«Феникс астрономов»

Властитель «замка Урании». Выдающийся датский астроном Тихо Браге (1546—1601), этот «феникс астрономии», как его назвал Иоганн Кеплер, родился в семье датского сановника в замке Кнудструп (Скания, южная часть Скандинавского полуострова). В 13-летней возрасте он поступил в Копенгагенский университет для изучения права. Но на втором году его пребывания в университете, 21 августа 1560 г., произошло затмение Солнца, которое, впрочем, в Копенгагене наблюдалось как частное. Тем не менее молодого Тихо поразило то, что это небесное явление было заранее предсказано. И он тут же решил познакомиться с началами астрономии — как он сам высказался, «науки, к которой я испытывал естественное расположение». Тихо приобрел таблицы планетных движений и том сочинений Птолемея...

Дальнейшие три года своей жизни Браге пробыл в Лейпциге, как полагали его приемный отец и родственники, для изучения юриспруденции. На самом же деле он на выделяемые ему деньги приобрел несколько книг по астрономии, небольшой небесный глобус и угломерный инструмент — «посох Якова». Ведь в 1563 г. произошло соединение Юпитера с Сатурном, которое по астрологическим представлениям того времени якобы явилось причиной ужасной эпидемии. Впрочем, первые измерения Тихо провел с помощью большого циркуля, направляя его ножки на соответствующие светила и далее воспроизводя полученный угол на бумаге, после чего уже можно было измерить его в градусах. Тихо Браге установил тогда, что в предвидении этого явления старые («Альфонсинские») астрономические таблицы допускали погрешность в один месяц, тогда как «Прусские таблицы» Эразма Рейнгольда, рассчитанные на основе теории Коперника, дали разницу в несколько дней. Тогда-то Тихо и решил посвятить свою жизнь уточнению астрономических таблиц.

В 1565 г. он возвратился домой и, получив небольшое наследство, опять покинул Данию и посетил Виттенберг, а затем Росток. Здесь на вечеринке у местного профессора Бахмейстера Тихо из-за какой-то математической проблемы поссорился с одним из своих земляков и в последовавшем затем коротком поединке лишился части носа. В итоге в течение всей своей дальнейшей жизни Браге был вынужден носить на носу протез, а в кармане — специальный клей для его укрепления... По этому поводу злые языки утверждали, что когда Тихо стал знаменитостью, многие ходили на его лекции не столько послушать их, сколько... посмотреть на его нос.

В 1569 г. Тихо Браге оказался в Аугсбурге, мастера которого славились уменьем изготовлять инструменты, пригодные для точных наблюдений небесных светил. И в самом деле, были в кратчайший срок изготовлены квадрант и секстант, сразу же — спроектированный Тихо еще один квадрант, радиус которого составлял почти 6 м, а полная высота инструмента достигала 11 м. На этом инструменте отсчет углов производился с точностью до 10″. Тем не менее, возвратившись в мае 1571 г., после смерти отца, в Данию, Тихо едва не стал... химиком. Со своим младшим братом Стеном он построил небольшую бумажную фабрику и стекольный заводик.

Но... 11 ноября 1572 г. вечером, возвращаясь из химической лаборатории, где он стремился (об этом нетрудно догадаться) получить золото, Тихо Браге заметил в созвездии Кассиопеи яркую звезду, которой раньше там не было. Он потом писал так: «Я был настолько поражен этим зрелищем, что не постыдился подвергнуть сомнению то, что видели мои собственные глаза... Не было ли это величайшим из чудес, которые случались когда-либо со времен начала мира?...». Тихо тут же начал измерять угловые расстояния от этой Новой звезды до главных звезд Кассиопеи и до Полярной. Позже по поводу этой звезды И. Кеплер скажет так: «Если эта звезда ничего не напророчила, то по меньшей мере она возвестила и создала великого астронома».

