Титульный лист
Содержание
Николаи Коперник. Жизнь и творчество. Д. Я. Мартынов
Коперник и планетная астрономия. И. Н. Веселовский
Идеи Коперника и их значение для развития естествознания. Г. М. Идлис

Автор: Базурин Р.Г.  

Теги: биографии  

Год: 1973

Текст
                    НИКОЛАЙ
КОПЕРНИК
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ЗНАНИЕ»
Москва 1973


52(09) К 65 Николай Коперник К65 Сборник. М:, «Знание», 1973. (Новое в жизни, науке, технике. Серия «Космонавтика, астрономия», 10). 64. с. В 1973 г. весь мир торжественно отмечает 600-летний юбилей со дня рождения великого польского ученого Николаи Коперника, совершившего революционный переворот в представлениях человечества о строении Вселенной. Авторы статей сборника — известные советские специалисты в области астрономии — рассказывают о жизни и научном подвиге Коперника и влиянии его учения на развитие естествознании. 2-6-1 52(09) Т. п. 1973 г. № 70 СОДЕРЖАНИЕ Николаи Коперник. Жизнь и творчество Д. Я. Мартынов 3 Коперник и планетная астрономия И. Н. Веселовскип 38 Идеи Коперника и их значение для развития естествознания Г. М. Идлис 57 Редактор Р. Г. Базурин Обложка И. Е. Сайко Худож. редактор В. Конюхов Техн. редактор Т. Айдарханова Корректор А. Пузакова А 11786. Индекс заказа 34210. Сдано в набор 19.VI1-73 г. Подписано к печати 13.IX-73 г. Формат бумаги 84X108'/зг. Бумага типографская № 3. Бум. л. 1,0* Печ. л. 2,0. Усл.-печ. л. 3,36. Уч.-нзд. л. 3,33. Тираж 118 680 экз. Издательство «Знание». 101835, Лтосква, Центр, проезд Серова, д. 3/4. Заказ 1361. Типография Всесоюзного общества «Знание». Москва, Центр, Новая пл., д. 3/4, Цена 10 коп. (g) Издательство «Знание», 1973 г.;
Николай Коперник. Жизнь и творчество Д. Я. МАРТЫНОВ, профессор ЭПОХА Мы отмечаем в 1973 г. 500-летие со дня рождения одного из величайших представителей рода человеческого, который первым распахнул двери в необъятные просторы Вселенной и установил место человека в ней. Николай Коперник, рожденный в польской семье, окончивший Краковский и несколько итальянских университетов, чьи идеи публикуются па латинском языке в Гданьске, Нюрнберге и Базеле, перед кем преклоняются датчанин Тихо Браге, итальянец Галилей, немец Кеплер— Николай Коперник принадлежит всему человечеству. Он один из тех избранных, память о ком переживает столетия, живет через 500 лет после его рождения и не угаснет через тысячу лет. Ньютон на склоне лет как-то писал: «Если я видел дальше других, то потому только, что стоял на плечах гигантов...». Одним из этих гигантов был Коперник, сын своей эпохи, первый астроном нашего (времени. Говоря словами Энгельса, эта эпоха «была величайшая из революций, какие до тех пор пережила Земля. И естествознание, развивавшееся в атмосфере этой революции, было насквозь революционным, шло рука об руку с пробуждающейся новой философией великих итальянцев, посылая своих мучеников на костры и в темницы... Это было время, нуждающееся в гигантах и породившее гигантов, гигантов учености, духа и характера. Это было время, которое французы правильно назвали Ренессансом, протестантская же Европа односторонне и ограниченно — Реформацией»1. 1 Ф. Энгельс. Диалектика природы. М., Госполитиздат, 1948, стр. 154. 3
В рассматриваемую нами пору великие поэты итальянского Возрождения — Данте, Петрарка, Боккаччо — уже давно сказали GBoe слово. Вскоре зазвучат стихи Ариосто и Тассо и брызжущая веселостью сатира Рабле. Уже достигло своих неповторимых высот изобразительное искусство: старшим современником Коперника был Леонардо да Винчи, почти ровесниками или младшими современниками его были Микеланджело, Рафаэль, Дюрер, Кранах, Тициан. На смену схоластики в учениях Николая Кузанского, Парацельса, Кардано приходила возрожденная натурфилософия. Гутенберг в Майнце уже изобрел и осуществил свой способ книгопечатания (1445—1454 гг. Библия, 1457 — Псалтырь), а 20-летний Коперник мог узнать об открытии Америки Колумбом, практически подтвердившим идею шарообразности Земли (бесспорно доказанную лишь в пору зрелости Коперника — в 1522 г., когда экспедиция Магеллана реально обошла земной шар). Все сказанное происходило практически на глазах Коперника, потому что, начав образование в гуманистическом Краковском университете, он проводит потом свои лучшие молодые годы (от 23 до 33 лет) в Италии, в самой гуще новых идей и ярких впечатлений. Там же, непрерывно общаясь с талантливыми людьми — товарищами и учителями, он завоевывает себе авторитет и признание как глубокий и тонкий знаток астрономии, хотя он в ту пору не напечатал еще ни одной строчки. Эта его репутация не меркнет и после того, как он поселится, вернувшись на родину, «в отдаленнейшем уголке Земли» (как говорил сам Коперник), у побережья Балтийского моря. Подлинный сын своей эпохи, он и здесь, в Вармии, не прекращает своего общения с учеными современниками либо путем переписки, либо при длительных поездках в Краков, сохранявший и в XV в. свое значение крупного культурного центра. жизнь Но начнем по порядку. Николай Коперник, как принято считать, родился в г. Торуне 19 февраля 1473 г. В нашем современном ка- 4
лендаре этому соответствует 28 февраля. На самом деле год рождения его 1473-й недостоверен. Отцом будущего великого астронома был богатый краковский купец Коперник, тоже Николай, переселившийся в Торунь и там женившийся на Варваре Ватцен- роде, дочери именитого бюргера. От этого брака родилось две дочери и два сына. Николай был самым младшим. Мы ничего не знаем о детских и отроческих годах Николая Коперника, кроме гого, что он после ранней смерти отца оказался на интеллектуальном и материальном попечении Лукаша Ватценроде — своего дяди по матери. Лукаш Ватценроде был высокообразованным гуманистом. Он учился в Краковском, Кельнском и Болон- ском университетах и стал доктором церковного права старейшего в Европе университета в Болонье. Когда Николаю Копернику было 6 лет, Лукаш стал каноником, а с 1489 — епископом Вармийской епархии, расположенной у самого Балтийского моря в низовьях Вислы. Следуя примеру дяди, Николай Коперник поступил в 1491 г. в Краковский университет. Дядя хотел подготовить племянника к политической карьере, но юный Николай именно здесь увлекся астрономией, и уже до конца дней своих. Впрочем, он не совсем обманул ожидания епископа Вармийского, так как в зрелые годы активно и успешно помогал ему в его обширной политической и административной деятельности. Краковский университет был в ту пору знаменит своим резко выраженным гуманистическим уклоном, направленным против средневековой схоластики. Свободное, конечно, в известных пределах, и очень оживленное общение между академическими, церковными и лросто просвещенными деятелями через университет и небольшие научные общества создавало высокий интеллектуальный потенциал, который не мог не оказать влияния на талантливого юношу. Здесь примерно с 1410 г. существовала кафедра астрономии и математики. В ко- перниковские годы в Кракове преподавал астрономию Ян Шеллинг из Глогува (Иоанн Глогувский, 1445— 1507), известный как разносторонний ученый, комментатор Аристотеля, таблиц планетных движений и верный 5
продолжатель преподавания астрономии в духе античной науки. Еще большую славу в преподавании астрономии Краковский университет приобрел благодаря деятельности профессора Альберта Брудзевского (Войцех Бляр из Брудзева, 1445—1495), читавшего астрономию и математику с 1470 до 1490 г. В это время вышел в свет превосходный учебник выдающегося австрийского астронома Г. Пурбаха (1423—1461) «Новые теории планет» (1472), содержавший свободное от вековых наслоений изложение геоцентрической теории строения мира как она была создана во II веке нашей эры античным астрономом Птолемеем. Комментируя это учение на своих лекциях, Брудзевский проявил немало самостоятельности, но не выходил за его пределы. Кроме того, он разделял учение парижского схоластика Ж. Буридана (1300—1358) о движении. Вопреки представлениям Аристотеля о том, что движение совершается под действием силы, непрерывно воздействующей на тело, Буридан утверждал, что для движения достаточно первоначального импульса. Это было предвосхищение закона инерции. И ученик Буридана епископ Николай Орезмский (1325—1382) сделал отсюда выводы о движении Земли, но, убоявшись господствующей доктрины, отказался от них. Уйдя с кафедры астрономии в 1490 г. на другую еще до поступления Коперника в Краковский университет, Брудзевский оставил учеников, которых и слушал Коперник, поэтому, если не прямо, то косвенно Коперник может считаться учеником Брудзевского. Именно здесь, в Кракове, были заложены у будущего астронома основы точных астрономических и математических знаний, конечно, в духе старой геоцентрической теории. И здесь же Коперник приблизился к правильному пониманию природы движения. В последующие годы Коперник сделает из этого правильные выводы о движении Земли — то самое, на что не отважился Николай Орезмский! Не закончив обучения в Краковском университете, Коперник вернулся домой в 1494 г., может быть, по вызову дяди, ставшего к тому времени епископом. В ва- рийском капитуле имелась вакансия каноника, но Коперник на нее избран не был. В 1496 г. он отправляется для продолжения образо- 6
ваиия в Италию. Средства на это дает ему состоятельный Лукаш Ватценроде. Цель — получить степень доктора канонического права, — ту ученую степень, которая откроет молодому Копернику возможность для продвижения вверх в церковной иерархии. Но не это увлекает Коперника. Хотя в университете в Болонье он записался студентом на юридический факультет, все его интересы были сосредоточены в области астрономии, математики, древних греческих авторов. В Болонском университете Коперник нашел выдающихся профессоров, имена которых в наши дни полузабыты, но главным фактором научного воспитания великого астронома был, вероятно, высокий научный потенциал в университетских городах тогдашней Италии. В 1497 г. Лукаш Ватценроде добивается места каноника для своего племянника (его избирают заочно). Значительно меняется материальное положение Коперника, так как доходы каноника вармийской епархии высоки. В 1498 г. к Николаю Копернику присоединяется его старший брат Андрей, тоже вармийский каноник. Молодые братья, свободные от уз, налагаемых церковным саном, ведут образ жизни, свойственный молодым людям, и канониковских бенефиций им иногда не хватает. Не закончив Болонский университет, оба брата уезжают в 1500 г. в Рим, где Николай продолжает заниматься астрономией — сохранились его наблюдения лунного затмения 1500 г. Здесь же он выступает с лекциями по математике и астрономии перед довольно широкой аудиторией студентов и ученых. Вероятно, это были пробные лекции или выступления на диспутах. Весной 1501 г. братьям приходится по требованию вармий- ского капитула вернуться на родину, чтобы отчитаться в достигнутом. Удается еще раз уговорить капитул отпустить их для окончательного завершения образования. Николай избирает себе Падуанский университет, чтобы изучать медицину, а Андрей вновь уезжает в Рим. И в Падуе Коперника интересуют прежде всего точные науки, с неохотой занимается он юриспруденцией и с еще меньшей охотой — медициной. В Ферраре в 1503 г. он получает степень доктора канонического права — долг дяде, в Падуе он, выполняя обязательства, данные им капитулу, еще два года изучает медицину. Получил ли он медицинскую ученую степень — неизвестно, но точно 7
