Сергей Язев - Лекции о Солнце

Вспоминая мыслителей Древней Греции, нельзя не вспомнить о великом философе и, пожалуй, первом настоящем физике в человеческой истории – Аристотеле (384–322 годы до н. э.). Аристотель критически осмыслил и обобщил, по сути, все разнородные и разнообразные учения того времени. Некоторые были им жестко и резко раскритикованы, некоторые включены в его собственную картину мира. При этом Аристотель основывался на наблюдениях и опыте, декларируя изгнание из науки бездоказательного вымысла. Многие детали мироздания были им подмечены совершенно правильно и точно. Но, с другой стороны, и в его собственном описании Вселенной есть немало умозрительных вещей, противоречащих опыту.

Рассуждения о достижениях Аристотеля уведут нас далеко от солнечной темы. Поэтому обратимся к цитате из сочинения Аристотеля «О небе», из которой сразу станет ясно, что же философ думал о природе Солнца.

«Земля неподвижна в центре мира, а Солнце и Луна вращаются вокруг нее, – писал Аристотель. – Наш огонь (видимо, тот, с которым мы имеем дело на Земле. – С. Я.) хотя бы по своему цвету не имеет ничего общего с солнечным белым сиянием. Солнце состоит не из огня, а из огромного количества эфира. Его тепло происходит от взаимодействия эфира при движении вокруг Земли».

По-видимому, это высказывание Аристотеля требует комментариев. Из чего построена Вселенная? Эмпедокл предлагал четыре основных элемента – землю, воду, воздух и огонь. Из них, согласно его учению, состоит все в мире, и если вещества отличаются друг от друга, то только потому, что в них разное сочетание этих элементов – например, больше или меньше воды. Аристотель принял идею Эмпедокла, но добавил к ней еще один, пятый элемент (quinta essentia, или квинтэссенцию, как позднее назвали его на латинском языке).

Болгарские астрономы и популяризаторы науки Никола Николов и Владимир Харлампиев в своей книге «Звездочеты древности» так описывают Аристотелеву картину мира: «Согласно Аристотелю, Вселенная имеет следующую структуру: самые тяжелые элементы – земля и вода – остаются внизу, над ними располагается слой воздуха и еще выше простирается самый легкий элемент – огонь. Так построена часть Вселенной до Луны, и эту часть Аристотель называл элементарным, подлунным или земным миром. Над нею находится более совершенный надлунный мир. Луна, Солнце и планеты состоят из эфира, но не вполне чистого, поскольку они расположены не очень далеко от Земли. Из самого лучшего эфира сделаны звезды и небесная сфера, к которой они прикреплены».

Итак, Солнце у Аристотеля представляет собой сгусток таинственного «пятого элемента» – эфира, причем вдобавок не совсем чистого (видимо, с примесями как минимум огня и воздуха, – а может быть, даже и воды с землей). И если разогрев звезд, как писал философ, происходит из-за их трения об эфир во время вращательного движения вокруг Земли, то мощный дневной поток света и тепла никак не связан с перемещениями Солнца, – ведь светило не движется в своей сфере, будучи закрепленным на ней. Тепло и свет возникают из-за трения самих сфер друг о друга! Но это значит, что небесные сферы вполне материальны – твердые, плотные, задевающие друг друга. «При всей наивности картины, – пишет А. И. Еремеева, – Аристотель и здесь остается прежде всего физиком, механиком, даже инженером…»

Из всей славной когорты древнегреческих философов и ученых особое место занимает Аристарх (310–250 годы до н. э.). Его достижения впечатляют. Впрочем, трудно избавиться от ощущения, что его гениальные рассуждения либо неизвестны, либо непонятны подавляющему большинству населения земного шара и по сей день. Аристарх совершил первую из известных нам попыток в истории человечества определить размеры Солнца и Луны и расстояния до них! При этом он впервые использовал строгие геометрические построения, а не умозрительные рассуждения.

Ученый сделал следующее. Он дождался, когда Луна была в фазе первой четверти, когда на небе сияет ровно половинка лунного диска. Но это означало, как сообразил Аристарх, что в этот момент Солнце светит точно «сбоку» на лунный шар. Следовательно, угол между линиями «Луна – Земля» и «Луна – Солнце» должен быть прямым! Если начертить треугольник с вершинами в точках «Земля», «Луна» и «Солнце», то он окажется прямоугольным. А чтобы решить задачу с прямоугольным треугольником, достаточно знать еще один его элемент, – например, еще один угол. Этот угол (между направлениями на Луну и на Солнце) Аристарх измерил. Из его треугольника получалось, что если разделить расстояние от Земли до Луны (катет) на расстояние от Земли до Солнца (гипотенуза), то это отношение будет равно косинусу измеренного им угла. Другими словами, величина косинуса этого угла будет показывать, во сколько раз расстояние от Земли до Луны меньше расстояния от Земли до Солнца.

Рис. 3. Определение соотношения между расстояниями до Солнца и до Луны

Получить правильный ответ Аристарху помешала низкая точность измерения угла между направлениями на Солнце и Луну. Это непросто и сегодня, тем более что для измерений нужно выбрать момент, когда мы видим на небе ровно половину лунного диска, а это само по себе трудно. В результате у ученого получилось, что Солнце дальше Луны примерно в 19 раз (на самом деле – в 400, ошибка больше чем в 20 раз!). Тем не менее, впервые был получен неожиданный результат: Солнце расположено существенно (т. е. не в два раза) дальше Луны!

Отсюда следовал еще более глубокий вывод. Наблюдения солнечных затмений показывали, что угловые размеры Луны и Солнца на небе почти одинаковы, хорошо «подогнаны» друг к другу. В результате во время затмения Луна точно, как специальная крышка, загораживает диск Солнца. Но это означало, что если Солнце в 19 раз дальше Луны (на самом деле – в 400 раз), но имеет такие же угловые размеры, то Солнце должно быть в те же самые 19 раз больше Луны (на самом деле – в 400 раз)!

Этот вывод поражал воображение. Оставалось определить, каковы размеры Луны. Аристарх сделал и это!

Со времен Аристотеля было ясно, что лунное затмение происходит тогда, когда тень Земли падает на Луну. Если источник света (Солнце) находится очень далеко – дальше, чем экран (Луна), на который падает земная тень, – то диаметр Земли должен быть примерно равен диаметру ее тени, которую мы можем наблюдать на Луне во время лунного затмения. Аристарх довольно точно определил соотношение размеров: оказалось, тень Земли по диаметру примерно втрое больше Луны. Но тогда и сама Земля должна быть втрое больше Луны. А если это так, то, вспоминая, что Солнце оказалось, по Аристарху, больше Луны в 19 раз, следует сделать окончательный вывод: Солнце должно быть больше Земли по диаметру примерно в шесть с лишним раз (на самом деле – в 109 раз).