Сверхновая Тихо (так теперь именуется эта звезда) была ярче Венеры и некоторое время ее можно было наблюдать даже днем; видна же она была невооруженным глазом в течение 17 месяцев. Понятно, что это явление взволновало многих людей. Высказывались самые различные предположения и допущения о том, что «предвещает» это странное светило... Один из сподвижников Кальвина даже объявил ее второй Вифлеемской звездой, которая, дескать, возвещает второе пришествие Христа на Землю. Конечно, возник вопрос, где находится этот объект: дальше Луны или ближе ее. Согласно Аристотелю он должен был находиться недалеко от Земли. И в самом деле, некоторые немецкие астрономы «нашли», что расстояние от новой звезды до Земли составляет всего 12—15 земных радиусов. В частности, Элиас Камерарий во Франкфурте-на-Одере «установил», что при ее появлении звезда имела параллакс 12′, а три месяца спустя 0,5′. Отсюда следовало, что новая звезда удаляется от Земли по прямой. Поэтому, мол, уменьшается и ее блеск.

Чтобы определить суточный параллакс новой звезды, Тихо Браге измерял угловое расстояние ее от Полярной и ярких звезд Кассиопеи в момент, когда звезда находилась на наибольшей высоте над горизонтом (в верхней кульминации) и вторично — через 12 часов. В итоге он пришел к выводу, что ее параллактическое смещение если и существует, то очень невелико — меньше нескольких минут дуги, тогда как для Луны оно в среднем равно 57′. Отсюда следовало, что расстояние до новой звезды намного больше, чем до Луны. Так, вопреки Аристотелю, оказалось, что мир звезд не вечен и не неизменен. Свои размышления на эту тему Тихо Браге изложил в книге «О новой звезде» (1573 г.), в которой он высказал предположение, что звезда образовалась в результате конденсации тонкого светлого небесного вещества, из которого, по его мнению, состоит Млечный Путь. Тихо даже указывал, что в результате этого вблизи Млечного Пути образовалась дыра, наблюдаемая как темное пятно...

В 1576 г. Тихо Браге получил от короля Фредерика II в свое распоряжение остров Вен (в 20 км северо-восточнее Копенгагена), который по форме напоминает равнобедренный прямоугольный треугольник площадью около 7,5 км², географическая широта острова 55°54,5′. Вероятно, поэтому Тихо в глубине души долгое время сомневался — правильно ли он поступил, оставаясь в Дании, ведь много времени пропадало здесь из-за туманов и густой облачности, да и планету Меркурий удавалось наблюдать очень редко...

Но, получив значительные средства («более нежели бочку золота», т. е. примерно 1,5 млн долларов), Тихо Браге построил на острове Вен обсерваторию Ураниборг — «замок Урании» (напомним, что Уранией древние римляне называли богиню неба) и оборудовал ее точными угломерными инструментами. Через несколько лет рядом была построена обсерватория Стьернеборг — «звездный замок», в которой измерительные приборы для защиты их от ветров были установлены в подземельях.

Так остров Вен более чем на 20 лет стал уникальным астрономическим центром мирового значения. Здесь велись исключительные по своей точности наблюдения, проводилась подготовка квалифицированных астрономов, которые в дальнейшем работали в других городах Европы, изготовлялись уникальные астрономические инструменты. В распоряжении Тихо была типография (и бумажная фабрика), переплетная мастерская. Конечно, на все это необходимы были деньги, притом немалые. Расходы на сооружение и содержание обсерватории Тихо Браге составляли заметную часть государственного бюджета всей страны. И выделены были эти средства 30-летнему ученому, звезда которого, образно говоря, лишь загоралась...

Инструменты Тихо Браге. Описание и изображения основных инструментов обсерватории Ураниборг-Стьернеборг Тихо Браге дал в своей книге «Механика обновленной астрономии» (1598 г.). Инструменты были различных типов и размеров в зависимости от поставленных перед наблюдателем задач. Прежде всего — это квадранты, которых у Тихо было несколько: с радиусами в 42, 64, 167 см. Наибольшей известностью пользуется 194-сантиметровый квадрант, дуга которого, изготовленная из литой латуни, была жестко закреплена на точно сориентированной по направлению «север-юг» восточной стене, в южной стене было сделано окошко. Для повышения точности отсчета на этом, как и на других инструментах, Браге использовал метод «трансверсалей», т. е. рядов точек, одинаково удаленных от концов дуги. Это позволяло проводить отсчет с точностью до 10″, а на «Стенном квадранте» — до 5″. Этот последний обслуживали три человека: один осуществлял визирование и производил считывание высоты светила над горизонтом, второй записывал эти данные в журнал, третий фиксировал время прохождения светила через меридиан по нескольким часам, установленным в этом же помещении. Кстати, с 1581 г. Тихо Браге использовал часы с секундными стрелками и оценивал погрешность этих часов в 4 секунды.

