Космос

Пифагор в VI веке до нашей эры, Платон, Птолемей и все христианские астрономы до Кеплера предполагали, что планеты движутся по круговым путям. Окружность считалась «совершенной» геометрической фигурой, и планеты, пребывающие в небесных высях, вдали от земной скверны, также мыслились «совершенными» в мистическом смысле. В равномерном круговом движении планет были уверены Галилей, Тихо Браге и Коперник, причем последний утверждал, что альтернатива должна заставить «разум содрогнуться», поскольку «было бы недостойно помыслить такое о сотворении мира, которое вершилось наилучшим из возможных образом». Поэтому первоначально Кеплер пытался истолковать наблюдения, представляя Землю и Марс движущимися по круговым орбитам вокруг Солнца.

После трех лет вычислений он был уверен, что нашел правильные характеристики круговой орбиты Марса, которые совпадали с десятью наблюдениями Тихо с точностью до двух минут дуги. Напомним, что 60 минут дуги составляют один градус, а 90 градусов – прямой угол, например угол от горизонта до зенита. Так что пара минут дуги – очень небольшая величина для измерений, особенно без телескопа. Это примерно одна пятнадцатая углового размера полной Луны, видимой с Земли. Однако переполнявшая Кеплера радость вскоре сменилась унынием – два следующих наблюдения Тихо оказались несовместимы с орбитами Кеплера, и отличие достигало восьми минут дуги:

Божественное Провидение послало нам в лице Тихо Браге такого прилежного наблюдателя, что раз его наблюдения указывают на... восьмиминутную ошибку в расчетах, то нам остается только с благодарностью принять Божий дар... Если бы я допускал, что мы можем игнорировать эти восемь минут, я бы внес в мои гипотезы соответствующие поправки. Но поскольку игнорировать их было бы непозволительно, эти восемь минут указывают путь к полному преобразованию астрономии.

Расхождение между круговой и истинной орбитами могло быть выявлено только точными измерениями и смелым признанием фактов: «Гармоничные пропорции украшают Вселенную, но гармонии должны находиться в соответствии с опытом». Кеплер был потрясен необходимостью отбросить круговые орбиты и поставить под вопрос свою веру в Божественного Геометра. Очистив авгиевы конюшни астрономии от окружностей и спиралей, он остался, по собственным словам, с «одной телегой навоза» – со сплюснутой окружностью, чем-то вроде овала.

В конце концов Кеплер осознал, что его восторг перед окружностями был заблуждением. Согласно Копернику, Земля являлась планетой, и Кеплер понимал со всей очевидностью, что она, разоряемая войнами, моровыми поветриями, голодом и прочими напастями, весьма далека от совершенства. Кеплер одним из первых со времен античности предположил, что планеты суть материальные объекты, сложенные из того же несовершенного вещества, что и Земля. А если планеты «несовершенны», почему их орбитам не быть такими же? Он попробовал обсчитать различные овалообразные кривые, но допустил при этом некоторые арифметические ошибки (что заставило его поначалу отбросить правильный ответ). Спустя несколько месяцев он от отчаяния вновь попробовал формулу для эллипса, впервые выведенную в Александрии Аполлонием Пергским. И тут обнаружилось великолепное согласие с наблюдениями Тихо Браге: «Истина природы, которую я отверг и выгнал вон, вернулась, крадучись, через черный ход, переменив обличье, чтобы быть принятой... Каким же глупцом я был!»

Кеплер обнаружил, что Марс движется вокруг Солнца не по окружности, а по эллипсу. Другие планеты обращаются по гораздо менее вытянутым орбитам, и посоветуй Тихо Браге исследовать движение, скажем, Венеры, Кеплер мог бы так никогда и не открыть истинных планетных орбит. У таких орбит Солнце находится не в центре, а смещено в фокус эллипса. Когда планета подходит ближе к Солнцу, ее движение ускоряется. Приудалении от Солнца оно замедляется. Это движение можно описать следующим образом: планеты все время падают на Солнце, но никогда не достигают его. Первый закон движения планет Кеплера очень прост: планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.