Введение

Изучением движения небесных тел астрономы занимались с глубокой древности в связи с необходимостью измерять время. Для создания и регулирования календаря приходилось составлять астрономические таблицы и затем проверять, хорошо ли они согласуются с наблюдениями. Первоначально изучались только видимые движения небесных тел. Лишь учение Н. Коперника в 1543 г. побудило астрономов изучать и действительные движения. Теоретическим фундаментом для создания теории движения всех небесных тел стали законы планетных движений, открытые И. Кеплером в 1609—1619 гг., и установленный в 1687 г. на их основе И. Ньютоном закон всемирного тяготения. К концу XVII в. фундамент будущей науки был заложен, но здание ее еще предстояло построить. Однако прежде всего следовало убедиться в надежности самого фундамента. Здесь-то и возникли сомнения. Физическая природа тяготения, сложная для понимания современными учеными, в XVIII в. казалась совершенно непостижимой.

Именно поэтому большинство ученых того времени предпочитало придерживаться «системы вихрей» Р. Декарта, предложенной в 1664 г. Эти «вихри», якобы возникающие в сплошь заполненном эфиром космическом пространстве, увлекали за собой все тела. Вихри давали возможность получать качественное, но зато наглядное представление о движении небесных тел. Теория же Ньютона не имела еще простых аналитических методов, основанных на анализе бесконечно малых, а громоздкие и трудоемкие геометрические методы, которыми Ньютон пользовался в своих «Математических началах натуральной философии» [1], только отпугивали многих исследователей. В таких условиях требовалась особая проницательность и дальновидность, чтобы понять преимущества учения Ньютона. Таким образом, разработка основ небесной механики оказалась тесно связанной с борьбой за утверждение нового в то время учения Ньютона. К середине XVIII в. основные положения небесной механики были заложены и истинность учения Ньютона стала очевидной для всех. Со второй половины XVIII в. началось триумфальное шествие небесной механики, с которым в представлении наших современников главным образом связаны имена знаменитых французских ученых. Один из них — П.С. Лаплас — озаглавил свой фундаментальный труд «Небесная механика» [2]. Именно он и дал современное название этой науке. Теперь уже забыто, что небесная механика возникла значительно раньше в Петербургской Академии наук, и здесь она получила другое название — «астрономическая механика». Так назвал ее Леонард Эйлер, много сделавший для становления и развития этой науки. Однако общепринятым стало название, предложенное Лапласом.

Инициатором исследований по небесной механике в Петербургской Академии наук был Ж.Н. Делиль. Еще в 1712 г. в Париже он познакомился с учением Ньютона и стал его ревностным сторонником. В 1713 г., начав наблюдения солнечных пятен, он попытался построить теорию их движения, опираясь на геометрический метод, изложенный в «Математических началах натуральной философии» Ньютона. Очень скоро пришлось убедиться в том, что этот метод чрезвычайно громоздок и непригоден для практического применения. Делиль обратился за помощью к математикам. Однако картезианцы, составлявшие подавляющее большинство как в Парижской Академии наук, так и во Франции того времени, не хотели и слышать о Ньютоне и его теориях, а тем более усовершенствовать его математический аппарат. Работа Делиля о движении солнечных пятен, как и другие его ньютонианские работы, не была напечатана в Париже. Ее удалось опубликовать лишь в Петербурге уже в 1738 г.

Решившись на переезд в Россию, Делиль не забыл включить в предложенную на утверждение Петру I программу работ по астрономии в России пункты, связанные с небесной механикой. Ученый особо подчеркнул там их важность для определения географических долгот. В письме Блюментросту он обосновал важность проведения в Петербурге точных астрономических наблюдений, которые в сравнении с подобными же наблюдениями в других странах мира могли бы стать надежной основой для определения расстояний всех небесных тел от Земли до Луны. Это позволило бы создать надежную теорию движения Луны (что в дальнейшем и было сделано Л. Эйлером). А хорошая теория движения Луны имеет важное значение для определения долгот корабля на море. Это обеспечило бы процветание морского флота России и дало стране хорошие географические карты. Далее Делиль отметил важность развития математических наук для разработки теории движения небесных тел.