Другую группу инструментов, с помощью которых производилось измерение угловых расстояний между двумя светилами, составляли секстанты, изобретателем которых, по-видимому, и был Тихо Браге. По крайней мере два секстанта в Ураниборге имели радиус дуги, равный 4 локтям (155 см). Под руководством Тихо было изготовлено также несколько армиллярных сфер, причем в отличие от сфер «конструкции Гиппарха», «зодиакальные армиллы» Тихо состояли из четырех колец (ранее использовались пять или даже шесть), а «экваториальные армиллы» — из трех. Браге также создал «Большие экваториальные армиллы» с одним полным кольцом и одним полукольцом. Диаметр кольца, игравшего роль круга склонений, в одном из инструментов достигал 9 локтей (350 см). Неподвижное экваториальное полукольцо устанавливалось так, чтобы между ним и кольцом склонений был зазор (до 40 см), в котором мог свободно располагаться наблюдатель.

Заслуживает отдельного упоминания большой, диаметром 149 см, глобус, поверхность которого была покрыта тонкими листами латуни. На глобусе были нанесены пояс Зодиака, экватор и положения 1000 звезд, координаты которых были определены за годы наблюдений Тихо. Он с гордостью отмечал, что «глобус такого размера, так основательно и прекрасно сделанный, не был, я думаю, создан где бы то ни было и кем бы то ни было в мире...». Он утверждал также, что многие приезжали в Данию специально для того, чтобы посмотреть на этот глобус. Это подлинное чудо науки и искусства, увы, сгорело при пожаре во второй половине XVIII в.

Слава об обсерватории Ураниборг и ее создателе распространилась по всей Европе, и отовсюду к Тихо приезжали желающие стать его учениками и помощниками. Известно, что одновременно совместно с Тихо наблюдения проводили около 10 его учеников и помощников, не считая механиков и других специалистов. О стиле работы у него лучше всего рассказывает Ю.А. Белый: «Работать всем приходилось много. Выносливость самого Тихо, казалось, не знала пределов. Хотя целые ночи напролет он проводил в наблюдениях, днем его редко замечали спящим. Как руководитель работ, Тихо... отличался требовательностью, доходившей до придирчивости, взыскательностью и строгостью. Он не знал мелочей в наблюдениях и требовал столь же исключительно внимательного и аккуратного отношения к работе и от своих учеников и ассистентов... Относиться к работе плохо было просто невозможно. Дело в том, что аналогичные поручения давались сразу нескольким лицам, работавшим в разных помещениях и с различными инструментами. Полученные ими данные проверял и перепроверял сам Тихо...»¹.

Но «ничто не вечно под Лупой». Новый король Дании Христиан IV был к Тихо менее благосклонен, к тому же война со Швецией требовала денег. У Тихо были отобраны поместья, доход от которых и обеспечивал бесперебойную работу обсерватории. К тому же на него посыпались доносы и жалобы. Его обвиняли, в частности, в том, что он в течение 18 лет уклонялся от святого причастия, что он сожительствует... с собственной женой (его брак не был освящен церковью). В 1597 г. Тихо Браге покинул Данию (король Христиан в письме Браге писал: «...и не беспокойте нас тем, покинете ли вы страну или останетесь в ней») и после двухлетних странствий оказался в Праге под «покровительством» императора Рудольфа II, суеверного и увлекающегося астрологией главы «Священной Римской империи германской нации». Все складывалось как будто удачно: Браге был определен гарантированный годичный доход в 3000 гульденов, которого не имел ни один придворный (впрочем, вскоре казна оказалась пустой, как только речь зашла о выплате жалования ученому ...). В небольшом городке Бенатка (около 45 км от Праги) в замке Тихо устроил новую обсерваторию. В качестве помощника для обработки многолетних наблюдений у него начал свою работу Иоганн Кеплер. Однако 13 октября 1601 г. Тихо Браге серьезно заболел, а 24 октября в возрасте 55 лет он скончался. Как свидетельствовал Кеплер, в последние свои дни Тихо неоднократно шептал: «Ne frustra vixisse videar!» «Жизнь прожита не напрасно!».