известно, что впоследствии он нередко и с любовью к делу врачевал больных. В самом начале 1506 г. он возвращается на родину, чтобы больше не покидать ее, и вступает фактически в капитул вармийских каноников, со всеми вытекающими отсюда обязанностями. Годы учения, годы странствий кончились. Каковы же были обязанности Коперника? Можно с уверенностью утверждать, чго для него исполнение церковных требований и служб могло быть необязательным. Можно далее утверждать, что сам Коперник их не исполнял и даже, по-видимому, не имел права исполнять, так как не носил священнического сана. Чаще других на коноников возлагались различные административные, хозяйственные и политические поручения, нередко длительные и нелегкие. Местопребыванием вармийского капитула был город Фромборк с его великолепным собором, расположенным на берегу залива Фришгаф. Н. Коперник очень скоро покидает Фромборк. По вызову Кукаша Ватценроде он в 1507 г. переезжает в епископскую резиденцию в замок Лидзбарк, где и проводит последующие 5 лет в роли врача своего дяди вплоть до смерти последнего в 1512 г, В эти годы появляется первое печатное произведение Коперника — совсем не астрономические «Нравственные, сельские и любовные письма» Феофилакта Симокатты, византийского историка VII века. Коперник перевел их с греческого на латинский язык, доказав на деле, насколько хорошо он овладел греческим языком. Конечно, в научном отношении сентиментально-буколические письма Феофилакта интереса не представляли, но соответствовали гуманитарному образованию капитула и епископа вармийского. Вероятно, именно по совету дяди он и опубликовал свои переводы в 1509 г. при посещении Кракова. Коперник приехал в Лидзбарк зрелым 33-летним человеком. Он был всесторонне образован — гражданское и каноническое право, медицина, греческие и латинские авторы, математика и прежде всего астрономия. В ту пору так было возможно! Но, быть может, еще более важным было то, что в годы странствий он общался со множеством знающих талантливых людей, окунулся 8
в атмосферу подлинно научного обсуждения множества важнейших вопросов и как раз в ту пору, когда католическая церковь довольно благодушно смотрела на такие вольные рассуждения, не усматривая пока в них угрозы своему авторитету. В отдаленную Вармию Коперник принес с собой новые знания и дух Ренессанса. Он принес с собой скепсис в отношении космологических построений великого эллинистического астронома — Птолемея, но ни у кого из общавшихся с ним астрономов он не заимствовал ничего положительного, созидающего новую теорию — по крайней мере ни от кого из известных нам. Казалось бы, что у своего дяди, в Лидзбар- ском замке, он располагал достаточным временем для научных размышлений. Но это было не совсем так! В те годы Пруссия была ареной больших раздоров между Польским королевством и Тевтонским орденом. Прошло столетие после того, как при Грюнвальде литовские, польские и русские полки наголову разбили рыцарей ордена. На Вармию и прилегающие к ней области Прибалтики суверенитет польского короля распространялся, но орденские руководители, опираясь на свои замки и отряды подвластных им рыцарей, не переставали разорять северные области Польши набегами и грабежами. Они все еще назывались «крестоносцами» и имели полную возможность плести свои интриги при папском дворе. Польскому королю — хотел он или не хотел — приходилось с ними считаться, а передовым представителем польской короны в Пруссии был не кто иной, как умный и властный епископ вармийский, Лу- каш Ватценроде. Коперник же был не только врачом, но и секретарем у своего дяди, сопровождая его везде и всюду. А Ватценроде с жаром защищал интересы Польши. Так, например, он выступал с таким предложением. Раз в Пруссии уже все обращены в христианство, Тевтонскому ордену нечего больше там делать и потому нужно переселить орден в Подолию, где он будет, воюя с турками, обращать их в христианство. Когда это предложение не прошло, он задумал преобразование Вармии в архиепископство. Тогда он подчинил бы себе все епархии, в том числе и находящиеся во владениях ордена. Но и этот проект не осуществился из-за несогласия папы, внявшего протестам ордена. 9
К концу жизни Ватценроде, а умер он на руках племянника в родном ему городе Торуне в 1512 г., отношения между Польшей и Тевтонским орденом нормализовались, но затем вновь обострились до открытых военных столкновений, осады городов, в частности Фромборка и Лидзбарка, и разорения местного населения, их сел и деревень. С осени 1516 до конца 1521 г. Коперник, находившийся в расцвете своей зрелости, несет разнообразные административные, дипломатические, хозяйственные и даже военные функции (руководит обороной Фромборка и Ольштына). К этому же времени относится составленная им для сейма (в 1519) записка об улучшении монетного обращения в Пруссии и смежных с ней районах — «Соображения о чеканке монет». Хотя непосредственного эффекта эта записка не имела, но спустя семь лет в ухазе короля Сигизмунда, вводившем новую монетную систему, повторяются почти дословно мысли коперниковской записки. И в последующие годы Коперник еще и еще раз выступал на сеймах все по тому же вопросу монетного обращения, в котором он приобрел репутацию знатока. Но годы идут. В 1533 г. Копернику исполняется 60 лет, он еще выполняет отдельные административные и ревизорские поручения по Вармийской епархии. Все больше склоняется он к врачебным делам, в которых снискал себе широкую извесгность. Астрономические работы не отнимают больше у него много времени, они давно завершены, и Николаю Копернику остается теперь подвести им итог, создать лебединую песню, если прибегнуть к поэтическому образу, и реально заложить фундамент новой астрономии, если воспользоваться техническим выражением. ПРЕДШЕСТВЕННИКИ Что же сделал Коперник в астрономии? Сейчас это знают все образованные люди, начиная со школьного возраста, и, может быть, поэтому грандиозность содеянного Коперником теряется в прозе обыденных и привычных знаний. В настоящей статье я хочу представить круг идей и доказательств коперниковской астрономии в свободном от заученных фраз и представлений виде. Звездное небо со всеми его красотами было доступ- 10
но для созерцания тысячи лет назад в той же мере, как и сегодня, а наши отдаленные предки пользовались этой возможностью гораздо больше, чем современные нам жители городов и сел, более того, они изучали его, потому что это было необходимо — для учета времени, для движения караванов, для мореплавания... Так мало-ло-* малу возникла древнейшая из наук — астрономия. В разных странах это произошло в разное время, приблизительно за 10 веков до нашей эры. Уже в ту пору хорошо знали, что небесный свод со всеми находящимися на нем звездами вращается как единое целое, что по нему, двигаясь с запада на восток (так называемое прямое движение), перемещается Луна, завершая свой оборот за один месяц. По нему же, уже более медленно, движется Солнце, из-за чего вид звездного неба медленно, с равным году периодом, меняется: одни созвездия исчезают в лучах дневного светила на запэде,. а другие появляются на востоке перед утренней зарей. Это значит, что Солнце движется среди звезд с запада на восток, т. е. тоже прямым движением. Путь Солнца среди звезд совершается по большому кругу небесной сферы, который получил греческое название «эклиптика». Наконец, среди звезд, как бы закрепленных на небосводе неизменно и неподвижно, было отмечено присутствие звезд блуждающих, названных «планетами». Их было тогда известно пять — Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. В отличие от Солнца и Луны, перемещение планет среди звезд не было простым — они двигались и прямым и попятным движением, описывая зигзаги и петли. Но и в сложных их движениях замечалась периодичность. В середине первого тысячелетия до н. э. уже были накоплены многочисленные наблюдения положений пла- нет на небе (их угловых координат, отнесенных к эклиптике), а еще раньше была определена продолжительность таких важных для человечества циклов, как год, месяц, а также повторяемости явлений у планет. Назревала пора дать всем этим чисто эмпирическим фактам теоретическое объяснение. И греческая наука не преминула это сделать. С одной стороны, объяснение астрономическим явлениям пыталась дать греческая натурфилософия, а с другой—ма- 11
тематика. Уже в середине IV в. до н. э. Евдокс Книд^ ский, старший современник Аристотеля, моделировал Вселенную совокупностью равномерно вращающихся прозрачных сфер, имеющих общий центр — неподвижную Землю. Каждая планета имела своих несколько сфер, имели их и Солнце и Луна. Дальше всех располагалась сфера неподвижных звезд. Всего было 27 сфер. Аристотель воспользовался моделью Евдокса, но довел число сфер до 56. Картина мира Евдокса—Аристотеля просуществовала около 2 тысячелетий, главным образом из-за особого места, которое занимал Аристотель в схоластическом средневековье. Но эллинистическая эпоха успела создать конкурирующую систему — систему Птолемея, которая для своего времени (второй век н. э.) была полноценной научной теорией, способной предсказывать явления. У Птолемея были выдающиеся предшественники: математик Аполлоний (III в. до н. э.) и астроном Гиппарх (II в. до н. э.). Первый для объяснения сложных планетных движений ввел понятие «эпициклов». Эпицикл— круг, по которому движется планета, но центр эпицикла, в свою очередь, обращается вокруг Земли по кругу— деференту, Гиппарх существенно повысил точность астрономических наблюдений и, будучи превосходным теоретиком, нашел способ объяснить известную ему неравномерность движения Солнца и открытые им неравенства в движении Луны, помещая Землю несколько в стороне от центров соответствующих кругов, которые мы и сегодня, следуя Гиппарху, называем эксцентриками. Для Солнца и Луны Гиппарх довел свою теорию до конца, а в отношении планет он ограничился серией искусных и точных наблюдений. Создать полную картину мира выпало на долю Клавдия Птолемея два с половиной века спустя в знаменитом на века сочинении «Тринадцать книг математического построения», дошедшем до нас под заглавием «Великое построение» или искаженном арабами названием «Альмагест» («Величайшее...»). Главная часть этой книги посвящена изложению геоцентрической системы мира, в которой шарообразная Земля занимает центральное положение, а вокруг нее по своим деферентам и эпициклам со смещенными, где надо, центрами движутся небесные тела в такой последовательности: Луна, Меркурий, Венера, Солн- J2
