Александр Гурштейн - Извечные тайны неба

Эйлер был не одинок в небесно-механических исследованиях. Словно оправдываясь за излишнюю полемическую горячность своих предшественников, не признававших закона всемирного тяготения, крупный вклад в небесную механику внесло новое поколение французских ученых. Важных результатов в теоретическом анализе движений планет и комет добились французы Клеро, Даламбер и Лагранж. Большим успехом небесной механики стало удачное предсказание момента возвращения к Земле периодической кометы Галлея.

Фундамент небесной механики в том виде, как она теперь существует, был окончательно завершен в самом начале XIX в. в работах современника и участника Великой французской революции Пьера Симона Лапласа. Ему принадлежит четко оформленный взгляд на мир как на систему с господством жестких причинно-следственных связей, где нет места случайным, вероятностным процессам. Случайность в его понимании лишь результат неполноты наших знаний. «…Мы должны рассматривать современное состояние вселенной, – писал Лаплас, – как результат ее предшествовавшего состояния и причину последующего. Разум, который для какого-нибудь данного момента знал бы все силы, действующие в природе, и относительное расположение ее составных частей, если бы он, кроме того, был достаточно обширен, чтобы подвергнуть эти данные анализу, обнял бы в единой формуле движения самых огромных тел во вселенной и самого легкого атома; для него не было бы ничего неясного, и будущее, как и прошлое, было бы у него перед глазами…»

За этим представлением великого небесного механика кроется убеждение во всеобщей и безграничной механической детерминированности, причинно-следственной обусловленности явлений природы. «Лапласов детерминизм» на долгое время стал общепринятой методологией всех естественнонаучных дисциплин, и в историческом плане был, пожалуй, последним ярким примером того, как астрономия задавала тон всему естествознанию —

(М. Волошин, «Путями Каина», 1923)

После Лапласа небесная механика сосредоточилась на математическом решении трех основных задач, которые по существу исчерпывают все проблемы движения небесных тел. В простейшем случае рассматривается существование лишь двух тел, и эта задача имеет строгое решение. Примером задачи двух тел служит, скажем, движение планеты вокруг Солнца без учета возмущающего действия других планет.

Только в приближенном виде – хотя степень приближения может быть чрезвычайно высокой – решается задача трех и большего числа тел. Такая задача неизбежно возникает, например, при анализе движения комет. Наконец, наибольшие сложности представляет из себя обратная задача: определение сил, действующих на небесные тела, и их масс по известному движению.

Небесная механика дает обширное поле деятельности для математиков и не случайно, что ее развитию существенно способствовал выдающийся немецкий математик XIX в. Карл Фридрих Гаусс.

Небесная механика, ведущая свое начало от Кеплера и Ньютона, – теоретическая дисциплина, стоящая на стыке астрономии, механики и математики. Это первое из новых направлений астрономических исследований, первый молодой побег, который вырос на могучем дереве древней астрономии. Дав жизнь небесной механике, классическая астрономия продолжала идти своей столбовой дорогой. В ее задачи входили точные позиционные измерения, наблюдения редких небесных явлений, создание общей теории происхождения, эволюции и современного строения Вселенной.

После открытий Галилея становится ясно, что для изучения неба нужно строить большие телескопы. В более крупный телескоп есть надежда обнаружить более редкие и более удивительные явления.

Строительство крупных телескопов увлекло выдающегося польского астронома-наблюдателя Яна Гевелия. Сын богатого гданьского купца-пивовара, человек обеспеченный и уважаемый, Ян Гевелий до конца жизни успешно сочетал свою купеческую деятельность с интенсивными астрономическими наблюдениями.

В 1641 г. в Гданьске, на Кожевенной улице, на крышах трех принадлежавших ему вблизи ратуши домов Гевелий оборудовал собственную обсерваторию.

Гевелий в избытке обладал качествами, столь необходимыми астроному: у него было превосходное острое зрение, он отлично рисовал, умел обрабатывать и дерево, и стекло, и металл, был хорошим гравером. Умелым помощником в его работе оказалась жена.

Гевелий занимался постройкой секстантов, квадрантов и других угломерных инструментов, в основном по образу и подобию инструментов Тихо Браге. Но по мере роста интереса к астрономии он переключился и на создание телескопов. Начав с небольших труб 2-4 м длиной, Гевелий со временем, совершенствуя технику изготовления, сумел довести размеры своих телескопов до 10-20 м. Крупнейший из телескопов Гевелия не поместился в его обсерватории на Кожевенной улице, и этот инструмент пришлось установить за городом, укрепив на специальной мачте высотой в 30 м. Труба этого телескопа достигала 45 м.

Гевелий, подобно Галилею, использовал в качестве объектива своей трубы линзу – двояковыпуклое стекло вроде тех, которые вставляют в очки. Такие линзовые телескопы называют телескопами-рефракторами.

Гевелию удалось довести телескопы-рефракторы до очень больших размеров и благодаря этому добиться довольно больших увеличений при удовлетворительном качестве изображений.

Но он никак не мог расширить возможности своих телескопов для наблюдений слабых объектов.

У человека и у животных (обычно это хорошо заметно у кошек), когда они находятся в темноте, зрачок расширяется. Путем расширения зрачка живой организм регулирует количество поступающего в глаз света. Чем слабее источник света, тем больше должна быть рабочая поверхность зрачка.

Объектив телескопа – это большой искусственный зрачок. И чем больше поверхность объектива, тем с большей площади собирает он свет и тем более слабые источники света могут быть обнаружены при помощи телескопа.