На надгробной плите над могилой Тихо Браге в Тынском соборе в Праге высечен девиз, который ранее украшал вход в Стьернеборг: «Non fasces пес opes sola artis sceptra perennant» — «Не власть и богатство, а искусство владеет скипетром всех времен». На месте же величественной астрономической обсерватории Ураниборг уже через несколько десятков лет посетители могли увидеть лишь яму, наполненную мусором...

«Жизнь прожита не напрасно». Благодаря исключительно высокой точности изготовления измерительных приборов, некоторым ухищрениям при изготовлении визирных устройств и т. п. Тихо удалось повысить точность измерений примерно в 50 раз: во времена Коперника она составляла 10′, средняя же погрешность при определении Тихо положений восьми опорных звезд с помощью стенного квадранта — 34,6″, астрономического секстанта — 33,2″. А это для дотелескопических астрономических инструментов было близко к теоретически достижимому пределу. Приведем некоторые результаты многолетних наблюдений Тихо.

1. Измеряя высоту Солнца в меридиане в зимнее и летнее солнцестояние, он определил наклон эклиптики к экватору, получив значение ε = 23°31,5′, что было, однако, на 2′ больше истинного. Дело в том, что свои измерения высот Тихо исправлял за рефракцию и за параллакс Солнца. При этом, вслед за Аристархом Самосским и Птолемеем, он принял, что расстояние до Солнца в 19 раз превышает расстояние до Луны, и, следовательно, солнечный параллакс составляет 1/19 лунного, т. е. он равен 3′. По этому поводу Тихо писал так: «Эта величина кажется настолько детальным исследованием древних, что мы заимствовали ее с большой уверенностью». И — ошибся...

Многолетние наблюдения позволили Браге определить эксцентриситет солнечной орбиты e = 0,035 84, долготу апогея A = 95,5° и изменение этой долготы 1°15′ в сто лет: 45″ в год (истинное значение 61″). Тихо составил таблицы движения Солнца, по которым его положение можно было определить с точностью в 1′, тогда как в прежних таблицах погрешность достигала 20′.

2. Изучая особенности движения Луны, Тихо установил, что наклон плоскости ее орбиты к эклиптике колеблется с амплитудой 9,5′ относительно его среднего значения 5°08′, причем наибольший наклон соответствует моменту перехода Солнца через узел лунной орбиты. Оказалось также, что линия узлов колеблется вокруг ее среднего положения с периодом в 173,32 суток и амплитудой, по определению Тихо, 1°46′. Далее, кроме «первого неравенства» и эвекции, открытых Гиппархом и Птолемеем, Тихо обнаружил два новых неравенства — вариацию (неравенство, исчезающее в сизигиях и квадратурах и достигающее наибольшего значения между ними в октантах, с амплитудой 40,5′ — на Г больше его современного значения) и годичное неравенство: в своем движении весной Луна всегда отстает на 11′, тогда как осенью на столько же уходит вперед (по Браге амплитуда этого явления составляет меньшее число, 4,5′).

3. Тихо составил звездный каталог, в котором насчитывалось 788 звезд, причем с особой точностью он определил прямые восхождения и склонения 21 опорной звезды. Сравнение данных этого каталога с результатами предыдущих составителей, начиная от Гиппарха, позволило Тихо уточнить значение прецессии: 51″ в год. Браге установил продолжительность тропического года с погрешностью меньше одной секунды.