Как видно из документов, приведенных во второй главе, по приезде в Петербург Делиль постарался привлечь в обсерваторию прежде всего математиков, которых он знакомил со своей теорией движения солнечных пятен и просил помочь ему в разработке их аналитической теории. Это стимулировало исследования петербургских ученых по математике и механике, земной и небесной. Так, например, Д. Бернулли, пронаблюдав в 1728 г. вместе с Делилем полуденные высоты Солнца, с 1729 г. начал работать над своей «Гидродинамикой» [3]. С 1730 г. в башне Кунсткамеры, где находилась Петербургская обсерватория, начались систематические наблюдения солнечных пятен, положение которых на диске Солнца измерялось с помощью микрометра. На этих наблюдениях астрономов постоянно бывали все сотрудники Академии. Особенно увлекались этими наблюдениями Г.В. Крафт и Л. Эйлер. В записных книжках последнего нередко встречаются зарисовки Солнца и восторженные записи: «Какая прелесть наблюдать солнечные пятна!». С 1730 г. Эйлер стал заниматься и проблемой трех тел [4]. В 1735 г. Г.В. Крафт предложил свое решение поставленной Делилем задачи о движении солнечных пятен, а решение Л. Эйлера было в 1768 г. опубликовано его сыном И.А. Эйлером [5]. Одновременно Л. Эйлер и Г.В. Крафт много занимались механикой. Двухтомная «Механика» Эйлера была опубликована в 1736 г. [6]. Крафт опубликовал также ряд статей по земной и небесной механике в разных изданиях Петербургской Академии наук. В те же годы Эйлер усиленно работал и над анализом бесконечно малых, хотя книга по этой тематике была опубликована позднее в Швейцарии [7].

Как известно, разработка теории движения комет сыграла важную роль в утверждении учения Ньютона в целом. Ведь именно предвычисление появления в 1759 г. давно ожидавшейся кометы Галлея, сделанное А.К. Клеро, стало подлинным триумфом небесной механики, основанной на этом учении. Работа Клеро о комете Галлея и история ее создания сегодня хорошо известны, однако совершенно забытыми оказались исследования, их подготовившие.

В 1742 г., в год смерти Э. Галлея, друга И. Ньютона и знаменитого исследователя комет, в том числе и той, которая получила его имя, появилась новая комета, повсеместно наблюдавшаяся в Европе. Среди многочисленных публикаций, посвященных этой комете, преобладали работы, отвергавшие принципы, положенные в основу теории движения комет Ньютоном и Галлеем. Их предлагалось заменить «вихревой теорией комет» Р. Декарта. Наиболее резко выступал против Ньютона и Галлея директор Парижской обсерватории Ж. Кассини, пользовавшийся в то время большим влиянием в Парижской Академии наук. В этот критический для небесной механики момент дело своих друзей и единомышленников продолжил Делиль. В своей статье «Новые рассуждения о теории комет» [8] он дал детальный обзор всей литературы по теории комет, начиная с Ньютона и Галлея, и подверг уничтожающей критике работы Кассини и его сторонников.

Делиль убедительно показал, что законов И. Кеплера и основанной на них теории тяготения И. Ньютона вполне достаточно для создания точной теории движения всех небесных тел, как планет, так и комет. Он наметил план дальнейших исследований по разработке такой теории, отметив, что учению И. Ньютона недостает лишь того, что с его помощью еще не было предсказано ни одного появления кометы. Делиль взялся за вычисление орбиты кометы 1742 г. с помощью геометрического метода Ньютона и вновь убедился в его непригодности для практического применения. Все же он показал, как вычисляется орбита кометы с помощью графического метода Ньютона, в статье «Новый способ рассмотрения видимых и действительных движений комет относительно Солнца» [9]. И опять, как в случае с теорией движения солнечных пятен, Делиль обратился за помощью к Л. Эйлеру, находившемуся тогда в Берлинской Академии наук.

