конце XIX в. в Англии даже было основано Общество плоской Земли, которое существовало вплоть до начала нашего столетия и с середины ХХ в. включало около 3000 членов. Все они свято верили в то, что астрономические наблюдения — ложь, для чего-то необходимая властям, а фотографии из космоса — наглая подделка.

О том, что Земля и другие планеты, видимые с ее поверхности невооруженным глазом, вращаются вокруг Солнца, первым догадался греческий ученый Аристарх Самосский, который жил в III в. до н. э. Помимо того, ученый определил, насколько удалены Луна и Солнце от Земли и каковы они по величине.

На три столетия раньше еще один известный грек, Фалес Милетский, сделал первое предсказание важного астрономического явления — солнечного затмения, которое, как сейчас известно, происходит оттого, что Луна становится строго между Землей и Солнцем, полностью загораживая последнее.(Светило в 400 раз больше спутника, и во столько же раз расстояние от Солнца до Земли превышает промежуток между планетой и Луной.) По свидетельствам историка Геродота, затмение случилось аккурат во время сражения между армиями Мидии и Лидии и побудило противников пойти на мировую.

Гелиоцентрическая (то есть «солнечно-центровая») теория Аристарха понравилась многим его современникам — в том числе греческому математику и физику Архимеду, историку Плутарху и вавилонскому астроному Сексту Эмпирику. Но по каким-то непонятным причинам, возможно из-за религиозных убеждений и суеверий, уже во II в. ученые «отодвинули» Солнце в сторону, разместив в центре Вселенной Землю.

Первым такую модель предложил Клавдий Птолемей (100–170) в труде «Великое построение», или «Альмагест». Согласно его теории, вокруг неподвижной Земли вращаются (в порядке убывания скоростей): Венера, Меркурий, Луна, Солнце, Марс, Юпитер и Сатурн. Три планеты ― над светилом, три планеты ― под ним: это для ученого было чем-то вроде «правила приличия». В его представлении тела описывают не только большие круги около Земли (деференты), но и малые, эпициклы, так, словно кружат вокруг воображаемых точек на своем деференте. Только Солнце и Луна двигаются без дополнительного кружения, а звезды висят на статичной сфере неба неподвижно.

Данная модель была бы вполне удобной, если бы могла четко объяснить все основные астрономические явления, но увы. Взять хотя бы видимое обратное движение планет. Гелиоцентрическая система предполагает, что, чем дальше планета от центра, то есть от Солнца, тем больше времени она тратит на полный круг обращения. Поэтому относительно легкая Земля движется быстрее, чем, скажем, массивный Юпитер. Периодически наша планета догоняет и обгоняет гиганта, и тогда земному наблюдателю кажется, будто Юпитер «пятится». Чтобы найти причину этого эффекта в геоцентрической системе, нужно было провести массу сложных расчетов. В общих чертах объяснение сводилось к следующему: когда планета наиболее удалена от центра деферента, ее движение направлено в одну сторону с центром эпицикла, вперед. Когда же она движется по эпициклу внутри деферента и проходит ближайшую точку к его центру, нам видится, что планета отступает назад. Разумеется, умозаключения Птолемея выглядели более детализованными, но, несмотря на это, рассчитать положение того или иного небесного объекта можно было лишь приблизительно.

Возрождение гелиоцентризма случилось лишь в 1543 г. благодаря польскому астроному Николаю Копернику (1473–1543). Описание Солнечной системы, приведенное в его трактате «Об обращении небесных сфер», лишь немногим отличается от современных представлений: Солнце находится в центре вращения шести наблюдаемых планет (в том числе и Земли, вокруг которой движется Луна), и каждая из них крутится, как волчок. Кроме того, Коперник определил: до Солнца от Земли намного ближе, чем до остальных звезд. В его системе еще оставались эпициклы (правда, их количество было сокращено вдвое), но это не помешало ему точно измерить прецессию — угол, на который смещается в ходе вращения земная ось, подобно описывающей конусы оси юлы. Полученные данные помогли астроному рассчитать даты весеннего равноденствия — прохождения центра солнечного диска через небесный экватор (воображаемый круг на небе, лежащий в одной плоскости с земным экватором) — и более правильно высчитать продолжительность земного года. Это очень пригодилось для исправления календаря, ведь раньше праздничные даты часто расходились с соответствующими событиями.

Последователем Коперника стал итальянский священник и поэт Джордано Бруно (1548–1600). Он пошел дальше описания Солнечной системы, один в один совпадающего с коперниковской, и представил картину мира, на которой была изображена бесконечная Вселенная, не ограниченная сферой неба и не имеющая центра, а также множество далеких звезд, похожих на Солнце и обладающих собственными планетами. Причину видимого движения этих светил по ночному небу Бруно видел во вращении Земли (и это был первый шаг на пути к теории относительности), а еще он догадывался, что в Солнечной системе есть доселе неведомые планеты.

К сожалению, далеко не все современники Бруно готовы были принять столь радикальные взгляды. Например, датский астроном Тихо Браге (1546–1601) придумал смешанную систему, в которой Солнце вращалось вокруг Земли, а все остальные планеты — вокруг Солнца. Зато наблюдения и расчеты Браге очень помогли его немецкому коллеге Иоганну Кеплеру (1571–1630) подкорректировать гелиоцентрическую систему и сформулировать основные законы движения планет.