це, Марс, Юпитер, Сатурн. Это была чисто геометрическая теория, доведенная до высокой степени совершенства. Теперь стало возможным предсказание места на небе планет, Солнца и Луны на многие годы вперед. С точки зрения узкого эмпиризма это была великолепная теория высокой прикладной ценности! Что Земля — шар, знал еще Пифагор, а Эратосфен — александриец — ее измерил. Но античная наука не решалась признать Землю движущейся. Правда, отдельные высказывания на протяжении веков делались. Пифагореец Филолай в довольно запутанной теории приписывал Земле движение. Пифагорейцы Никетас и Эк- фант были убеждены, что Земля вращается вокруг оси, то же утверждал и Гераклит Понтийский. Но всего отчетливее идею движения Земли вокруг оси и вокруг Солнца высказал Аристарх Самосский, живший немного позже Аристотеля. Своей идеей он «лишал покоя богов», за что и был изгнан из Афин, как безбожник. Аристарх Самосский был едва ли не первым ученым, подвергшимся преследованию со стороны духовных властей! Аристарх был провозвестником гелиоцентрической теории мира. Его идея двойного движения Земли (вокруг оси и вокруг Солнца) учеными не замалчивалась. Птолемей обсуждает в Альмагесте эту идею и не соглашается с нею. Возражения против движения Земли, выдвинутые Птолемеем, наивны, они не имеют под собой физической основы, физика была тогда в зародышевом состоянии и полна предрассудков. Однако одно соображение — геометрическое — было вполне основательно: отсутствие заметного параллактического смещения у звезд. Действительно (см. рис. 1), если Земля движется вокруг Солнца, то ее расстояние до звезд должно меняться в течение года и мы должны наблюдать смещение близких звезд относительно более далеких или вообще смещение направления на ту или иную звезду. Звезды, ближайшие к Земле в данный момент, должны «расступаться», а более далекие — «смыкаться»; через полгода будет наоборот. Аристарх объяснял отсутствие таких смещений тем, что орбита Земли вокруг Солнца неизмеримо меньше размеров «сферы неподвижных звезд», но выразил это в математически неудачной форме. Как говорил Архимед 13
Рис. 1. К объяснению параллактических смещений звезд: наверху — кажущиеся смещения близкой звезды на небосводе, внизу— кажущиеся смещения звезд, если они все одинаково удалены. в своем «Псаммите» («Исчисление песчинок»), отношение размеров земной орбиты к радиусу сферы неподвижных звезд Аристарх уподоблял отношению размеров центра сферы, т. е. точки, к поверхности сферы, что, конечно, неправильно и вызвало возражения Архимеда в его попытках определить размеры Вселенной для того, чтобы потом найти число помещающихся в ней песчинок. Архимед ограничивается этим и не обсуждает гелиоцентризм Аристарха как таковой, но сама идея гелиоцентризма, рожденная в древности как научная доктрина, дошла до XVI века именно через Архимеда, хотя об Аристархе как стороннике двух движений Земли писали и другие авторы древности — в частности Плутарх (46—126 г.) и скептик Секст Эмпирик (III в. н. э.). Латинский перевод «Псаммита» Архимеда был опубликован лишь во втором издании трудов Архимеда (Венеция, 1558 г.) уже после смерти Коперника, но еще в 1501 г. в Падуе Коперник мог узнать из только что вы- 14
шедшей в свет книги Дж. Валли из Пьячен-цы —энциклопедии почти всех наук — и об Аристархе, и о пифагорейце Филолае, и о Гераклите Понтийском (современнике Платона и Аристотеля), которые учили, что Земля движется. А параллактическое смещение звезд, как. правильно угадывал Аристарх, по своей малости и не могло быть обнаружено ни в античные зремена, ни в XVI веке. Его обнаружили лишь в середине XX века! В настоящее время небесная механика на основе закона всемирного тяготения Ньютона представляет движение Земли, планет и Луны в виде тригонометрических рядов, которые математически выражают взаимодействия Солнца с планетами и планет между собой, В рядах, изображающих движение Луны,—сотни членов для каждой координаты — долготы, широты, радиуса-вектора. Все это глубоко обосновано с точки зрения физики. То же самое (разумеется, с несравненно меньшим числом членов) делал Птолемей, без малейшего физического основания. С практической стороны результаты его можно было бы признать вполне удовлетворительными, если бы чисто эмпирические «разложения» Птолемея не опирались на мало точные наблюдения. Из-за этого вводились фальшивые члены или члены с неверными коэффициентами или с неправильными периодами (я пользуюсь современной терминологией), так что все «великое построение» с течением времени приходилось пересматривать, иначе предсказывать положения на небе Солнца, Луны и планет или вести не расходящийся с природой календарь было просто невозможно. Уже последние философы античности, неоплатоники Прокл и Симп- лиций, говорили, что «Великое построение» ничего не дает для истинного познания, а несколько столетий спустя великий арабский мыслитель Аверроес еще более определенно утверждал: «Астрономия Птолемея ничтожна в отношении, существующего, но она удобна, чтобы вычислять то, что не существует». Правда, Аверроес был сторонником совершенно бесплодной в математическом отношении системы сфер Аристотеля. Таким образом, если внимательно рассмотреть высказывания философов и ученых о движении планет и вообще о строении мира, начиная от пифагорейца Фило- лая и кончая натурфилософом Ренессанса Николаем 15
Кузанским, мы найдем немало верных догадок наряду с сомнениями в правильности построения Птолемея и даже прямого несогласия с ним. Но все это — догадки, лишенные прочного основания, чахлые деревца без корней, или, выражаясь по-современному, флюктуации, едва превышающие шумы научного фона! И все же они свидетельствуют о проходящей через века неудовлетворенности существом Птолемеевой системы. В середине XV в. два выдающихся немецких астронома, Пурбах и его ученик Региомонтан, сделали последнюю попытку пересмотреть геоцентрическую теорию Птолемея в свете новых наблюдений и освободить ее от позднейших наслоений. И хотя составленные Региомонганом «Эфемериды» неплохо предсказывали положение на небе Солнца, Луны и планет на 1475— 1506 гг., ничего принципиально нового в астрономию ими внесено не было. «Ремонта» «Великого построения», пусть даже капитального, было недостаточно: все здание пришло в ветхость! С началом великих географических открытий, с переходом от феодального средневековья к новому времени здание теории Птолемея потребовалось заменить новым. И это сделал Коперник. РОЖДЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ИДЕИ Мы видели уже, что к этому он был вполне подготовлен. Однако всю жизнь он оставался одиночкой, наедине со своими идеями, в то время как вокруг продолжала господствовать все та же антично-средневековая астрономическая традиция. Никто из тех, с кем сталкивался Коперник за годы своей творческой научной деятельности на родине и в Италии, не был ни автором новых идей, ни даже их сторонником. Как мы видели выше, преподавание астрономии в Кракове Брудзевским и Яном Шеллингом шло целиком в русле идей древних — о полной неподвижности Земли. В Болонье Коперник находился в тесном контакте, скорее как товарищ, а не ученик, с Доменико Мариа да Новара (известным в своих кругах астрономом), много более старшим, работавшим в области практической астрономии и, по-видимому, далеким от теоретических вопросов. Мог он еще встретиться в той же 16
Болонье или в Ферраре с Челио Кальканьини (1479— 1541), который двадцать лет спустя (около 1525 г.) написал небольшое сочинение «О том, что небо неподвижно, а Земля вращается, «ли о вечном движении Земли», в котором говорил и о суточном вращении Земли, и о периодически меняющемся наклоне ее оси. Но Кальканьини написал свое сочинение после того, как побывал в Кракове в 1518 г., где мог встретиться или слышать о Копернике, и было это после того, как Коперник написал свой «Малый Комментарий» (ом. ниже), а увидело оно свет после смерти автора и Коперника в 1544 г. В то же время появлялись «фундаментальные» произведения по астрономии, продолжавшие средневековую и античную традицию, вроде «Гомоцентрики» итальянца Фракасторо (1483—1553), с которым Коперник, конечно, встречался в Падуе и, наверное, обсуждал с ним трудности птолемеевой теории. А результатом этих обсуждений было появление тридцать лет спустя книги, где была сделана попытка (последняя в истории астрономии) возродить сферы Евдокса и Калиппа. Теперь их число достигло 791 Конечно, «Гомоцентрика» ни в малейшей степени не.могла соперничать с Альмагестом и его математически стройной теорией. По-видимому, после возвращения на родину в 1506 г. и особенно после смерти дяди между 1512 и 1516 гг., т. е. в течение десяти лет, свободных от административных обязанностей, Коперник оформил свои идеи, рожденные в годы странствий, до состояния законченной научной теории — гелиоцентрической системы мира. Об этом свидетельствуют, по крайней мере, три обстоятельства. В предисловии к составленному Коперником переводу «Писем» Симокатты помещены стихи Лаврентия Корвина, бывшего учителя Коперника по Краковскому университету. Стихи эти прославляют Лукаша Ватцен- роде и тут же характеризуют его племянника, как «мужа ученого», который «исследует быстрый бег Луны и переменчивые движения созвездий и все небо с блуждающими планетами... и умеет, исходя из поразительных начал, доискиваться до скрытых причин вещей». В предисловии к своему капитальному труду, изданному в 1543 г., Коперник говорит, что его друг каноник, впоследствии епископ, Тидеман Гизе часто убеждал его 1361—2 17
предать гласности свои открытия, «чтобы я сочинение, скрываемое мною не только девять, но четырежды девять лет, наконец, издал в свет*. Наиболее достоверно другое свидетельство. Где-то около 1515 г. Коперник решил познакомить узкий круг ученых с основами разработанной им новой теории и составил для этой цели короткое сочинение: «Николая Коперника о гипотезах небесных движений, им выдвинутых, Малый Комментарий». Этот «Commentariobus» известен нам в виде двух рукописных копий. Он не был напечатан, но, очевидно, был разослан ограниченному кругу. «Малый Комментарий» является своего рода заявкой на предстоящее еще построение теории, которое будет снабжено математическими доказательствами, а пока в нем в форме шести аксиом сформулированы все основные положения гелиоцентрической теории мира. Им предшествует изложение классических теорий Евдокса, Калиппа, Птолемея, о которых Коперник отзывается с величайшим уважением. Для круга специалистов Коперник был в ту пору уже крупным авторитетом: его, скромного и провинциального каноника, приглашают в Рим для участия в работе Латеранского собора в 1514 г., где должна была, обсуждаться реформа календаря. Но Коперник не поехал Туда и не высказал никаких предложений к реформе, потому что считал, что фундаментальная для построения календаря величина — продолжительность тропического года — известна недостаточно хорошо. Делая заявку на новую теорию в очень скромной форме, Коперник, несмотря на обширные и ответственные обязанности по Вармийской епархии, продолжает свои астрономические занятия. Прежде всего для эмпирического обоснования своей новой теории он ведет астрономические наблюдения Солнца, звезд и планет, которые ему необходимы, чтобы перекинуть мост между астрономическими явлениями XVI века и эпохи Птолемея. Его наблюдательные средства очень скромны — самодельный инструмент1, устанавливаемый либо у окна, ли- 1 Инструмент, изготовленный самим Коперником, так называемый «птолемеева линейка», или «трик ветру м», спустя 70 лет попал в руки великого наблюдателя Тихо Браге, который принял копер- никовский деревянный треугольник как драгоценность и сочинил восторженную оду в честь его создателя. 18
