Айзек Азимов - Царство Солнца. От Птолемея до Эйнштейна

В 1675 г. Рёмер решил, что эти погрешности должны были обусловливаться тем, что для движения света необходимо время. Когда Земля и Юпитер находились но разные стороны от Солнца, свету требовалось дополнительное время (оно оказалось равным 16 минутам) для того, чтобы пересечь орбиту Земли. Спутники не заходили слишком рано или слишком поздно. Дело было только в том, что свет, который сообщал об этом, долетал до глаз астронома чуть раньше или чуть позже.

Используя диаметр орбиты Земли и отрезок времени, на который задерживалось затмение спутников Юпитера, Рёмер смог объявить полученную им величину скорости света. Он получил число, которое очень близко к тому, которым принято пользоваться сейчас. В то время определение этого числа могло показаться не слишком важным, однако скорость света оказалась ключом к современной физике. Следовательно, Рёмеру удалось добиться большего, чем он рассчитывал.

Сейчас самое точное современное значение составляет примерно 300 000 километров в секунду. Это огромная скорость. Свет от Земли достигнет до Луны за 1 1/4 секунды, а до Солнца — за 8 минут. Однако до ближайшей звезды свет будет идти уже больше 4 лет.

Еще одним астрономом, изучавшим Юпитер с помощью телескопа, был итальянец Джованни Доменико Кассини. Его работы принесли ему известность, и Людовик XIV, король Франции, пригласил его в Париж. В Италии Кассини определил время оборота Марса и Юпитера вокруг своей оси и обнаружил тени, которые отбрасывали на Юпитер его спутники; во Франции он сосредоточил свое внимание на Сатурне.

В 1675 г. — в тот год, когда Рёмер определил скорость света, — Кассини заметил, что кольца Сатурна двойные. Там оказалась темная линия, которая разделяла их на широкую внутреннюю часть и более узкую наружную. Ее до сих пор называют делением Кассини. До этого, в 1671-м и 1672 гг., Кассини открыл два спутника Сатурна и позднее, в 1684-м, еще два.

Он попытался назвать их Людовиками в честь Людовика XIV, точно так же, как Галилей пытался с помощью своих спутников оказать честь Медичи. И эта попытка польстить правителю не удалась. Открытые Кассини спутники сейчас известны как Тефия, Диона, Рея и Япет. Все это — имена титанов, которых греческие мифы связывали с Сатурном (Кроном). Ни один из этих четырех спутников не достигает величины Титана или Галилеевых лун Юпитера. Самый крупный из них имеет диаметр чуть больше 1800 километров. Однако они все равно остаются довольно крупными объектами по сравнению с теми, которые были открыты позднее.

Кассини также занимался определением параллакса Марса и в результате этого получил более точные расстояния до этой планеты и других тел Солнечной системы.

Как бы то ни было, все это было теми деталями, которые должны были увеличить сокровищницу человеческих знаний в результате использования телескопа. Однако теперь к ней добавилось нечто совершенно новое и удивительное: это сделал гений человека, который родился в Рождество того же года, в котором умер Галилео Галилей. Человеком этим был Исаак Ньютон.

Дело было в 1666 г., когда Исааку Ньютону было двадцать три года. Он учился в Кембридже, но в районе Лондона началась ужасная чума, так что Ньютон жил в доме матери, в сельской местности. Сидя на крыльце и задумчиво глядя в сад, он увидел, как с ветки дерева сорвалось яблоко и полетело на землю.

В этом не было ничего странного. Всем было известно, что предметы падают на землю. Аристотель даже утверждал, что это свойственно земным вещам: они стараются оказаться как можно ближе к центру Земли.

Но тогда взгляд Ньютона скользнул к небесам, где сиял бледный полумесяц, почти терявшийся в свете солнца. Почему же Луна не падает?

Аристотель ответил бы на это утверждением, что Луна не земная, поэтому исходно не имеет тенденции падать. Или же он мог бы сказать (и Птолемей или даже Коперник с ним согласились бы), что Луна закреплена на небесной сфере и не может упасть, даже если бы у нее была такая тенденция.

Однако прошло уже больше пятидесяти лет с тех пор, как Кеплер доказал, что никаких небесных сфер не существует. Тогда что же удерживает Луну наверху? Ньютон не первым задумался над этим. Галилей и Кеплер оба размышляли над тем, какие силы могут удерживать планеты на их орбитах. Ведь планеты вращались вокруг Солнца, а второй закон Кеплера показывал, что планета двигается тем быстрее, чем ближе она к Солнцу. Действительно, казалось, что планеты должна удерживать какая-то сила, принадлежащая самому Солнцу, которая становится тем сильнее, чем ближе они подходят к нему.

Кеплер считал, что в Солнце сконцентрировала какая-то магнетическая сила, которая и удерживает планеты на их орбитах. Поскольку эта сила иногда является притяжением, а иногда — отталкиванием, то орбита искажается до эллипса за счет толчков в противоположные стороны. Это объяснение было не слишком убедительным, но, по крайней мере, Кеплер был на нужном пути. И вот теперь Ньютон попытался создать такую систему, которая была бы совершенно убедительной.

Если человек быстро вращает ведро с водой у себя над головой, вращение создает силу, которая давит на воду в направлении, противоположном центру вращения. Вода прижимается к дну ведра и не выливается даже в тот момент, когда ведро переворачивается вверх дном, оказываясь у вас над головой. Сила, действующая от центра, называется центробежной.

Вращаясь вокруг Земли, Луна создает центробежную силу, которая отталкивает ее от Земли. Эта сила будет противодействовать силе притяжения Земли (той самой, которая действовала на яблоко). Совместно эти силы могут уравновешиваться, и Луна останется на своей орбите навечно.

Во-первых, какова сила притяжения Земли на расстоянии до Луны? (Поскольку именно сила земного притяжения дает предметам вес, то ее называют гравитацией, от латинского слова «вес».)

Ньютон мог получить размер силы притяжения на поверхности Земли, зная скорость, с которой предметы — такие, как яблоки, — надают на землю. Эта сила может исходить из центра Земли, поскольку, похоже, именно туда и направляется яблоко. (Если вы выкопаете яму, то яблоко упадет на ее дно и будет падать настолько глубоко, насколько вы пожелаете углубиться.)

Но что, если вы поднимете яблоко высоко в воздух, так что оно окажется намного дальше от центра Земли, чем когда находилось у ее поверхности? Если сила притяжения будет по-прежнему действовать на яблоко, то, видимо, потому, что эта сила распространяется наружу от центра Земли, как надуваемый воздушный шарик.