Джон Дрейер - История астрономии. Великие открытия с древности до Средневековья

Поразительно, как точно удалось Кеплеру ухватить близкое сходство между гравитацией и магнетизмом – с одной стороны, и между движущей силой Солнца и магнетизмом, с другой. И все же он не смог увидеть тождественности силы тяготения и силы, удерживающей планеты на орбитах. Это тем более примечательно, что в примечаниях к своему Somnium, «Сну», написанному между 1620 и 1630 годами, Кеплер открыто приписывает приливы тому, что «тела Солнца и Луны притягивают воды моря с определенной силой, подобной магнитной». Он признавал, что притяжение Солнца (а не только исходящей от него тангенциальной силы) может достигать Земли. Но на этом он остановился и не мог пойти дальше, не пересмотрев всю свою концепцию причин движения тел.

Кеплер был очень плодовитым автором, и не только книг, но и писем, и, так как он писал очень открыто о своей работе и так как его переписка, к счастью, сохранилась, мы можем проследить ход его исследований из года в год. Так, в июле 1600 года он писал Герварту, что два предположения, сделанные в «Тайне мироздания», уже подтвердились: использование истинного места Солнца вместо среднего и существование экванта в солнечной орбите. 1 июня 1601 года он описал Маджини, как использовал четыре противостояния, и объяснил, что неравенства низших планет возникают из движения Земли, что наклоны постоянны и что теории всех семи планет должны быть схожими. В первой половине 1602 года он обнаружил, что орбита Марса имеет овальную форму; но 1603 год он почти полностью посвятил своей книге по оптике и к работе с Марсом вернулся не раньше начала 1604 года, как мы узнаем из письма Лонгомонтану от следующего года, где Кеплер добавляет, что он пока еще ясно не увидел причину овальной формы орбиты кроме того, что это было связано с исходящей от Солнца силой; к тому времени у него была написана пятьдесят одна глава. Главы LIII—LVIII были написаны около мая 1605 года, а до конца года – глава LX, которой он завершил теорию движения по долготе, а остальные десять глав о широте, видимо, были написаны не раньше 1606 года. В декабре 1606 года император пожаловал 400 флоринов на печать, и они были действительно выплачены, что в то время нечасто случалось с императорскими пожалованиями. Рукопись была отправлена в печать в сентябре 1607 года, и книга увидела свет в июле или августе 1609 года [348]под названием Astronomia nova aixioXoyr|TO(; seu Physica Coelestis, tradita commentariis de motibus stellae Martis. Ex observationibus G.Y. Tychonis Brahe («Новая астрономия, причинно обоснованная, или небесная физика, основанная на комментариях к движениям звезды Марс, наблюдавшихся достопочтенным Тихо Браге»). В истории астрономии есть еще только два других столь же важных труда: это «О вращении небесных сфер» Коперника и «Начала» Ньютона. «Астрономия без гипотез», которую требовал Раме, наконец-то появилась, и Кеплер с полным правом мог заявить (на обратной стороне титульного листа), что, если бы Раме был еще жив, он мог бы претендовать на награду за это достижение – профессорскую должность, которую занимал Раме.

Среди корреспондентов Кеплера одним из самых достойных для обмена мыслями был Давид Фабрициус, протестантский пастор в Рестерхаве, с 1603 года в Остеле, что в Восточной Фрисландии, очень способный наблюдатель, который в 1598 году провел некоторое время с Тихо Браге в гольштейнском Вандсбеке и вновь посетил его в Праге в июне 1601 года и пробыл там несколько недель в отсутствие Кеплера [349]. Их переписка продолжалась с 1602 по 1609 год, и Кеплер держал