4. Много внимания уделил Тихо Браге изучению комет, причем несколько из них он наблюдал первым. Результаты своих исследований он опубликовал во «Второй книге о недавних явлениях в небесном мире» (1588 г.). Здесь важное место заняло описание кометы, наблюдавшейся в конце 1577 — начале 1578 гг. Ее ядро с туманной оболочкой по блеску превосходило Венеру, а протяженность хвоста превышала 20°. Как и в случае с Новой 1572 г., в связи с появлением кометы во многих публикациях высказывались самые нелепые прогнозы, причем наблюдатели вслед за Аристотелем утверждали, что комета перемещалась между Землей и Луной, т. е. в верхних слоях земной атмосферы.

На основании проведенных с большой тщательностью измерений параллаксов комет Тихо Браге в упомянутой книге мог вполне резонно заявить следующее: «...мне по этой появившейся теперь комете в результате прилежных наблюдений стало ясно, что ее место и путь находятся далеко за пределами лунной сферы... Аристотелевский взгляд, что кометы поднимаются из Земли в воздух, является, следовательно, совершенно ложным... Сторонники аристотелевской теории, которые... не хотят признать, что в эфирной области среди небесных тел могут иметь место изменения или может появиться нечто новое, основывают эти учения и воззрения не на опыте, не на математических расчетах, но на субтильных рассуждениях, которые при этих обстоятельствах не могут так приблизиться к истине, как наблюдения с хорошими инструментами и высокое искусство триангуляции...

Все сводится к одному и тому же: установить, как далеко удалена от нас комета, можно только по параллаксу, коль скоро она его имеет; именно, если она обладает большим параллаксом, чем Луна, которая к нам ближе всего, то отсюда можно заключить, что она к нам еще ближе, чем лунная сфера. Я затратил много усилий, чтобы узнать как раз это... и... подтвердил, что... ее горизонтальный параллакс не больше 15 минут... На основе геометрических рассуждений и расчетов следует, что эта комета отстоит от Земли по крайней мере на 230 земных радиусов, или, если земной радиус составляет 860 немецких миль, на 200 тыс. немецких миль. Поскольку, однако, Луна при наибольшем приближении к Земле находится от нас на расстоянии 52 земных радиусов, или 50 тыс. немецких миль, то совершенно отчетливо видно и понятно, что эта комета находится далеко за Луной, в сфере Венеры, которая помещена астрономами прямо под сферой Солнца и находится на расстоянии от 164 до 1104 земных радиусов от Земли».

Так Тихо убедительно доказал, что кометы являются такими же небесными телами, как Луна и планеты. Если к тому же прибавить его упомянутую выше работу о новой звезде 1572 г., то становится ясно, что его роль в разрушении основ аристотелевой картины мира огромна.

5. Крупнейшим вкладом в астрономию были проведенные Тихо Браге измерения положений Марса, осуществленные с точностью до 40″ и охватывавшие около 20 лет непрерывных наблюдений, на протяжении которых Марс сделал более 10 оборотов вокруг Солнца. На основе этих наблюдений Тихо предполагал создать точную теорию движения планет. Это и сделал Кеплер в ближайшие двадцать лет после смерти Тихо Браге. При этом оказалось, что законы движения планет совершенно иные, чем их представлял себе Тихо в его модели мира...

Модель мира по Тихо. На основании собственных наблюдений планет Тихо пришел к выводу, что система Птолемея и в самом деле не в состоянии их объяснить.