бо на крепостной стене рядом с той башней, коперни- ковской башней, где жил наш астроном. В 1524 г. по запросу краковского каноника Б. Вапов- ского Коперник в сочинении, явно предназначенном для печати, пишет так называемое «Послание против Вер- нера», где сурово и с большой обстоятельностью критикует неправильные выводы нюрнбергского ученого И. Вернера (1468—1528) о движении «сферы неподвижных звезд» — явлении, которое мы сейчас именуем прецессией, или предварением. В своем сочинении «О движении восьмой сферы» (1522 гг.) Вернер приписывает этой сфере разнообразные тонкие движения, подвергая сомнению и неосновательно исправляя древние наблюдения в угоду своим теоретическим представлениям. Наоборот. Коперник относится к наблюдениям своих предшественников с доверием и уважением, особенно к наблюдениям Птолемея. Пиетет Коперника по отношению к автору «Альмагеста» нетрудно понять: без Птолемея и его трактата Копернику пришлось бы создавать всю планетную теорию сначала. Какие закономерности, заключенные в геоцентрическую теорию мира, порождали возможность иного истолкования явлений? Главной из таких закономерностей было неизменное присутствие движения Солнца в движениях всех планет. Во-первых, период обращения вокруг Земли центров эпициклов Венеры и Меркурия по своим деферентам. В то же время у так называемых верхних планет — Марса, Юпитера и Сатурна — движение по своим эпициклам совершается с тем же периодом (который называется синодическим периодом), что и повторения противостояний планеты с Солнцем, т. е. таких положений, когда Солнце, планета и Земля находятся на одной прямой. При этом плоскость эпицикла планеты параллельна плоскости того круга, по которому движется Солнце— плоскости эклиптики. Более того, радиусы-векторы к этим трем планетам, проведенные из эпициклов, всегда параллельны друг другу и радиусу-вектору Солнца, проведенному от Земли. Это — закономерность, которая требует объяснения. Нельзя объяснить только случайностью, что Марс, Юпитер и Сатурн оказываются всего ближе к Земле именно тогда, когда они находятся в противостоянии с Солнцем. Наконец, как понять тот 19
факт, что попятные движения наблюдаются только у планет и никогда — у Луны и Солнца? Таков перечень вопросов, которые, конечно, возникали у Коперника при его размышлениях о системе мира и на которые он еще до 1515 г. нашел ответ, сформулированный им в «Малом Комментарии» в виде шестой аксиомы. Спустя почти 30 лет в посвящении своей книги папе Павлу III он выразил найденное решенние такими словами: «Допустив те движения, которые придаются Земле в этом сочинении, я после долгих и многократных исследований пришел, наконец, к заключению, что если отнести движения прочих блуждающих светил к кругу, по коему движется Земля, и на этом основании вычислять движения каждого светила, то не только представляемые ими явления будут вытекать как следствия, но что самые светила и пути оных по последовательности или величине своей и само небо явятся в такой между собой связи, что нигде, ни в одной части нельзя чего-либо изменить, не запутывая остальных частей и всего целого». Слабое место всех предшествовавших теорий — вопрос о суточном вращении небесного свода, в которое вовлечены все небесные светила, у Коперника решался самым простым естественным образом — как отражение суточного вращения Земли. Теперь не нужно было придумывать способы передавать дополнительное суточное вращение ко всем другим планетным движениям. Копернику пришлось особенно обстоятельно отстаивать эту идею, против закрепленных вековой традицией нападок Птолемея и Аристотеля и их последователей, пользуясь для этого разнообразными аргументами, преимущественно логическими. Но упрекать Коперника за это не следует, потому что необходимые понятия и принципы механики ждали еще своего открытия Галилеем и Ньютоном. Однако Коперник уже понимал относительность движения и, как мы видели выше, через Брудзев- ского владел правильным представлением о том, что для движения не нужна постоянная «подталкивающая» сила, как это думали последователи Аристотеля. Если для последних, как и для других современников и предшественников Коперника, планеты вместе с Солнцем и Луной и звездами представлялись объектами небесными, то Земля была вполне материальной. Можно было не 20
задумываться над причинами движения планет (в конце концов двигать планеты могли ангелы...), но движение Земли требовало в их представлении движителя, а его не было. Для Коперника же с его буридановским пониманием инерции, сколь смутным оно ни было, такой движитель не был нужен! Существенно важна была новая идея Коперника — параллельного перемещения оси вращения Земли в течение года, так как она правильно объясняла времена года и климатические пояса. Правда, Коперник усложнял объяснение из-за незнания законов механики. Для успеха своей аргументации Копернику очень нужно было возродить упоминавшееся выше утверждение, что расстояние от Солнца до Земли совершенно ничтожно сравнительно с радиусом сферы неподвижных звезд. Этот аргумент, как мы помним, выдвигался еще Аристархом Самосским, но Архимед формально отводил его из-за неудачной в математическом отношении формулировки. А между тем именно он делал понятным отсутствие заметного параллакса у звезд. Действительно, мы хорошо знаем, что когда мы двигаемся, близкие предметы сильно смещаются относительно далеких, а более далекие — мало и тем меньше, чем они дальше; это и есть параллактическое смещение. Глядя из окна движущегося поезда, мы наблюдаем как бы вращен ie всей местности вокруг далекой точки на горизонте так, что самые близкие к поезду предметы проносятся мимо с большой скоростью, а далекие кажутся неподзижными. Однако неподвижность для невооруженного глаза не означает неподвижности, если рассматривать явление в бинокль или в телескоп. Но звезды так далеки от нас, что даже движение Земли вокруг Солнца не отражается во взаимном расположении звезд, если их наблюдать невооруженным глазом или несовершенными угломерными инструментами античности и средневековья и даже более позднего времени, когда звезды наблюдались с инструментами все более точными, а затем и с телескопами. (А то, что параллаксы звезд упорно не поддавались обнаружению, не переставало тревожить астрономов еще три столетия). Итак, Коперник низвел Землю до роли рядовой планеты, поместил Солнце в центре системы и создал гелиоцентрическую систему мира, ведущую к перевороту 21
в мировоззрении ученых и философов. Ио не будем обольщать себя мыслью, что этот переворот прошел легко. Погребовалось не менее столетия; прежде чем гелиоцентрическая система мира получила широкое (но не всеобщее) признание, потому что ей пришлось пробираться через чащу школьных «истин», ложных предрассудков и представлений, которые нужно было преодолевать и логическим путем, и противопоставлением новых фактов и идей. Инертность духовная и в науке тоже нередко бывает очень большой. Мы говорили до сих пор о Малом Комментарии, который содержал в себе фрагменты новой теории. Эго был пристрелочный выстрел. Но доказательства, те самые доказательства, которых недоставало всем предшественникам Коперника, он накопил значительно позже — примерно к 1532 г. в своем великом произведении «De Revolutionibus orbjum coelestium», увидевшем свет лишь еще через десяток лет1. Не дробью мелких идей и мыслей, разлетавшихся вокруг цели, а единственным могучим выстрелом внес в науку Коперник все богатство сво- иа новых идей и построений. ИДЕЯ СОЗРЕЛА И ВЫШЛА НА СВОБОДУ История этого произведения такова. Как мы видели выше, после 1515 г. вармийский капитул поручает Копернику одно за другим целый ряд административных и политических поручений, вплоть до исполнения обязанностей епископа включительно. Темпы научной работы, естественно, снизились. Но теперь, когда идеи сформулированы и теоретически доказаны, остается их изложить последовательно, со всеми эмпирическими доказательствами. Эта задача — тоже не простая— занимает у Коперника еще 16 лет. Коперник, ири- 1 Из двух сохранившихся до нас экземпляров рукописи книги Коперника один, обнаруженный в конце прошлого столетия в частной библиотеке в Праге (и переданный недавно польскому народу), написан рано и носит в себе многочисленные следы позднейших дополнений и переделок. В нем содержатся наблюдения Коперника, сделанные им в 1592 г., но не содержится определение апогея Венеры, сделанное Коперником в 1532 г. и внесенное им на поля другой ему принадлежавшей книги. Эй
ближается к шестидесятилетнему возрасту, книга написана, но нужно ли и можно ли ее печатать, тем более в эпоху религиозных смут, начавшихся выступлением в 1517 г. Лютера против индульгенций и открытым разрывом его с Римом и со всей католической традицией в 1520 г.? Каноник Коперник тоже видит некоторые недостатки в обрядности католицизма и в образе жизни представителей церкви, но вместе с вармийской епархией он остается верен ей. Наоборот, новый гроссмейстер Тевтонского ордена Альбрехт в 1525 г. переходит со всем орденом в лютеранство и объявляет свои владения светским герцогством Пруссией. В то же время королевство Польское остается верным католицизму, а новый епископ вармийский Дантишек занимает позицию воинствующего католицизма. По этим ли или по другим причинам, но деятели Реформации — Лютер и даже мягкий «учитель Германии» Меланхтон отзываются о новом учении Коперника резко отрицательно и даже грубо. Лютер обзывает Коперника дураком, а Меланхтон считает учение Коперника вредным и опасным. Аргумент один и тот же: противоречие Священному .писанию. В противоположность этому католицизм относился к учению Коперника с благожелательным интересом. Ученый секретарь папы Климента VII читает папе и другим князьям церкви в 1533 г. лекцию о новой системе мира. И при новом папе — Павле III — внимание к новому учению не гаснет. Кардинал Николай Шенберг, глава Доминиканского ордена, в 1536 г. пишет Копернику очень лестное письмо, в котором просит его не скрывать свои «вычисления о Вселенной вместе с таблицами и всем, к ней относящимся». Как мы видели раньше, менее заметный епископ Хелминский Тидеман Гизе, ближайший друг Коперника, много лет просит о том же. Но Коперник колеблется. Он видит неустойчивую обстановку религиозных войн и политических перемен. Он пересматривает рукопись своего коронного произведения и вычеркивает оттуда упоминание об Аристархе Самос- ском, прослывшем безбожником, и опять не решается. А ведь ему уже больше шестидесяти пяти лет. Он одинок в своем Фромборке, его брат Андрей давно скончался, его друг Гизе далеко в Хелмно, его притесняет новый епископ Дантишек. Он уже не несет административных 23
