3. Астрономия в Казани. И.М. Симонов и Н.И. Лобачевский

В Казанском университете, открытом в 1804 г., первым профессором астрономии (1810—1816 гг.) был приглашенный Румовским из-за границы известный австрийский астроном И.И. Литтров (1781—1840).

С именем Литтрова связано начало астрономии в Казани и постройка первой временной обсерватории (в 1814 г.). Литтров был одним из астрономов-энциклопедистов своего времени и блестящим лектором. В 1816 г. он вернулся на родину, был потом директором Венской обсерватории и приобрел широкую известность как популяризатор, автор капитальной книги «Тайны неба», своего рода популярной астрономической энциклопедии, изучавшейся и переводившейся на другие языки (в том числе на русский) вплоть до начала XX в. Несмотря на кратковременность, деятельность Литтрова в Казани была весьма плодотворной. Его учеником был И.М. Симонов, ставший выдающимся астрономом и преемником Литтрова по Казанской астрономической кафедре. Вместе с Симоновым изучал астрономию под руководством Литтрова и будущий великий русский математик Н.И. Лобачевский.

Большая обсерватория, для своего времени одна из лучших в мире, была выстроена при Казанском университете в 1833—1837 гг. Ее создателями были И.М. Симонов и состоявший в 1827—1846 гг. ректором университета Н.И. Лобачевский. Особенностью планировки обсерватории было то, что меридианный круг в ней был расположен не по оси здания, а под углом 45° к ней для соответствия с общим архитектурным обликом здания.

И.М. Симонов (1794—1855) был в буквальном смысле человеком из народа, которому только выдающиеся способности открыли путь к высшему образованию и к научной деятельности. Уже в 1811 г. Симонов производил (вместе с Лобачевским) ценные наблюдения яркой кометы, появившейся в этом году (эти его наблюдения привлекли к нему внимание его учителя Литтрова), а потом наблюдал столь же успешно комету 1815 г. В 1816 г. в возрасте всего лишь 22 лет он был избран профессором астрономии университета, а в 1819—1821 гг. принял участие в длительном кругосветном плавании Ф.Ф. Беллинсгаузена и М.П. Лазарева на шлюпках «Мирный» и «Восток». Экспедиция открыла множество островов в Тихом океане и материк Антарктиду — новую часть света. Все эти земли были нанесены на карты на основании астрономических определений Симонова, который во время кругосветного плавания попутно вел метеорологические и даже биологические наблюдения и собрал ценные коллекции. После возвращения в Казань Симонов треть века возглавлял кафедру астрономии. Он начал регулярные наблюдения на обсерватории, в 1842 г. издал ее труды, а после пожара обсерватории в 1843 г. сумел добиться ее восстановления.

Иозеф Иоганн Литтров (1781—1840)

Большую известность приобрели исследования Симонова по земному магнетизму. Они были изданы Гауссом в переводе на немецкий язык, как приобретшие большое значение для мировой науки. Исследование земного магнетизма имело большое значение для мореплавания. Поездки Симонова за границу способствовали созданию широкой известности Казанской обсерватории. Симонов вел большую переписку по научным вопросам с другими крупными русскими и зарубежными учеными. Он издал первый том задуманного им обширного труда «Руководство по умозрительной астрономии», вышедший под названием «Уранометрия». С 1846 г. Симонов был ректором Казанского университета.

Николай Иванович Лобачевский (1792—1856)

Великий русский математик Николай Иванович Лобачевский (1793—1856) до недавнего времени был мало известен как астроном, а между тем его труды имели большое значение и для астрономии. Лобачевский вместе с Симоновым учился у высокообразованного профессора математики М.Ф. Бартельса (1769—1836), который рекомендовал ему в качестве темы для магистерской диссертации изложение «Небесной механики» Лапласа. В 1812 г. Лобачевский представил Бартельсу свое сочинение «Об эллиптическом движении небесных тел», о котором Бартельс дал Совету университета следующее заключение: «Из его сочинения, составленного им без всякой помощи, если не считать самого труда Лапласа, видно, что он не только проник в то, о чем в этом труде говорится, но и сумел обогатить его собственными соображениями. Многие места его краткого сочинения содержат признаки выдающегося математического дарования, которое в будущем непременно славой озарит его имя». Глубокое знакомство Лобачевского с «Небесной механикой» Лапласа, несомненно, повлияло на последующее научное развитие Лобачевского.

Рис. 31. План Казанской обсерватории по схеме, предложенной Н.И. Лобачевским.

С 1816 г. Лобачевский стал профессором математических дисциплин в Казанском университете, а в 1819—1821 гг. в отсутствие Симонова, по собственной инициативе, читал за него лекции по астрономии, расширяя и углубляя их содержание. Например, он читал лекции об определении элементов земной орбиты и об их вековых изменениях, о теории приливов и отливов, теории возмущенного движения комет и спутников планет и вел на обсерватории наблюдения (известно о его наблюдениях с 1811 по 1842 гг.). Записи его наблюдений сгорели при пожаре Казанской обсерватории в 1843 г., на которой находились большой 9-дюймовый рефрактор и меридианный круг.

