Обработка наблюдений Тихо Браге

Тихо (правильнее — Тиге) Браге (1546—1601) недаром считался самым знаменитым астрономом своего времени. Благодаря щедрой денежной помощи датского короля Фредрика II он на небольшом островке Хвене (в проливе Сунд, вблизи Копенгагена) построил великолепную астрономическую обсерваторию; главное её здание Тихо назвал Ураниборгом (т. е. «замком Урании», музы астрономии).

Ураниборг имел очень внушительный вид: главное здание было построено посреди громадной квадратной площади, на которой был разбит сад, и заключало несколько комнат для наблюдений, библиотеку и лабораторию для алхимических опытов. К концу 1576 г. Тихо Браге мог уже делать астрономические наблюдения в Ураниборге.

Двадцать один год провёл Тихо на острове Хвене, усовершенствовал свои инструменты и накопил при помощи учеников и ассистентов ряд весьма важных наблюдении положений звёзд и планет. Эти наблюдения по своей точности превосходили все, какие были сделаны до того времени. После смерти Тихо Браге весь богатый запас его наблюдений достался Кеплеру.

Тихо Браге отлично понимал, что птоломеева система мира неоправданно громоздка и не отвечает точным наблюдениям движений планет, которые он с таким искусством и так долго проводил. Но и коперниково учение он принять не мог. Предположение о движении Земли Тихо Браге считал «физической нелепостью». Пользуясь старыми аргументами, приводившимися ещё Птоломеем, Тихо Браге настаивал на неподвижности Земли.

Рис. 18. Тихо Браге

Вот что он писал по этому поводу:

«Грубая масса Земли, столь мало способная к движению, не может, подобно небесным телам, перемещаться и двигаться. Притом же и священное писание препятствует принятию этого учения. Я полагаю, что следует твёрдо и без всяких колебаний поместить Землю в центре мира, следуя мнению древних и свидетельству священного писания».

Тихо Браге придумал свою компромиссную систему мира. Он допускал, что планеты движутся вокруг Солнца, но Солнце, по его мнению, движется вокруг неподвижной Земли. Своими наблюдениями Тихо надеялся доказать правоту своего предположения и именно для этой цели настойчиво приглашал Кеплера обработать накопившиеся материалы.

Возражения Кеплера, самым решительным образом стоявшего на позициях Коперника, как раз и приводили к постоянным ссорам и размолвкам этих двух астрономов.

После смерти Тихо Браге Кеплер был назначен «императорским математиком», причём ему было поручено на основании наблюдений Тихо Браге составить новые, более точные таблицы планетных движений.

Всю свою энергию Кеплер сосредоточил на исследовании движения планеты Марс. С чуткостью гения Кеплер утверждал:

«Только на основании движения этой планеты мы достигнем познания тайн астрономии, или они останутся навсегда сокрытыми от нас».

Кропотливое изучение движения планеты Марс продолжалось девять лет. Плодом этого упорного труда явилось гениальное творение Кеплера, изданное в 1609 г. под заглавием «Новая астрономия, причинно обоснованная, или физика неба, изложенная в исследованиях движения звезды Марс, по наблюдениям благороднейшего мужа Тихо Браге». Со времени опубликования этой книги и начинается научно обоснованная новая гелиоцентрическая астрономия; ведь Коперник, как мы видели, ещё пользовался круговыми орбитами и сохранил некоторые эпициклы.

В «Новой астрономии» Кеплер доказал, что орбиты всех планет не окружности. Исследуя движение планеты Марс, Кеплер пришёл к выводу, что расстояния Марса от Солнца всё время меняются. По какой же кривой в таком случае движется планета? После весьма тщательно проделанных вычислений Кеплер вполне убедился, что никакая круговая орбита планеты Марс не удовлетворяет точным наблюдениям Тихо Браге. Следовательно, надо было изгнать из теории планетных движений окружность, которая ранее представлялась единственно возможной орбитой. Вместо неё следовало «избрать» другую кривую. Тут и начались для Кеплера дни и ночи трудной и кропотливой вычислительной работы.

По его словам, «размышляя и соображая, он чуть не сошёл с ума».

Рис. 19. Система мира по Тихо Браге

Сначала Кеплер полагал, что орбита Марса имеет очертания яйцеобразной кривой, но это предположение пришлось отбросить. Затем, уточнив свои вычисления, Кеплер стал думать, что орбита Марса имеет вид несимметричной «щекастой линии». Но это предположение тоже оказалось неправильным. Наконец, Кеплеру пришла счастливая мысль, что орбита Марса, быть может, является эллипсом но, приняв эту гипотезу, Кеплер не сразу решился поместить Солнце в фокусе эллипса. Тем не менее после кропотливой вычислительной работы истинная орбита Марса была, наконец, найдена: она оказалась эллипсом; при этом Солнце находилось в одном из фокусов этого эллипса¹.

Наконец-то новая астрономия получила прочное основание. Были открыты два основных закона планетных движений, излагаемые ныне во всех учебниках астрономии. Кеплер установил, что движение планеты по её эллиптической орбите совершается с переменной скоростью. Скорость движения планеты связана с временем таким законом: площади, описываемые радиусом-вектором планеты, пропорциональны протекшему времени.

Надо заметить, что Кеплер не называл открытые им закономерности «законами». Наименования: первый и второй закон — появились гораздо позднее.

Итак, только в 1609 году, с появлением «Новой астрономии» Кеплера древнегреческая астрономия с её круговыми планетными орбитами и эпициклами была окончательно сдана в архив. Казалось, слава должна была осенить Кеплера, и жизнь его должна была улучшиться. На деле оказалось совсем не так. Денег Кеплеру упорно не платили, и он жил впроголодь, перебиваясь случайными заработками.

В это время наступили грозные военные события: в 1611 году Прага была взята приступом войсками брата императора Рудольфа II, эрцгерцога Матвея, отнявшего у Рудольфа II вооружённой рукой австрийскую корону. Войска, занявшие Прагу, занесли разные эпидемии. Трое детей Кеплера заразились оспой; старший сын умер, а вскоре от «гнилой горячки» умерла и жена. Планы работ в Праге рушились: император Матвей, избранный преемником Рудольфа II, утвердил Кеплера в должности «императорского математика», но уплатить причитавшееся ему жалованье не соизволил.

Кеплеру оставалось только одно: принять какую-нибудь платную должность. Он решил переселиться в город Линц (в Австрии), где ему предлагали место учителя в гимназии.

Примечания

1. Эллипс — замкнутая плоская кривая, имеющая некоторую вытянутость. Вытянутость эллипса зависит от того, как далеко находятся друг от друга две важные точки внутри него — так называемые фокусы эллипса. Неотъемлемым свойством всякого правильно вычерченного эллипса является то, что сумма расстояний любой его точки от обоих фокусов есть величина постоянная и всегда равная большой оси эллипса. Если оба фокуса совпадут в одной точке, получится окружность с одинаковыми радиусами по всем направлениям.