обязанностей по капитулу, он только лечит. Труд всей его жизни написан, но лежит без движения. И вот светлый луч осветил его одинокую старость. Наслышанный о новом учении, может быть, познакомившись с «Малым Комментарием», без предупреждения во Фромборк в 1539 г. приезжает из научного центра «лютеранский ереси» молодой (25-летний) профессор Виттенбергского университета Георг Иоахим Ретик. Он хочег узнать из первоисточника новую теорию устройства Вселенной. Ретик преисполнен любознательности, и его свежий ум готов к восприятию всего нового. Коперник принимает его с радостью, и, по-видимому, между ними устанавливается настолько тесный контакт, 4TQ Ретик далее называет его не иначе как «господин учитель, наставник» (Dominus Doctor, Praeceptor). Ретик проводит в Фромборке 2 года. По-видимому, в первый год он полностью овладевает учением Коперника по его готовому сочинению и с помощью Гизе издает уже в 1540 г, в Гданске небольшое сочинение под заглавием «О книгах обращения Николая Коперника первое повествование...». Написанное в форме письма к нюрнбергскому астроному И. Шонеру, это произведение стало первым напечатанным систематическим изложением гелиоцентрической системы мира. Написанное молодым человеком, благоговейно проникшимся идеями своего учителя, оно откровенно и увлеченно пропагандировало новое учение. Оно имело большой успех и было переиздано спустя год с указанием имени автора на заглавном листе (первое издание полуанонимно). Роль «Первого повествования» в распространении идей Коперника трудно преувеличить. Не всякий в состоянии прочитать оригинальное произведение Коперника, и далеко не всякому это нужно. Но талантливое изложение «Первого повествования» было доступно многим и нашло своего читателя на много десятилетий. Пребывание Ретика во Фромборке имело еще одно последствие. По рукописи Коперника Ретик полностью подготовил к печати две главы произведения Коперника— математические главы, относящиеся к плоской и сферической тригонометрии с приложением многих таблиц. Он увез их в 1541 г. и издал в Нюрнберге в 1542 г. Успех «Первого повествования», энтузиазм его автора, горячие убеждения его опубликовать свой трактат 24
заставили престарелого каноника еще раз заколебаться. Коперник приближался к своему семидесятилетию. И он дает согласие на опубликование только таблиц, составленных им на основании своей теории для предвычисле- ния положений небесных светил на небесной сфере. Эту полумеру он оправдывал таким соображением: «Рядовой астроном воспользуется вычислениями; а тот, на кого милостиво взглянул Юпитер, сам найдет и выведет новые причины по многим таблицам». Но Ретик и Гизе решительно запротестовали, и Коперник, наконец, сдался. Он написал предисловие, посвященное папе Павлу III, ,в котором, предвосхищая возможные упреки в отсутствии почтения к библейской и аристотелевской космологии, отстаивал свои идеи с большой убедительностью и смелостью. Он передал уже после отъезда Ретика всю рукопись Гизе, тот переслал ее Ретику в Нюрнберг, и там она пошла в печать в 1542 г. Уже зимой 1542 г. Коперник тяжело заболел, а 24 мая (3 июня) 1543 г. скончался. Первый биограф Колерника Гассенди утверждает, что за несколько часов до смерти Копернику принесли отпечатанную его книгу, но осознал ли он это событие или нет — неизвестно. Книга эта называлась «De Revolutionibus orbium coelestium. Libri VI» и на заглавном листе по обычаю того времени помещалась краткая аннотация несколько рекламного характера. Автором был назван «Николай Коперник Торуньский». Заглавие книги перевести с латинского довольно трудно. Буквальный перевод был бы «Об обращениях небесных сфер», но эти «небесные сферы» как раз противоречат и смыслу и духу книги Коперника. Сам Коперник в первой своей (пражской) рукописи слова «orbium coelestium» зачекнул, и Ретик в «Первом повествовании» их избегает. В тексте же Коперник употребляет слово orbis и как сферу, и как круг, или орбиту. Не следует забывать, что Коперник не освободился от древней традиции рассматривать движения небесных тел как сочетание круговых движений и, может быть, он не хотел порывать с этой традицией. С другой стороны, в посвящении своей книги Павлу III Коперник называет ее «De Revolutionibus spherae mundi», т. е. «Об обращениях мировых сфер». Наконец перевод слова Revolutio как «вращение», а не «обращение» более точен. Немудрено, что пои таких трудностях пеоевода, ?5
усугубляемых гем, что смысл некоторых слов мог измениться за четыре столетия, мы не имеем установившегося перевода названия бессмертного произведения Коперника. Полный русский перевод его, выполненный проф. И. Н. Веселовским, озаглавлен так: «О вращениях небесных сфер». Каково было отношение к заглавию трактата Коперника со стороны его душеприказчиков Гизе и Ретика, мы не знаем. Быть может, они не высказались на этот счет потому, что в изданной книге Коперника обнаружился очень их обеспокоившая фальшивка — анонимное предисловие, не только не принадлежавшее перу Коперника, но и явйо противоречившее всем его идеологическим установкам ет, в частности, посвящению Павлу III; Ретик, уезжая из Нюрнберга в Лейпциг, перепоручил следить за печатанием «De Revolutionibus» лютеранскому богослову Осиандеру. Как установил спустя несколько десятилетий Кеплер, именно Осиандер был автором этого искажающего предисловия. Еще при жизни Коперника Осиандер в письмах убеждал Коперника не настаивать на физической стороне гелиоцентрической теории, а рассматривать ее лишь как удобное средство для описания небесных явлений. Коперник с ним не согласился и, может быть, поэтому написал свое смелое посвящение римскому папе. Но Осиандер, в свою очередь, по-видимому, зная о состоянии здоровья Коперника, осмелился предпослать этому посвящению свое предисловие под заглавием «Читателю о гипотезах этого сочинения», где убеждал читателя в том, что коперников- ская трактовка совсем не затрагивает существа дела: «Гипотезы его могут быть и несправедливыми, могут быть даже невероятными; достаточно если они приводят нас к вычислениям, удовлетворяющим нашим наблюдениям»— и1 все в таком духе. Гизе возмущен. Но исправить что-либо уже поздно. Книга вышла в свет. К сожалению, она выходила в том же виде в последующих изданиях 1566, 1617 гг. и предисловие к ней вводило читателя в заблуждение, так как казалось, что автор этого предисловия — сам Коперник. Лишь в 1609 г. Кеплер реабилитировал Коперника. Для знающего читателя разъяснение Кеплера не могло быть неожиданным. Мы уже цитировали одно место из коперниковского посвящения Павлу 111, где он 26
говорит, как вся планетная теория становится на свое место, если допустить, что Земля движется. Несколькими строками далее он с еще большей определенностью говорит, что его теория — не для одних практических нужд, что она — истинна. Вот это место: «Итак, обнаруживается, что в процессе доказательства, которое называется методом, они (предшественники Коперника) или пропустили что-нибудь необходимое, или допустили что- то чуждое и никак не относящееся к делу. Этого не могло бы случиться, если бы они следовали истинным началам...». И не менее показательно, что в заглавии «Малого комментария» Коперник говорит еще о «гипотезах о небесных движениях», а в трактате «Об обращениях...»— речь идет не о гипотезах, а об истине и только истине! Было ли предисловие Осиандера злонамеренным? Быть может — нет. Сам Осиандер — лютеранский богослов, книга печаталась в лютеранском городе, а как отнесся к Копернику Лютер, мы уже слышали. Может быть, Осиандер проявил себя как редактор-дипломат и поступил так из боязни, «как бы чего не вышло». Во всяком случае в течение первых 75 лет из публикации труда Коперника действительно «ничего плохого не вышло», но в жизни Галилея она сыграла роковую роль. ТРАКТАТ «ОБ ОБРАЩЕНИЯХ...» Здесь не время и не место для подробного рассмотрения содержания книги Коперника — трактата, насыщенного математикой и вычислениями. Нам придется ограничиться пересказом его основных идей. to неизменное присутствие Солнца в планетных движениях, о котором было сказано выше, конечно, должно было заставить задуматься о его «руководящей роли» в планетной системе, и Коперник, владеющий понятием относительности движений, решал для себя этот вопрос положительно, но для других нужно было дать доказательства. Если в первой из шести книг трактата «Об обращениях...» приводятся все логические и физические аргументы в пользу движения Земли, та в пятой книге он дает полное развитие гелиоцентрической теории планетных движений со всеми математическими и численными доказательствами, показывая, что новые поииципы 27
приводят в одних случаях к столь же точному описанию движения планет, как и в «Альмагесте», а в других даже точнее. Таким образом, новое миропонимание оказывалось вполне правомерным и в теоретическом и в прикладном отношениях, оно переставало быть гипотезой. Все годичные периодичности в движении планет Коперник отнес к движению Земли, а остальные — к собственному движению планет. Период обращения планеты вокруг Солнца Si вытекал из сопоставления синодического периода Sy с годичным периодом обращения Земли Е. Это сопоставление мы записываем в наши дни в виде формулы $7 + '$; ^ТГ» ко" торой пользовался еще Птолемей, но в другом виде: если в течение п лет происходит 5 возвращений планеты в одно и то же место неба и / синодических оборотов, то должно быть l+s=n. Эта последняя формула должна была бы удовлетворяться из наблюдений тождественно, если бы все три числа, U s и п были целыми, но это означало бы их соизмеримость, которая осуществляется лишь приближенно. И Птолемей, и Коперник, беря из наблюдений целое число п и /, находили, что до целого числа s звездных оборотов планета не доходила (или переходила) такую-то дугу, которая и служила для точных расчетов. Таким образом, Коперник получил точные значения периодов обращения планет. Они мало отличались от тех, что были приведены в «Альмагесте». Но далее Коперник задается вопросом о расстояниях планет от Солнца — тем, что совсем не интересовало Птолемея. А между тем в птолемеевой теории они в неявной форме уже содержались. Те самые попятные движения, которые отсутствуют у Луны и Солнца, у планет являются отражением движения Земли. Это их параллактическое движение. Длина пути попятного движения определяла радиус эпицикла, описываемого планетой по Альмагесту. Наибольший эпицикл был у Марса, у Юпитера он был меньше и еще меньше у Сатурна. Значат^ орбита Марса всего ближе к земной, а у Сатурна — самая далекая. У «нижних» планет — Меркурия и Венеры— радиусы деферентов указывали на их расстояния от Солнца. Если не ссы- 28
латься на остроумные, но сложные геометрические построения Альмагеста, то сказанное можно иллюстрировать таким рассуждением: наибольшее угловое расстояние Венеры от Солнца равно 46°. Это происходит от того, что с Земли орбита Венеры видна под углом 2X46°, а радиус ее, выраженный в долях радиуса земной орбиты, есть sin46°=0,72. Коперник с помощью новых наблюдений переопределил необходимые геометрические характеристики планетных орбит и нашел (в прекрасном совпадении с величинами Птолемея) следующие значения для средних расстояний планет от Солнца (в единицах расстояния от Солнца Земли). Сатурн Юпитер Марс Венера Меркурий 9,184 5,217 1,520 0,720 0,376 в то время как истинные расстояния таковы: 9,139 5,203 1,524 0,723 0,387 Таким образом, Коперник дал подлинную модель Солнечной системы с расстояниями и периодами обращений. В то же время Коперник в однрм отношении оказался позади своего отдаленного во времени предшественника. Птолемей при построении своих планетных теорий прибегал к сложным кинематическим схемам, в результате чего оказывалось, что планета двигалась по своей траектории не совсем равномерно. Ему было необходимо возможно ближе подойти к истинному движению планет, которое, как мы знаем теперь, происходит неравномерно по эллипсу. Коперник же оказался верным последователем идеи полной равномерности круговых планетных движений, «как того требует правило абсолютного движения», — пишет он. И он придумывает свою кинематическую схему, пожалуй, более сложную, чем у Птолемея, но зато обеспечивающую равномерное движение по всем кругам, которые приходилось вводить, чтобы наилучшим образом описать движение планеты. При этом Коперник заметил, что в конечном счете из комбинации всех круговращений планета движется по кругу лишь приблизительно — обстоятельство, которое 65 лет спустя послужило основанием для Кеплера искать и найти истинную формулу планетных орбит. 29