Фабрициуса в курсе хода его работы над Марсом [350]. Фабрициус был приверженцем системы Тихо Браге и так и не сумел осознать, что по существу она не отличается от системы Коперника, и поэтому всегда пытался определить абсолютное движение Марса относительно Земли, вместо того чтобы спокойно исследовать его гелиоцентрическое движение. В 1602 году Кеплер рассказал ему о заместительной гипотезе, а в июле 1603 года перевел специально для Фабрициуса свой метод определения расстояний в систему Тихо Браге и сообщил о важном открытии, что орбита Марса представляет собой овал. Он даже рассказал ему о приближенном методе, который применил для нахождения направления и длины радиус-вектора, и неудаче с истинными аномалиями (desperata res erat). Затем последовали несколько писем, в которых Фабрициус приводил различные возражения против полученных Кеплером результатов относительно Солнца и Марса, на которые Кеплер пространно ответил в феврале 1604 года. Потом наступила пауза, пока Фабрициус в письме от 27 октября 1604 года не объявил, что, сравнив данные со своими собственными наблюдениями, он нашел, что овальная гипотеза дает слишком малый радиус-вектор Марса для среднего расстояния. Кеплер упоминает об этом в главе LV своей книги и великодушно прибавляет, что Фабрициус, таким образом, почти опередил его в нахождении истинной теории [351]. Однако на самом деле это большое преувеличение, ибо, даже если бы Кеплер забросил свое исследование, Фабрициус никогда бы не обнаружил эллиптическую форму орбиты, которую он, более того, называл абсурдной и упорно не желал принимать, когда Кеплер ее таки открыл. И каких бы похвал ни заслуживал Фабрициус за то, что увидел недостатки овальной гипотезы, Кеплер обнаружил все то же самое еще до получения его письма и смог уже 18 декабря 1604 года сказать Фабрициусу, что орбита Марса является идеальным эллипсом [352].

Консервативному мышлению Фабрициуса оказалось не под силу отказаться от древнего принципа сочетаний круговых движений, и поэтому он разработал свою собственную теорию, только чтобы не признавать эллиптического движения. Если на окружности круга движется эпицикл, в то время как планета движется на эпицикле в противоположном направлении с удвоенной скоростью, планета будет описывать эллипс. Фабрициус предпочел трансформировать эту конструкцию, позволив центру эксцентра совершать колебания (либрации) в своей плоскости по прямой линии, перпендикулярной к линии апсид. Таким образом он представил эллиптическое движение, но не движение по второму закону Кеплера, при этом истинная аномалия не соответствовала правильной средней аномалии. Фабрициус изложил свою теорию в письме от февраля 1608 года и записи от 2 октября 1608, но так ничего и не публиковал по этому вопросу, и Кеплер уделяет его теории лишь несколько строк в своем Epitome astronomiae copernicanae, «Кратком изложении коперниканской астрономии». Но все же Давид Фабрициус заслуживает достойного места среди теоретиков астрономии XVII века, хотя он и был одним из последних приверженцев принципа, которому вскоре суждено будет окончательно впасть в забвение.

Кеплер собирался написать систематический трактат по астрономии, подобный «Синтаксису» Птолемея, сделав для других планет то же, что сделал для Марса. Книга должна была называться «Гиппарх» в честь великого астронома. Но хотя Кеплеру удалось добиться значительного прогресса в части, касающейся движения Луны, разные обстоятельства заставили его изменить свой план, и вместо «Гиппарха» он написал более элементарный учебник Epitome astronomiae copernicanae в трех частях, первая из которых была опубликована в 1618 году в Линце, куда Кеплер переехал в 1612 году в качестве «провинциального математика»; две остальные части последовали в 1620 и 1621 годах. Этот труд предполагал, что два первых закона Кеплера, которые сначала были доказаны только для Марса, распространяются и на другие планеты. Что касается Луны, то Кеплер нашел введение эллиптического движения в теорию очень хлопотным делом вследствие изменчивости эксцентриситета, и в течение ряда лет он вносил множество изменений в свое представление наблюдаемых долгот. Должно быть, он часто завидовал предшественникам, которые могли ввести эпицикл, чтобы объяснить каждое новое неравенство. Независимо от Браге Кеплер нашел годовое уравнение Луны. Солнечное затмение 7 марта (по новому стилю) 1598 года, а также лунное затмение в феврале и пасхальное полнолуние произошли на час с лишним позже, чем гласил составленный им календарь, а лунное затмение в августе того же года случилось раньше, чем ожидалось. Поэтому в календаре на 1599 год Кеплер предположил, что период обращения Луны относительно Солнца зимой немного длиннее, чем летом. В январе 1599 года Герварт фон Хоненбург предложил ему более полно объяснить этот вопрос, и Кеплер в своем ответе высказал гипотезу, что Луна может задерживаться в своем движении под действием исходящей от Солнца силы, которая зимой, когда Земля и Луна находятся ближе к Солнцу, больше, чем летом. Причиной этого явления может быть также то, что скорость вращения Земли зависит от расстояния от Земли до Солнца, то есть она немного быстрее зимой, так что в это время года Луне, по-видимому, требуется больше времени, чем летом, чтобы описать точно такую же дугу. Эта мысль далее развивается в Epitome. Кеплер применил такую же поправку, как и Браге, с использованием другого уравнения времени для Луны, но величину годового уравнения, которая у Браге составила 4,5′, Кеплер нашел верно: II′ [353].