Любительская астрономия: люди открывшее небо

Мы знаем Кеплера прежде всего, как открывателя законов движения планет. Этим открытием Кеплер был обязан Тихо Браге (1546–1601 гг.) – великому датскому астроному, последнему из «титанов» дотелескопической эпохи. Главным делом своей жизни Браге считал повышение точности астрономических наблюдений. В 1584 году на острове Вен у берегов Швеции он построил две обсерватории – Ураниборг и Стьернеборг, в которых 21 год вел астрономические наблюдения при помощи созданных им металлических угломерных инструментов, повысив точность измерений положений небесных светил в 100 раз! Браге создал свою, компромиссную систему мира: вокруг неподвижной Земли в центре Вселенной обращалось Солнце, вокруг которого обращались планеты. Для её доказательства он до конца жизни проводил наблюдения Марса с наивысшей для XVI века точностью. Однако эти наблюдения послужили Кеплеру как раз для того, чтобы доказать неверность систем и Браге, и Птолемея, уточнив тем самым систему Коперника, и увидеть наконец то, как на самом деле устроена реальная Солнечная система.

На основе анализа этих наблюдений Кеплер вывел законы, которые идеально описывали наблюдаемое движение планет:

• Каждая планета Солнечной системы обращается по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.

• Каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причём за равные промежутки времени радиус-вектор, соединяющий Солнце и планету, заметает собой равные площади.

• Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы больших полуосей орбит планет.

1-й Закон Кеплера

2-й Закон Кеплера

3-й Закон Кеплера

Эти законы развеяли окончательно все представления о «небесных сферах», об аристотелевых идеальных небесных явлениях (эллипс – не окружность, то есть не «идеальная» фигура!), заставили забыть об эпициклах и дифферентах. Через несколько десятилетий после Кеплера никто уже и не вспоминал о системе Птолемея.

Доведя до законченного вида теорию Коперника, Кеплер усовершенствовал и телескоп Галилея. Надо сказать, что сначала он отнесся к новости об изобретении нового прибора скептически, но, получив его в собственные руки, проникся энтузиазмом и стал искать способы устранения недостатков оптики.

Схему Галилея, в которой окуляром служила вогнутая (рассеивающая) линза, Кеплер изменил на систему, где и объектив, и окуляр были двояковыпуклыми (собирающими) линзами. Это позволило увеличить поле зрения, однако недостатком было то, что система Кеплера давала перевёрнутое изображение. Но преимуществ было больше, и все последующие телескопы-рефракторы (т. е. телескопы, объективами которых служат линзы) делались по схеме Кеплера, а не Галилея.

3. Исаак Ньютон

Окончательный вид классическая небесная механика (наука о движении планет и звезд) приобрела с открытием закона всемирного тяготения Исааком Ньютоном. Верные догадки о силе, которая связывает все тела во Вселенной, высказывались и до Ньютона – например, Роберт Гук и Кристофер Рен предполагали, что для объяснения планетных движений достаточно лишь одной силы притяжения Солнца. Они догадывались и о том, что сила притяжения Солнца убывает обратно пропорционально квадрату расстояния до него. Но именно Ньютон смог найти для этого самые убедительные математические доказательства. Более того, именно Ньютон первым догадался, что гравитация действует между двумя любыми телами во Вселенной: движением падающего яблока и вращением Луны вокруг Земли управляет одна и та же сила.

Позже с помощью ньютоновского тяготения были с высокой точностью объяснены все наблюдаемые движения небесных тел.

Исаак Ньютон

Закон тяготения позволил решить не только проблемы небесной механики, но и ряд физических и астрофизических задач. Ньютон нашел метод определения массы Солнца и планет. Он открыл причину приливов – притяжение Луны (даже Галилей ошибочно считал приливы центробежным эффектом). Более того, обработав многолетние данные о высоте приливов, Ньютон вычислил массу Луны. Ещё одним следствием тяготения оказалась прецессия земной оси. Ньютон выяснил, что из-за сплюснутости Земли у полюсов земная ось совершает под действием притяжения Луны и Солнца постоянное медленное смещение с периодом 26 000 лет. Тем самым явление «предварения равноденствий» (открытое Гиппархом) нашло научное объяснение.

Кроме того, Ньютону принадлежат и фундаментальные открытия в оптике. Разлагая свет с помощью призм, он убедительно доказал, что белый свет не первичен, а состоит из цветных компонент с разной «степенью преломляемости» – то есть, говоря современным языком, разные участки спектра имеют разную длину световой волны, о которой можно судить по степени преломления. Фундаментальный труд Ньютона «Оптика» включал в себя следующие темы: принципы геометрической оптики, учение о дисперсии света и составе белого цвета с различными приложениями, включая теорию радуги, интерференция света в тонких пластинках, дифракция и поляризация света.