То обстоятельство, что и в «Альмагесте», и в трактате Коперника пути планет удовлетворительно описывались сочетанием различных круговых движений, вытекало из малой вытянутости планетных орбит, в том числе и орбиты Земли — то, что мы теперь называем эксцентриситетами планетных эллипсов. Будь эти эксцентриситеты велики, ни Птолемей, ни Коперник не построили бы своих теорий на основе круговых движений. Книга вторая трактата Коперника содержит в себе элементы сферической астрономии и заканчивается звездным каталогом, содержащим координаты 1025 звезд и повторяющим в слегка измененном виде каталог «Альмагеста». Книга III содержит теорию движения Солнца, т. е. в конечном счете Земли, а книга IV —теорию Луны. В этой книге с особенным блеском проявился математический талант Коперника, вызвавший восхищение его последователей и противников. Здесь не затрагиваются спорные вопросы —Луна движется вокруг Земли у Коперника так же, как и у Птолемея, — но кинематическая схема, хотя и более сложная, дает более точное описание движения Луны по небосводу, а кроме того выводятся расстояния Луны от Земли несравненно более близкие к действительности, нежели в «Альмагесте». Не все в построениях Коперника выдержало проверку временем. Так, он дал впервые со времен Гиппарха почти правильное объяснение явлению предварения (прецессии) равноденствий — не сфера неподвижных звезд имеет, кроме суточного, еще и медленное вращение, а ось вращения Земли имеет медленное вращение относительно сферы неподвижных звезд. Действительно, признав, что Земля обладает суточным вращением, а никакой сферы неподвижных звезд не существует — наоборот, звезды очень-очень далеки, Коперник должен был дать объяснение прецессии, исходящее только из движения Земли относительно окружающей ее огромной Вселенной. Из того, что небесный экватор не совпадает с эклиптикой, следовало, что ось вращения Земли не перпендикулярна к плоскости земной орбиты; с другой стороны, неизменное положение среди неподвижных звезд полюса мира, т. е. той точки неба, в которой земная ось встречается с небосводом, говорит о том, чго вокруг 30
Солнца Земля движется, сохраняя неизменной в пространстве ориентировку оси своей. Иными словами, земная ось перемещается параллельно самой себе. Это — фундаментальный вывод, так как он объясняет смену времен года и климатические пояса на Земле, и мы узнаем это на уроках географии в самом начале своих школьных лет. Для нас параллельное перемещение оси вращения любого тела есть естественное следствие одного из фундаментальных законов механики, установленного много позже Коперника, а Коперник этого не знал и ему, наоборот, казалось невозможным, чтобы земная ось перемещалась параллельно самой себе, она должна была вращаться относительно окружающего мира, но так как это противоречит наблюдениям, то должно существовать противоположное вращение, поддерживающее направление оси неизменным. Только неизменность слегка нарушается. Противоположное вращение компенсирует прямое неполностью, в результате точка весеннего равноденствия— пересечения экватора с эклиптикой медленно перемещается навстречу видимому движению Солнца. Это и есть прецессия. Она очень невелика. Птолемей считал ее равной одному градусу в столетие. Впоследствии арабские астрономы дали большее значение—1° в 70 лет. Это дало повод многим, в том числе и Копернику, считать, что прецессионное движение меняется со временем. Поэтому он придал компенсирующему движению земной оси сложный характер — как результат сложения двух конических движений (кроме годичного, конечно) — с периодами в 3474 и 1717 лег. Эта модель не удержалась в науке. На самом деле прецессионное движение, хорошо всем известное из движения волчка, когда его ось, колеблясь, описывает конус, в случае Земли есть простое следствие сплюснутости Земли у полюсов. Если бы Земля была точным шаром, прецессии ее не существовало бы. Все это было показано Ньютоном полтора столетия спустя после выхода в свет трактата Коперника. Полный период прецессионного движения земной оси составляет около 26000 лет. Как теория прецессии, так и усложненная теория движения Солнца составляют содержание мало удачной книги III трактата «Об обращениях». Книга VI также 31
не оказала влияния на развитие астрономии — в ней излагается теория видимого движения планет по широте, т. е. их перемещения поперек эклиптики. Геометрические построения Коперника отличаются от построений «Альмагеста», но в целом теория развивается в том же духе и не соответствует современным представлениям. Мы не повторяем сейчас сделанный выше упрек планетной теории Коперника, что она основывалась на аристотелевском принципе совершенства небесных явлений — на принципе равномерных круговых движений. В том виде, в каком эта теория вышла из-под пера Коперника, она могла быть развита в правильном направления, что и не замедлило произойти в трудах Кеплера. В этой связи нелишним будет отметить одну непоследовательность гелиоцентрической теории Кеплера. Провозглашая в первой глазе, что Солнце находится в центре мира, он в практических построениях центр Солнечной системы помещает в центре земной орбиты, около которого находится неподвижное Солнце. В своих вычислениях Коперник основывался на наблюдениях эллинистической эпохи, арабов и современных наблюдениях, в том числе своих собственных. Он относился с полным доверием к наблюдениям, легшим в основу Альмагеста, несколько меньше доверял он арабам; в обоих случаях преувеличенное, это доверие было незаслуженным, и теория страдала от вынужденных усложнений. В то же время он вполне правильно оценивал точность (невысокую) своих наблюдений и предостерегал Ретика от увлечения вносить в теорию новые элементы, основываясь на надежных эмпирических данных. Такое предостережение сохраняет свою воспитательную ценность и в наши дни, тогда же оно получило блестящее подтверждение спустя всего лишь полвека, когда Тихо Браге улучшит на порядок точность астрономических наблюдений и тем доставит теоретическому гению Кеплера возможность устранить неверный принцип круговых движений планет и заменить его тезисом о движении планет по эллипсам. Но для непосредственных преемников Коперника — как бы они ни относились к принципам его учения — заключительные книги «De Revolutionibus» послужили основой для построения новых планетных эфемерид. До самой середины XV в. в употреблении астрономов были 32
так называемые «Альфонсинские таблицы», составленные в конце XIII в. при дворе кастильского короля Альфонса X, собравшего для этой работы более 50 ученых. Значение таких таблиц росло по мере развития мореплавания и их усовершенствованное переиздание в Венеции датируется 1453 г., т. е. на заре книгопечатания. Упомянутые ранее эфемериды Региомонтана просто продолжали все ту же птолемеевскую традицию. Теперь, имея в своем распоряжении теорию Коперника, друг Ре- тика, виттенбергский математик Эразм Рейнгольд строит новые астрономические эфемериды, названные им «Прусскими таблицами». Они заменили собой «Альфонсинские таблицы» и, в свою очередь, были заменены лишь спустя 80 лет более совершенными «Рудольфин- скими», которые составил Кеплер и опубликовал в 1627 г. Нужно ли напоминать, что эти таблицы, как и все последующие вплоть до наших дней, истоком своим имеют гениальную идею Коперника. ТВОРЕЦ УМЕР — ИДЕЯ БЕССМЕРТНА Мне остается совсем немного — рассказать о судьбе учения Коперника,— созданной им гелиоцентрической системы мира. Как мы говорили уже, католическая церковь отнеслась к учению Коперника с благосклонным интересом, в противоположность лютеранству. Дело в том, что в начале XVI в. католицизм уже пережил свой расцвет, а, с другой стороны, до открытого вызова со стороны Лютера и его приверженцев она не видела угрозы своему существованию ни с какой стороны и меньше всего со стороны науки, в практических применениях которой она нуждалась, а в ее теоретических построениях позволяла некоторое вольнодумство постольку, поскольку оно не затрагивало основных догматов церкви (ее «символ веры») и не претендовало на массовое распространение. А тут как раз эпиграфом к книге стоял принцип Платоновой Академии: «Пусть не входит никто, не знающий геометрии». Наконец, учение Коперника ни в малейшей степени не касалось вопросов обрядности, тех вопросов, которые в борьбе с «Лютеранской ересью» были самым уязвимым местом у римской церкви. Наоборот, для Лютера, поставившего во главу угла своего учения безого- 33
ворочное восприятие Библии как всеобъемлющего авторитета во всех, решительно во всех областях человеческой деятельности, учение Коперника было неприемлемо от начала до конца. Оно могло «ввести в соблазн» любого грамотного человека хотя бы потому, что Иисус На- вин приказывал Солнцу остановиться в его суточном движении по небесному своду. Новая идеология всегда непримиримо относится к любому отклонению от своих догм. Но время идет, и знакомый уже нам папа Павел III начинает активную борьбу с реформацией, он утверждает в 1540 г. орден иезуитов — армию воинствующего католицизма, учреждает центральный инквизиционный трибунал (1542) и собирает в 1545 г. Тридентский собор для укрепления основных догматов католицизма и выработки доводов против реформатской критики. Вскоре после этого (1559) появляется и первый «Индекс запрещенных книг», который на несколько столетий стал для каголицизма орудием борьбы католической реакции против всякой новой идеологии. К концу XVI в. уже многие ученые усваивают копер- никовское учение, но не выходят с этим учением за пределы университетских аудиторий или узкого круга придворных ученых. Но вот появляется бывший монах, который и в церковных догматах сомневается, и, начав скитальческую жизнь по европейским столицам, принимается за пропаганду гелиоцентрической системы мира, да еще вместе с идеей о многочисленности обитаемых миров. Этот монах Джордано Брунот Его печальная судьба известна. Год его сожжения на костре—1600-й — можно считать начало^ решительного наступления официальной рцмской церкви на учение Коперника. Судьба другого яркого последователя Коперника— Галилея — тоже известна. Именно он своими телескопическими открытиями и установлением закона инерции и принципа относительности в механике придал учению Коперника новую силу и убедительность. И тем же самым он способствовал внесению книги Коперника и тех книг, которые поддерживают его идеи, в список запрещенных церковью книг. Это позорное событие, которое католическая церковь обосновывала юридически предисловием Осиан- дера, случилось в 1616 г., и запрет продержался более 200 лет. 34