Иван Михайлович Симонов (1791—1855)

Лобачевский создал свою знаменитую неевклидову геометрию, являющуюся одним из высших достижений мировой математики, материалистически трактуя пространство не как пустую абстракцию, а как объективную реальность, могущую быть познанной из опыта и доступную для опыта. Он полагал, что геометрия Евклида, может быть, является лишь приближением к истине, будучи проверена на опыте лишь в малом масштабе земных пространств, и полагал, что новая геометрия может быть геометрией мирового, космического пространства.

В геометрии Лобачевского сумма внутренних углов треугольника меньше двух прямых углов. Лобачевский указывал, что в треугольнике со сторонами космических размеров сумма углов, возможно, будет отличаться от 180° на величину, которую можно измерить и практически, если точность угловых измерений будет достаточной.

Таким образом, Лобачевский связывал свою геометрию с космологией, т. е. с учением об общих свойствах пространства и времени во вселенной в целом и с перспективами астрономической практики.

Лобачевский из своей геометрической системы вывел три следующие теоремы.

Первая теорема. При любом расстоянии звезды от Солнца и Земли ее параллакс остается больше некоторой абсолютной постоянной.

При этом параллакс (годичный) звезды Лобачевский определял не как угол, под которым со звезды виден полудиаметр земной орбиты, а как полуразность направлений, по которым звезда видна из двух противоположных точек земной орбиты. Угол же с вершиной при звезде фактически остается неизвестным. Если сумма углов треугольника меньше двух прямых на величину 2ω, то этот «дефект» нужно будет отнести к углу с вершиной при звезде.

В этой теореме Лобачевского сочетаются идеи о бесконечном мировом пространстве с существованием не устанавливаемого численно предела звездных параллаксов, и он писал в связи с этим:

«Между тем нельзя не увлекаться мнением Лапласа, что видимые нами звезды и Млечный Путь принадлежат к одному только собранию небесных светил, подобных тем, которые усматриваем как слабо мерцающие пятна в созвездиях Ориона, Андромеды, Козерога и пр. Итак, не говоря о том, что в воображении пространство может быть продолжаемо неограниченно, сама природа указывает нам такие расстояния, в сравнении с которыми исчезают за малостью даже расстояния нашей Земли до неподвижных звезд».

Помимо этого признания бесконечности вселенной Лобачевский высказывал четкие суждения и о неограниченной познаваемости природы человеческим разумом и писал: «Спрашивайте природу: она хранит все истины и на вопросы ваши будет отвечать вам непременно и удовлетворительно».

Вторая теорема Лобачевского говорит, что если измерены параллаксы двух звезд, то можно определить верхний предел дефекта в том треугольнике, у которого основанием является диаметр земной орбиты, а вершиной — более близкая к нам звезда.

Во время написания «Начал геометрии» (в 1829 г.) истинные параллаксы звезд еще не были измерены, и Лобачевский, внимательно следя за новостями астрономии, при числовых расчетах опирался на параллаксы трех звезд, имевшие величину от 0″,6 до 1″, которые, как ему казалось, измерил француз Дасса. В этих условиях он нашел, что дефект 2ω < 0″,43, и этот дефект тем меньше, чем дальше более далекая из двух звезд.

В третьей теореме Лобачевский выводит крайнюю малость уклонений от обычной геометрии в солнечной системе, а потому и приходит к выводу о том, что в его время установить геометрию вселенной из астрономических измерений невозможно.

Заслугой Лобачевского, которую в полной мере может оценить лишь будущее, была четкая формулировка ведущего вопроса космологии — соответствует ли евклидова геометрия истинной геометрии вселенной. Он показал, что это соответствие не обязательно, что в глубинах вселенной может быть справедлива геометрия, построенная им. Он доказал также, что в пределах звездных расстояний пока еще нет возможности установить это различие двух геометрий. До Лобачевского вопрос о геометрии астрономических пространств даже и не ставился. Только в теории относительности, созданной уже в XX в. великим реформатором естествознания А. Эйнштейном, вновь был поставлен вопрос о геометрии физического мира. Но основоположником вопроса о геометрии реального физического (а не пустого, абстрактного) пространства, несомненно, был Лобачевский, намного опередивший свою эпоху и при жизни не получивший признания ни в России, ни за рубежом.

Лобачевский вместе с проф. физики Кнорром и астрономом М.В. Ляпуновым участвовал в экспедиции в Пензу для наблюдения полного солнечного затмения 8 июля 1842 г. и подробно описал свои наблюдения и размышления по поводу еще загадочных в то время явлений протуберанцев и солнечной короны, которые большинство астрономов тогда принимали за явления, связанные с Луной, или за оптический эффект, происходящий в земной атмосфере.

В том же 1842 г. Лобачевский, занимаясь усовершенствованием обработки астрономических наблюдений, решил вопрос о вероятности того, что при суммировании нескольких измеренных величин в сумме произойдет та или иная компенсация ошибок измерения.

Таким образом один из величайших математиков мира, Н.И. Лобачевский был близко связан с астрономией и оказал свое влияние на развитие науки о вселенной.