Тихо высоко ценил Коперника, портрет которого находился в его обсерватории на самом видном месте. Причин, почему Тихо все же не принял систему Коперника, было несколько. Как отметил Ю.А. Белый, термин «orbis» Коперник употреблял в смысле «небесных сфер», обращающихся вокруг Солнца вместе с находящимися на них планетами. Но наблюдения новой звезды 1572 г. и комет убедили Браге в том, что твердых «хрустальных» сфер на самом деле нет, иначе они препятствовали бы движениям комет... Кроме того, Тихо, вслед за аристотелианцами, полагал, что если бы Земля двигалась, то падающее на нее тело не могло бы достигнуть поверхности по отвесной линии. Далее, Тихо Браге, принимая расстояние между Землей и Сатурном в 12 300 радиусов Земли (и ошибаясь примерно в 20 раз), утверждал, что расстояние от Сатурна до «сферы звезд» в 700 раз больше (и ошибался в сотни тысяч раз, даже если рассматривать расстояния до ближайших звезд). Дело в том, что в те времена предполагали, будто видимые угловые размеры ярчайших звезд равны двум минутам. По Тихо видимый угловой поперечник звезд первой звездной величины равен 120″, второй — 90″, третьей — 65″, четвертой — 45″, пятой — 30″ и шестой — 20″. Тихо не смог зарегистрировать годичное смещение звезд на небе в процессе предполагаемого Коперником движения Земли, и отсюда следовало, что радиус «сферы звезд» гораздо больше и что поэтому между звездами и нашей планетой очень большая «пустота». Он писал: «Коперник допускал невероятное и бессмысленное расстояние. Во всем же должна быть гармония: Создатель любит порядок, а не беспорядочность. Такое пространство, лишенное звезд и планет, было бы ненужным». К тому же при больших расстояниях оказывалось, что если, скажем, «годичный путь Земли, рассматриваемый с неподвижных звезд, составляет по величине только одну минуту», то «неподвижные звезды третьей величины, видимый диаметр которых также равен минуте, должны были бы иметь размеры земной орбиты».

Конечно, кажущиеся видимые угловые диаметры звезд — всего лишь иллюзия, это явление обусловлено недостаточной разрешающей способностью глаза и атмосферной рефракцией. Но Тихо об этом не знал.

Рис. 42. Гео-гелиоцентрическая модель мира по Тихо Браге

Ну, и наконец, определенную роль сыграло то, что модель мира, предложенная Коперником, противоречила авторитету Священного писания, в котором говорится о неподвижности Земли. С учетом всего сказанного Тихо Браге и предложил свою модель строения мира (рис. 42), описанную в книге «О недавних явлениях в эфирной области» (1588 г., фактически опубликована в 1602 г.). Вот как о ней говорил Тихо:

«Я полагаю, что старое Птолемеево расположение небесных сфер было недостаточно изящным и что допущение такого большого количества эпициклов, посредством которых объясняются видимые движения планет относительно Солнца, их попятных движений и остановок, с некоторой частью видимых неравенств, следует считать излишним... Но я не одобряю также нововведений, предложенных Коперником... Эта грубая масса Земли, так мало приспособленная к движению, не может, подобно небесным телам, перемещаться и двигаться. К тому же и Святое писание не дает оснований принять это учение. Поэтому я полагаю, что следует твердо и без всякого колебания поместить Землю неподвижно в центре мира, следуя мнению древних и свидетельству Святого писания. По моему мнению, небесные движения совершаются таким образом, что Солнце, Луна и сфера неподвижных звезд, замыкающая всю вселенную, имеют центром Землю. Пять планет обращаются вокруг Солнца, как вокруг своего вождя и короля, а Солнце непрерывно пребывает среди этих небесных тел и в сопровождении их осуществляет свое годичное движение вокруг Земли».

В том же 1588 г. в Страсбурге вышла книга Николая Раймерса Бэра (Урсуса), в которой он описал аналогичную модель мира. Она отличалась от модели Тихо Браге тем, что согласно Бэру Земля к тому же вращалась вокруг своей оси, чем устранялась необходимость вращения «сферы звезд». Так как Бэр за четыре года до этого посещал Тихо, то в связи с этим возникла резкая полемика между Тихо и Бэром, которого Браге обвинил в плагиате...

Как сообщает Кеплер, Тихо Браге перед своей смертью просил его результаты многолетних наблюдений планет «проработать все согласно его собственной гипотезе». Однако исполнить эту просьбу Тихо Браге в буквальном понимании слова Кеплер не смог. Тихо в свое время задумал труд «Приготовление к обновленной астрономии». И созданное Кеплером подходило к этому названию как нельзя лучше, хотя выполнено было совершенно иначе...

Примечания

1. Белый Ю.А. Тихо Браге. — М.: Наука, 1982. — С. 125.