Коллектив авторов - 100 великих научных открытий

Так, согласно первому закону, планеты движутся вокруг центрального светила не по кругу, а по эллиптической орбите, причем так, что Солнце всегда находится в одном из фокусов этого эллипса. (Фокусов внутри эллипса всего два, и, с какой точкой периметра их ни соедини, сумма двух отрезков всегда будет одинаковой.) Согласно второму закону, воображаемый луч, соединяющий Землю и Солнце, за равные промежутки времени проходит одинаковые по площади участки орбитальной плоскости, а значит, наша планета то ускоряется, то замедляется. Третий же закон касается соотношения большой полуоси орбитальной плоскости (половины отрезка, соединяющего две противоположные точки планетарной орбиты: самую близкую к светилу и самую удаленную) и времени, которое уходит на один оборот планеты вокруг Солнца. Так вот, абсолютно у всех планет Солнечной системы ― одинаковое отношение квадрата периода вращения к кубу полуоси орбиты. И чем дальше планета от светила, тем больше времени она затрачивает на один трек вокруг Солнца.

Законы Кеплера оказались очень полезными для астрономов, поскольку помогли определить, какое расстояние лежит между Солнцем и его планетами и с какой скоростью движутся небесные объекты. В 1687 г. английский физик Исаак Ньютон подтвердил эти закономерности, исходя из собственного закона всемирного тяготения, однако прошло еще два века, прежде чем христианская церковь согласилась с тем, что все-таки именно Земля движется вокруг Солнца, а никак не наоборот. (Впрочем, русские представители православия настаивали на геоцентризме аж до начала прошлого столетия — аргументами у них служили выдержки из Библии.) Между тем еще во времена Кеплера итальянец Галилео Галилей подтвердил гелиоцентрическую теорию, наблюдая за небесными светилами в телескоп.

Астроном, физик, математик и просто мыслитель, Галилей (1564―1642) за свою жизнь провел немало важных исследований. В 45-летнем возрасте он собственноручно сконструировал прибор для наблюдения за небесными телами, и это открыло перед ним двери в новый, неведомый мир. Детище Галилея представляло собой усовершенствованную подзорную трубу и отличалось выпуклой линзой в той части, что направлялась на небо, и вогнутой — в окошке для глаза. Выпуклая собирала лучи, вогнутая рассеивала, и в результате получалось увеличенное неперевернутое изображение. Первый такой телескоп увеличивал объекты всего в 3 раза, зато следующий уже показывал планеты в 32 раза бóльшими, чем они виделись «невооруженному» наблюдателю. Кстати, слово «телескоп» придумал не Галилей, а его земляк, князь Федерико Чези, однако с подачи Галилео оно вошло в широкий обиход.

Приступив к исследованиям космического пространства в январе 1610 г., ученый первым делом внимательно рассмотрел Луну и нашел, что ее поверхность неоднородна. Подобно Земле, спутник имел собственные горные цепи, котловины и вулканические кратеры — Галилею даже удалосьприблизительно определить, насколько высоки лунные горы. Кроме того, ученый заметил, что Луна немного покачивается из стороны в сторону, а ее серебристое сияние — вовсе не собственный свет, а лишь отраженные планетой-хозяйкой солнечные лучи.

Далее Галилей принялся изучать Юпитер, и в глаза ему бросились три странные звезды, выстроившиеся в шеренгу четко по экватору планеты. По идее звезды не могли так себя вести, и заинтригованный ученый решил понаблюдать за ними подольше. В итоге оказалось, что неизвестные объекты ничего общего со звездами не имеют: это что-то вроде земных лун, и их не три, а четыре! Получалось, если планета кружит около Солнца, как Юпитер, то это еще не значит, что у нее не может быть собственных планет (а то ведь раньше думали, будто Земля просто не способна двигаться вокруг светила, поскольку вокруг нее обращается Луна). Такое открытие служило хорошим доводом в пользу гелиоцентризма.

Помимо прочего, Галилей проследил за тем, как громадина Юпитер заслоняет собственные спутники, высчитал, с какой частотой и в какое время происходят эти затмения, и составил таблицы с прогнозами данного явления. Само собой, случалось оно гораздо чаще, нежели лунные затмения, и Галилей предложил испанскому королю приспособить эти данные для того, чтобы моряки определяли долготу, на которой они находятся. Знание долготы помогало сориентироваться, насколько удалено судно на запад или на восток от нулевого меридиана, проходящего через Британскую Королевскую обсерваторию близ Лондона.

Чтобы рассчитать долготу, нужно было измерить угол между нулевым меридианом и тем, на котором находился корабль. А для этого следовало знать, когда над Южным либо Северным полушарием (в зависимости от местонахождения судна) видно затмение и который час в этот момент в Британской обсерватории и на палубе. Один временной показатель вычитался из другого — и таким образом находился угол, каждый градус которого приравнивался к 4 мин. Идея Галилео была очень удачной, вот только на практике выяснилось, что предугадать точные моменты затмений спутниковЮпитера просто нереально.

После исследования Юпитера ученый направил телескоп на Сатурн и увидел вокруг него непонятные образования, однако малая мощность техники не позволила идентифицировать их как кольца и объяснить, что это такое (данное открытие было сделано лишь через полвека благодаря объективу с увеличением в 92 раза). Проследив за тем, как меняется яркость Юпитера, Сатурна и Марса, Галилео заключил, что все эти планеты обходят именно Солнце, а не Землю, при этом последняя ближе к светилу по сравнению с ними. О том, что трек Венеры тоже огибает Солнце, ученый сделал вывод из смены фаз планеты: она регулярно проходила полную фазу, половину, четверть и т. д., почти как Луна, следовательно, отражала лучи светила. Кроме того, астроном заметил, что Венера никогда не оказывается напротив Меркурия, и это натолкнуло его на мысль о соседстве орбит этих планет и об их расположении внутри земной орбиты.

Само Солнце тоже не осталось без внимания Галилея. В телескоп ученый увидел на нем темные пятна (как позже выяснилось, участки, где на 1227 °C холоднее, чем на остальной поверхности) и, заметив, что они не статичны, пришел к двум заключениям: во-первых, светило не идеально, вопреки мнению Аристотеля; во-вторых, оно крутится на месте. А значит, можно измерить время, за которое Солнце совершает полный оборот, и наклон его оси — что Галилео и сделал.

Для ответа на вопрос, почему Земля вертится вокруг оси, ученый предложил провести такой эксперимент: взять большую емкость с водой, положить на поверхность деревянный шарик и, удерживая сосуд на вытянутых руках, медленно повернуться на 360°. Во время движения шарик будет вращаться в противоположную сторону, а как только экспериментатор с емкостью замрет — вращение шарика остановится. То есть наша планета крутится юлой из-за движения вокруг Солнца!