Младший современник Галилея Кеплер, был убежденным коперниканцем и, не отягощая себя никакими трудностями, связанными с геоцентрической теорией, свободно и последовательно открыл три фундаментальных закона планетных движений. Вместе с Галилеем Кеплер был одним из тех гигантов, которым так признателен Ньютон за то, что получил из их рук правильное описание устройства Солнечной системы и потому оказался в состоянии дать ему объяснение. Это случилось, как мы знаем, во второй половине XVII в., около полутора столетий спустя после опубликования бессмертного труда Коперника. Но и после этого оставались еще астрономы, даже видные, которые оспаривали гелиоцентрическую доктрину. Последний удар этим ретроградам нанесло ае ожидавшееся никем открытие в начале XVIII столетия Брадлеем явления аберрации света. Явление это состоит в том, что каждая звезда описывает на небе периодическое смещение, подобное параллактическому смещению, но в то время как параллактическое смещение выражается ее сдвигом в сторону Солнца, аберрационный сдвиг направлен перпендикулярно этому — в сторону движения Земли. Аберрация света есть результат геометрического сложения движения Земли по орбите и движения света ог звезды к земному наблюдателю. Как видно из рис. 2, S S Рис. 2. К объяснению аберрации света. а в в результате этого сложения наблюдатель вядит звезду не в направлении S, а в направлении S', так как пока 85
свет от звезды проходит длину телескопа, сам телескоп, уносимый Землей со скоростью около 30 км/сек, переместится из А в В. Так как скорость света приблизительно в 10000 раз больше, то и угол а аберрационного сдвига составляет Vioooo радиана, или около 20". Он не зависит от расстояния звезды. Очевидно, аберрации звезд не было бы в двух случаях— бесконечно большой скорости света или (и) неподвижности Земли, но за полстолетия до открытия Брадлея Рёмер (1644—1710) открыл конечную скорость света, так что для объяснения аберрации света оставалось одно — признать реальным движение Земли. После этого геоцентрическая система мира стала в астрономии реликтовой теорией. Но вне точных наук с ней приходилось считаться и бороться. Достаточно вспомнить знаменитую басню Ломоносова об очаге и вертеле: Случились вместе два астронома в пиру, И спорили весьма между собой в жару. Один твердил: Земля, вертясь, круг Солнца ходит; Другой — что Солнце все с собой планеты водит; Один Коперник был, другой слыл Птолемей, Тут повар спор решил усмешкою своей. Хозяин спрашивал: — Ты звезд теченье знаешь? Скажи, как ты о сем сомненье рассуждаешь? Ой дал такой ответ: — Что в том Коперник прав, Я правду докажу, на Солнце не бывав, Кто видел простака из поваров такого, Который бы вертел очаг кругом жаркого? Грандиозные успехи небесной механики в конце XVIII и начале XIX в. вынудили и католическую церковь сдаться: решением Конгрегации «Индекса запрещенных книг» в 1822 г. с книги Коперника, а вместе с ней с произведений Галилея и Кеплера запрет был снят. В списке 1835 г. эти произведения уже отсутствуют. К своему сочинению «Первое повествование» Ретик избрал эпиграфом цитату из Алкиноя, философа I в. н. э.: «Намеревающемуся философствовать необходимо быть свбодным в мыслях», тем самым делая намек на свободомыслие своего «дорогого наставника и учителя». Мы видели, что Коперник действительно имел смелость отвергнуть идеи, освящаемые авторитетом церкви на протяжении полутора тысячелетий, и свободно развернуть круг своих идей. Но мы видели также, что в 36
выражении своих идей он был стеснен и лишь на самом склоне дней своих сказал о них полным голосом, а ведь он мог это сделать по крайней мере двадцатью годами раньше. Так же стеснен был Галилей в обнародовании своих научных достижений и был жестоко наказан католической церковью, не пощадившей его преклонный возраст (ему было тогда за 70 лет). Только Ньютон был и остался свободен в своем научном творчестве. Но это была математика, ее понимали немногие, ее обсуждали в узком кругу ученых обществ и академий. Ньютон не пропагандировал, он принимал за непреложное то, что его предшественники страстно доказывали... Но именно они, чьи слова были понятны и доступны не только узким знатокам, но всем мыслящим людям, они вели вперед все человечество в познании природы, в развитии научного мировоззрения, в освобождении от религиозного варварства. И чем дальше, тем свободней становились науки и философия и тем быстрее и вернее они развивались на благо и торжество рода человеческого! Оттого, что границы доступной нашему познанию Вселенной Коперник расширил сравнительно с античным космосом в сотни раз, а мы, его потомки, — в миллиарды раз, мы, люди, обитающие на маленькой Земле, не предаемся самоуничижению. Наоборот, мы гордимся тем, что астрономия вместе с техникой манит нас и уносит реально за пределы узкого «круга земного». И мы склоняем свои головы перед памятью того, кго первым направил нас по этому пути!
Коперник и планетная астрономия И. Н. ВЕСЕЛОВСКИЙ, профессор ПЛАНЕТНАЯ АСТРОНОМИЯ ОТ АНТИЧНЫХ ВРЕМЕН ДО КОЛЕРНИКА Система Евдокса Употребляемые сейчас названия планет — это латинские переводы греческих названий: Меркурий — Гермес, Венера —Афродита, Марс—Арес, Юпитер — Зевс, Сатурн — Крон. Греческие «божественные» имена планет появились в середине IV в до н э.: Платон (427— 347 гг) пользовался еще старыми, пифагорейскими названиями плацет, а Аристотель (384—322 гг.) —уже новыми, божественными. Так как пифагорейские названия были известны Копернику, имеет смысл привести их и здесь: Стильбон (Меркурий), Фосфор и Геспер (Венера утром и вечером), Пироент (Марс), Фаэтон (Юпитер) и Файнон (Сатурн). В свою очередь, греческие божественные названия были переводами с вавилонского: Гермес — Набу, городской бог Борсиппы, предместья Вавилона, бог письменности и торговли Афродита — Иш- тар, богиня плодородия и любви, Арес — Нергал, бог войны и чумы; Зевс — Мардук, городской бог столицы Вавилона; Крон — Нинурта, бог осеннего Солнца, городской бог древней шумерской столицы Ниппура. Но и этц названия не были изначальными. За исключением планеты Иштар, божественность которой признавалась еще в III тысячелетии до н, э., вавилонские божественные 38
имена другим планетам были даны примерно в VI или в VII вв. до н. э., в эпоху нововавилонского царства: ведь самая яркая после Иштар планета (Юпитер) получила имя Мардука— бога столицы Вавилона. В предшествующую, ассирийскую эпоху планеты (кроме Иштар) носили небожественные имена. Как раз в тот период (IV в. до н. э.) создавалась математическая астрология. Поскольку боги больших и малых государств не смогли защитить своих подопечных от завоевания их персидской империей, астрологи низвели богов на роль простых изъяснителей велений рока и поместили их на планеты, положения которых стали определять дальнейшие судьбы человечества и каждого человека в отдельности. В это время развилась также и математическая астрономия, были точно определены продолжительности тропического года и лунных месяцев, что позволило правильно отрегулировать лунно-солнечный год (19-летний цикл), который до сих пор сохранился в еврейском, а также в христианском («пасхальном») календарях. Затем были выработаны математические методы, необходимые для предвычисления будущих астрономических событий. Таким образом, было установлено одно из существенных положений современной науки, а именно, что естественные процессы могут быть выражены с помощью математических формул. Несовершенство вавилонской астрономии заключалось в том, что она, умея достаточно точно предсказывать наступление отдельных астрономических событий, не ставила вопроса об их физической сущности, не рассматривала всего процесса непрерывного движения планеты; иными словами, ее интересовала только математика, а не механика планеты движений. Вопрос о механике планетных движений был поставлен греческими астрономами; они стремились найти механизм, с помощью которого можно было бы воспроизвести все движение данной планеты, рассматриваемой как некая материальная точка. Так как все объекты надлунного мира были совершенными, неизменными и вечными, считалось, что их естественное движение должно быть тоже неизменным и вечным, т. е. круговым и равномерным. Поэтому Платон поставил перед своими учениками задачу—представить движение планет как комбинацию равномерных круговых движений, или врашс- 39
ний (в то время круговое движение точки еще не отличали от вращения). Эта задача была решена младшим современником Платона Евдоксом Книдаким (около 368 г. до н. э.). Все движения планет он получил путем сложения равномерных вращений ряда сфер, на поверхности которых были прикреплены планеты (рис. 1); центры этих сфер совпадали с центром Земли (так называемые гомоцентрические сферы). Суточное движение неподвижных звезд представлялось в виде вращения сферы, которое совершалось вокруг оси, проходящей через полюсы Земли. На Рис. 1. Система гомоцентрических сфер Евдокса для Солнца и неподвижных звезд (аналогичное построение для Луны и планет значительно сложнее). В представлениях древних эти сферы совпадали одна с другой: а — неподвижная сфера, связанная с неподвижной Землей. Экватор этой сферы представляет собой сечение неба плоскостью экватора Земли; б — подвижная сфера, на которой укреплены все звезды. Экватор этой сферы скользит по экватору неподвижной сферы, совершая один оборот за сутки. На сфере неподвижных звезд начерчена линия эклиптики, проходящая через двенадцать знаков зодиака. Ось эклиптики вращается вместе с этой сферой, описывая на неподвижной сфере северный и южный полярные круги; в — сфера, экватор которой скользит по эклиптике, совершая один оборот в год. Ее полюса совпадают с полюсами эклиптики. На экваторе этой сферы находится Солнце, которое проходит каждый знак зодиака за одну двенадцатую часть года. Полгода оно выше экватора сфер а и б, а полгода — ниже него. Этим объясняется существование времен года. Линия пересечения плоскостей экватора и эклиптики неподвижна на сфере б и называется линией равноденствия. поверхности этой сферы имеется большой круг — траектория годового движения Солнца — эклиптика. Чтобы описать движение Солнца по эклиптике, надо было по- 40
местить Солнце на экваторе еще одной сферы, которая вращалась бы вокруг оси, проходящей через полюсы эклиптики; совокупность двух этих вращений представит видимое движение Солнца по небесному своду в течение года. Примерно таким же образом определялось движение Луны; осложнение заключалось лишь в том, что ее орбита не совпадала с эклиптикой и, кроме того, точки ее пересечения с эклиптикой перемещались по эклиптике примерно с периодом в 19 лег. Это уже потребовало введения трех сфер, которые вращались с периодами в сутки, год и 19 лет, и еще одной сферы, на экваторе которой помещалась Луна; эта сфера, вращаясь вокруг полюсов лунной орбиты с периодом в один лунный месяц, заставляла Луну перемещаться по ее орбите тоже за один месяц. У остальных планет движение рассматривалось только по долготе, поэтому эклиптику можно было считать и орбитой всех планет. Зная сидерический периодх движения планеты, можно представить ее среднее движение по эклиптике также в. виде сложения движений трех сфер: одной сферы — для суточного, другой— для годового движения, третьей — для движения по эклиптике среднего положения планеты с периодом, равным времени сидерического движения. Чтобы получить истинное движение планеты, надо было добавить перемещение планеты относительно ее среднего положения; это перемещение Евдокс рассматривал как гармоническое колебание с центром в среднем положении. (На самом же деле такое перемещение происходило вследствие того, что планета наблюдалась с движущейся Земли), Период этого колебания он и мог принять равным одному году, а амплитуду — равной наибольшему отклонению планегы от своего среднего положения. Построения Евдокса были проверены его учеником Калиппом, а полученные результаты утверждены самим Аристотелем. Теория гомоцентрических сфер была впоследствии принята арабскими философами, в частности Ибн-Рош- дом (Аверроэсом, род. в 1126 г.), а после них —и сред- 1 Сидерический, или звездный, оборот планеты — время, за которое планета займет io же видимое положение среди неподвижных звезд. 41