Эйлер быстро откликнулся на призыв Делиля, разработав метод вычисления орбит по четырем наблюдениям, и усовершенствовал метод Ньютона для вычисления орбит по трем наблюдениям. Его работы были присланы в Петербург и обсуждались на нескольких заседаниях академической Конференции с 20 августа по 16 мая 1743 г. [10]. Оба метода Эйлера были подробно рассмотрены М.Ф. Субботиным [11]. В 1744 г. появилась новая яркая комета, сыгравшая важную роль в разработке теории комет. Ее наблюдали Ж.Н. Делиль, Л. Эйлер, Д. Бернулли и Г. Гейнзиус. Наблюдения Гейнзиуса были напечатаны и в русском переводе М.В. Ломоносова [12].

В обсуждение различных вопросов теории комет были втянуты А.Д. Кантемир, в то время русский посланник во Франции, и А.К. Клеро, по просьбе Эйлера присылавший ему парижские наблюдения комет и обсуждавший его работы. Успехи Делиля, Эйлера и других ученых в исследовании комет заставили наконец и Ж. Кассини признать правильность учения Ньютона, против которого он так долго боролся. Клеро с радостью сообщил об этом в письме Л. Эйлеру от 12 мая 1744 г. [13].

Сформулированная Делилем в 1742 г. задача о предвычислении появления кометы Галлея стала предметом конкурса, объявленного Петербургской Академией наук в 1761 г. Премия была присуждена работе А.К. Клеро, присланной в Петербург 16 февраля 1761 г. [14].

Литература

1. Newton I. Philosophiae naturalis principia mathematica. London, 1687.

2. Laplace P.S. Mécanique céleste. Paris, 1799—1825. Vol. 1—5.

3. Bernoulli D. Hydrodynamica seu de viribus et motibus fluidorum commentarii... Argentorati, 1738.

4. Рукописные материалы Л. Эйлера в Архиве Академии наук СССР. М.: Изд-во АН СССР, 1962. Т. I. С. 79.

5. Euler I.A. De rotatione Solis circa axem ex motu macularum apparente determinanda // Novi Commentarii. 1768. T. 12.

6. Euler L. Mecanica sive motus scientia analytice exposita. Petropoli, 1736. T. I, II.

7. Euler L. Introductio in analysin infinitorum. Lausannae, 1748. T. I, II.

8. Delisle J.N. Nouvelle considération sur la théorie des Comètes. [1744] (Санкт-Петербургский филиал Архива РАН (в дальнейшем — ПФА РАН), р. I, оп. 1, д. 88, л. 1—13).

9. Delisle J.N. Nouvèlle manière de considérer les mouvements apparentes et réels des comètes à l'égard du Soleil [1744] // ПФА РАН, р. I, оп. 1, д. 87, л. 1—18.

10. Протоколы заседаний Конференции Имп. Академии наук с 1725 по 1803 год. СПб., 1897. Т. II. С. 43, 45.

11. Субботин М.Ф. Астрономические работы Леонарда Эйлера // Леонард Эйлер. М.: Изд-во АН СССР, 1958. С. 268 376.

12. Heinsius G. Von dem jungst sichtbar gevesenen Cometen // Anmerckungen bey den Zeitungen. 33 bis 40 Stuck. SPb., den 22 April 1742. S. 129—160.

13. Леонард Эйлер: Переписка. Аннотированный указатель. Л.: Наука, 1967. № 1108, 12 мая 1744 г.

14. Clairaut A.C. Recherches sur la comète des années 1531, 1607, 1682, et 1759 pour servir de supplement à la théorie, par laquelle on avait annoncée en 1758 le tems du retour de cette comète. SPb., 1762.