Аркадий Гуртовцев - Думать или верить? Ода человеческой ослиности

В своей астрономической деятельности Кеплер поставил задачу найти гармонию в планетном мире, найти законы, связывающие этот мир в одно стройное целое. Его не устраивали нагромождения эпициклов Птолемея, от которых не сумел освободиться и Коперник, лишь уменьшивший в своей системе количество птолемеевых кругов с 79 до 34 [25]. Коперник, как уже отмечалось выше, твердо придерживался ложного мнения Аристотеля о том, что в сфере „божественных небесных явлений “ существует лишь наиболее“ совершенная форма движения – равномерное движение по кругу “, и в соответствии с этим полагал, что планеты движутся вокруг Солнца равномерно, с постоянными угловыми скоростями и по строго круговым, гелиоцентрическим орбитам. Кеплер, используя высокоточные данные наблюдений Тихо Браге за движением Марса, построил, после длительных и труднейших расчетов, фигуру его орбиты и убедился, насколько она отличается от круга. Тем самым он освободился от предрассудка равномерного кругообразного движения, якобы „единственно допустимого“ в небесах. В 1609 г. астроном опубликовал в своем сочинении „ Новая астрономия “ (полное название „Новая астрономия, или Физика небес, изложенная причинно в комментариях к движению планеты Марс“) первые два из открытых им законов движения планет (первый – орбита Марса не окружность, а эллипс; второй – вблизи Солнца планеты движутся быстрее), а через десять лет, в 1619 г. в книге „Гармония мира “ – свой третий закон, объединяющий теорию движения всех планет в единое целое (в остальном эта большая книга содержит фантастические, идущие от Пифагора, идеи о музыке небесных движений). Этими законами ученый окончательно разрушил прежнюю „сферическую“ астрономию.

В 1618-1622 гг. Кеплер опубликовал свой астрономический учебник “Сокращение коперниковой астрономии “ в трех частях, написанный в форме вопросов и ответов, в котором изложил теорию и способы предсказания солнечных и лунных затмений. Эта работа содержит прямое указание на то, что первые два закона, установленные для Марса, относятся ко всем планетам и движению Луны вокруг Земли, а третий закон прилагается также к движениям четырех спутников Юпитера, открытых Галилеем в январе 1609 г. Здесь же впервые он сравнивает Землю с вращающимся волчком, выступает против вековых предрассудков и превратных толкований Священного писания, порочащих гелиоцентрическую систему, пытается объяснить движение планет не божественной силой, а естественной силой, исходящей от Солнца (гениальная догадка о законе всемирного тяготения; притяжением другого небесного тела – Луны – он объяснял и морские приливы на Земле, но все же, подобно древнегреческому натурфилософу Фалесу, который мистически признавал в магните душу, двигающую железные предметы, Кеплер считал, что “все небесные тела, вращающиеся около своей оси, обладают душой, которая и есть причина этого движения “), формулирует принцип инерции (признает „естественное“ движение прямолинейным и равномерным). Это сочинение Кеплера немедленно было внесено церковью в „Индекс запрещенных книг“.

В 1627 г. Кеплер публикует таблицы движения Солнца и планет – Рудольфовы таблицы (названы в честь императора Рудольфа II, покровителя астрономических исследований Браге и самого Кеплера; разработка таблиц началась еще в 1601 г. совместно с Браге) – первые таблицы, построенные по системе Коперника и законам Кеплера, позволявшие вычислять положения планет с высокой точностью для любого момента времени. Кеплер предсказал существование планеты между Марсом и Юпитером (почти через 200 лет здесь были обнаружены остатки такой планеты – пояс астероидов), а также быстрое вращение Юпитера вокруг своей оси (действительно, позже было установлено, что Юпитер вращается почти в 2,5 раза быстрее Земли). Не остались без внимания Кеплера и кометы. Как и Браге, он относил их „по ту сторону Луны“ и сравнивал их с шелковичными червями, выпускающими паутину, а образование хвостов комет объяснял давлением солнечных лучей (научное открытие такого давления состоялось только в 1900-1910 гг.). Пытаясь понять атмосферную рефракцию (преломление) света, он первым точно объяснил, как свет распространяется внутри глаза, как очки улучшают зрение и как действует телескоп (в 1611 г. в трактате „ Диоптрика “ он описал телескоп, в котором объектив и окуляр имеют двояковыпуклые линзы – „зрительную трубу Кеплера“). Он первым указал в 1604 г. на солнечную корону – сияние, появляющееся вокруг Солнца во время полных солнечных затмений, а также установил закон убывания света обратно пропорционально квадрату расстояния от источника („Дополнение к Витело“, 1604 г.). Кеплеру принадлежат и другие важные научные результаты в астрономии, оптике и математике.

Вся жизнь Кеплера была посвящена развитию гелиоцентрической системы Коперника, и его три закона, заменившие равномерные круговые движения планет на неравномерные эллиптические, явились важнейшим аргументом в пользу этой системы. Работы Кеплера, а позже и Галилея, с такой очевидностью подтвердили учение Коперника, что со второй половины 17 в. большинство астрономов признали его истинность. Но все факты и законы новой астрономии находились в резком противоречии с геоцентризмом христианской церкви, а потому подвергались с ее стороны беспощадным нападкам. Церковь еще долго продолжала бороться с новыми взглядами на Вселенную (впрочем, как и с другими естественнонаучными взглядами, подрывавшими религиозную догматику), но эта борьба оказалась тщетной. Науку уже нельзя было остановить ни запретами, ни репрессиями, ни угрозами божьей кары и церковными проклятиями.

Три закона Кеплера

1) каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце (эллипс, или плоская овальная кривая 2-го порядка – множество точек М, сумма расстояний которых от двух данных точек F 1 и F2 – фокусов эллипса – постоянна и равна длине большой оси эллипса: r 1+r2=2a, где r,r2 - расстояния до точки М соответственно от первого и второго фокусов, а- большая полуось, см. рис.; в прямоугольной системе координат уравнение эллипса имеет вид: x /а + y /b =1, b2=a2-c2, где b – малая полуось, с – модуль абсциссы фокусов F1 , F2; очевидно, что АА=2а, ВВ=2Ь, F1F2=2c; при а=Ь фокусы совпадают, с=0, и эллипс превращается в окружность; форма или "вытянутость“ эллипса определяется его эксцентриситетом e – отношением расстояния между фокусами к длине большой оси: е=2с/2а=с/а<1, для окружности e=0; на эллипсе, как орбите небесного тела обращающегося вокруг Солнца, ближайшая к Солнцу точка орбиты этого тела называется перигелием – от греч. peri вокруг, около, возле + helios солнце, а наиболее удаленная точка – афелием – от греч. apo вдали + helios; для Земли, например, расстояние от центра планеты до центра Солнца в перигелии приблизительно равно 147,1 млн. км, в афелии ~ 152,1 млн. км, а среднее (147,1+152,1)/2~149,6 млн. км = 1 а.е.; степень вытянутости орбит у разных планет Солнечной системы различна и для Земли, например, составляет e=(152,1-147,1)/(152,1+147,1) ~0,017, т.е очень мала – орбита Земли мало отличается от окружности; для Марса е= 0,093 при среднем расстоянии до Солнца 1,524 а.е.«228 млн.км, а самая вытянутая орбита у Меркурия – е= 0,206 при среднем расстоянии планеты до звезды 0,387 а.е.«57,9 млн. км);