невековыми схоластами. Она нашла последователя даже во времена Коперника, это был итальянец Джироламо Фпакасторо (1483—1553 гг.). Система Аристарха Самосского У системы Евдокса были существенные недостатки. Так как каждая планета двигалась по сфере, центром которой была Земля, то все время движения, находясь на одинаковом расстоянии от Земли, планета должна была сохранять одинаковую яркость. Но это с очевидностью не осуществлялось для самой яркой планеты — Венеры, на что обратил внимание уже ученик Платона Гераклид Понтийский (около 300 г. до н. э.). Учитывая, что Венера не может удаляться от Солнца по небесной сфере более чем на 45°, Гераклид предположил, что Венера должна вращаться вокруг Солнца; таким образом, ее расстояния от Земли изменяются, а это отражается и на ее яркости. То же самое было принято и для Меркурия; мнение, что обе эти нижние планеты вращаются вокруг Солнца, сохранялось и во времена Римской империи. Второй «непослушной» планетой оказался Марс, который, находясь в противостоянии с Солнцем, был гораздо ярче, чем в соединениях. Так как эти противостояния и соединения происходили в любых местах зодиака, это означало, что орбита Марса должна охватывать не только Землю, но и Солнце. Объяснялось это двояко: либо Марс должен вращаться вокруг Солнца, а Солнце вокруг Земли, либо же Земля, находясь между Солнцем и Марсом, должна вращаться вокруг Солнца. Такое заключение было очевидным для другого великого астронома античности Аристарха Самосского, жившего в первой половине III в. до и. э. Наблюдая время прохождения Луны через тень Земли в течение лунного затмения, Аристарх установил, что у конуса тени, которую Земля отбрасывает от Солнца, вершина лежит вне отрезка, соединяющего центры Земли и Солнца. Поокольку этот конус представляет собой общую обертывающую для сфер Земли и Солнца, диаметр Солнца должен быть больше диаметра Земли примерно в отношении 19 к 3, а расстояние от Земли до Солнца примерно в 20 раз больше расстояния до Луны. Эго, в 42
свою очередь, показывает, что объем Солнца должен быть примерно в {19/3)?, т. е. примерно в. 250 раз, больше объема Земли!, а если так, то гораздо более вероятно, что Земля вращается вокруг большего тела — Солнца, а не наоборот. Так родилась первая гелиоцентрическая теория строения Солнечной системы. Почему же в дальнейшем развитии астрономии она не удержалась. Дело в том, что теория Аристарха основана на двух несовместимых предположениях: все небесные светила должны вращаться по окружностям вокруг материального тела; все движения планет вокруг этого центрального тела должны быть равномерными* Система Гиппарха и Птолемея Однако уже предшественники Аристарха афинские астрономы Метон и Евктемон (середина V в. до н. э.) знали, что продолжительность астрономических времен года неодинакова. От весеннего равноденствия до летнею солнцесгояния проходит 93 дня; от этого солнцестояния до осеннего равноденствия — 90 дней, столько же — от осеннего равноденствия до зимнего солнцестояния, а от зимнего солнцестояния до весеннего равноденствия— снова 93 дня. В V в. до н. э. этими отклонениями можно было пренебрегать, считая их лежащими в пределах ошибок наблюдения, но когда стали известны более точные вавилонские наблюдения (около 200 г* до н. э.), выяснилось, что эти отклонения действительно существуют и второе основное положение Аристарха о равномерном движении планет неверно. Но равномерность круговых движений небесных тел считалась незыблемым законом их естественных движений планет. Таким образом, иппарх пожертвовал первым законом Аристарха, заставив планеты вращаться не вокруг материального тела (Земли), а вокруг некоторой геометрической точки, положение которой Гиппарх и, определил (рис. 3). Соответствующая орбита светила по* 1 В действительности диаметр Солнца больше диаметра Земли в 109 раз, а .об ьем--в 1 млн. 301 тыс. раз. 43
Рис. 2. Система Гиппарха и Птолемея для внутренних планет (а): Солнце С\ вращается вокруг Земли по окружности с радиусом /?, а вокруг Солнца по эпициклу с радиусом г вращается планета h. Система для внешних планет (б): планета h вращается по эксцентру с радиусом R вокруг Солнца С2, которое находится на расстоянии г от неподвижной Земли и вращается вокруг центра Земли. лучила название эксценгра. Любопытно, что лишь через 1800 лет после Гиппарха Кеплер пришел к диаметрально противоположному решению: он заставил планеты вращаться вокруг материального тела (Солнца), но не по окружности, а по эллипсам и вдобавок с изменяющейся скоростью. Гиппарх полностью разработал свою теорию видимого движения Солнца вокруг Земли по эксцентру, а теория движения планет была разработана через 300 лет (около 150 г. н. э.) александрийским астрономом Клавдием Птолемеем. Но культурная атмосфера в его время была другая. В предшествующую эпоху астрология уже существовала (в частности, она лежала в основе философской системы стоиков), но в чистую науку астрология еще не вторгалась; была сильна материалистическая школа эпикурейцев; продолжали работать и последователи Аристотеля и Платона. К этому времени уже была создана тригонометрия (как плоская, так и сферическая); улучшены, вавилонские методы расчета планетных движений; начинала формироваться алгебраическая математика, получившая расцвет позже, в деятельности Диофанта (предположительно III в. н. э.). Во времена начинавшегося упадка Римской империи мистика и астрология господствовали повсюду. Не избежал влияния астрологии и Птолемей, астрологические труды которого пользовались большой известностью. Следы астрологии (правда, только следы) внимательный читатель может найти даже в его «Альмагесте»± Наибо- 44
лее заметно это оказалось в том, что у Птолемея Земля служит центром, вокруг которого должны вращаться все планеты, в том числе и Венера с Меркурием, несмотря на то, что эпицикл Венеры при этом получался очень большим. Схема птолемеевых расчетов движения планеты изображена на рис. 3. Птолемей исходил из некоторого среднего равномерного движения планеты, к которому прибавлялись поправки (так называемые уравнения). Основных поправок было две. Одна из них вызывалась тем, что в действительности планета движется по эллипсу, поэтому в различных местах орбиты меняется скорость планеты. Эта поправка называлась неравенством в отношении зодиака и исправлялась путем введения эксцентра. Другая поправка появлялась вследствие того, что наблюдения велись с движущейся Земли; это приводило к тому, что планета в одних местах совершала прямое движение (против стрелки часов), в других — обратное, а в некоторых точках останавливалась (так называемое стояние). Эта поправка носила название- неравенства относительно Солнца и исправлялась по методу Гераклида с помощью эпицикла, центр которого перемещался по эксцентру, в то время как сама планета двигалась по эпициклу. л*Л2 о: Рис. 3. Движение планеты в системе Птолемея. Планета h движется равномерно по эпициклу с радиусом г, центр которого также равномерно движется по эксцентру с радиусом R и центром Л, находящимся вне Земли. Коперник отметил, что периоды движений по эпициклам у всех планет одинаковы и равны одному году. Это совпадение легко объяснялось при переходе к гелиоцентрической системе, 45
Напомним, что до Птолемея занимались движением планет только по долготе. Птолемей создал методику расчета движения планет по широте, которая, между прочим, была почти целиком принята Коперником. Можно поставить вопрос о точности, которую давала методика Птолемея. Для этош нужно взять положение планеты, вычисленное у Птолемея, и сравнить с тем, которое можно рассчитать современными методами с помощью особых астрономических таблиц. Результаты получаются настолько близкими, что во избежание совмещения кривых пришлось взять для каждой кривой свою начальную точку — положение точки весеннего равноденствия. Таким образом, мы видим, что в пределах точности наблюдений невооруженным глазом методика Птолемея давала достаточно удовлетворительные результаты. Кажется, астрономы могли бы радоваться, но тут случилось непредвиденное. В александрийский период развития астрономии усовершенствовались инструменты, появились приборы-армиллы, с помощью которых можно было измерять на небе углы во всех плоскостях, и была разработана астрономическая терминология: долгота, широта, меридианы, параллели, склонение, прямое восхождение и т. д. Кроме того, был принят вавилонский способ измерения углов в градусах, минутах и даже секундах. Еще около 300 г. до н. э. астрономы Аристилл и Тимохарис произвели инвентаризацию звезд, переписав их названия и координаты — широту и долготу каждой. Через полтораста лет Гиппарх повторил определение координат и обнаружил любопытное явление: в то время как широты практически остались неизменными, долготы светил увеличились примерно на два градуса, что, конечно, намного превышало допустимые пределы погрешностей. Эта работа была еще раз проделана Птолемеем, причем оказалось, что описанное явление — так называемая прецессия (.или предварение равноденствий)— действительно существует и долгота неподвижных звезд, по его вычислениям, изменяется примерно на 1 градус в столетие. Неподвижные звезды оказались движущимися! Астрономы последующих четырнадцати веков— от Птолемея до Коперника — получили трудную задачу: как объяснить это движение! 46
ПЛАНЕТНАЯ АСТРОНОМИЯ СРЕДНИХ ВЕКОВ Для астронома средневековья планетная система рисовалась в следующем виде, Землю окружают семь планетных сфер — Луны, Меркурия, Венеры, Солнца, Марса, Юпитера, Сатурна — с необходимыми для определения их движения эксцентра- ми и эпициклами; эти сферы иногда понимались как чисто геометрические (идеальные), но иногда также и как материальные. Семь планетных сфер окружала восьмая сфера — заведомо материальная («из чистого кристалла»), к которой были прикреплены неподвижные звезды. Размеры этой сферы были громадными, но все же конечными. Сфера совершила вращательное движение вокруг полюсов Земли, делая один оборот за 24 часа. На этой сфере помещался Первый Двигатель, сообщавший движение ей и всем остальным планетным сферам. Что же было вне восьмой сферы? Философы отвечали: бесконечные пространства, заполненные тонкой материей — эфиром. Средневековая церковь давала иной ответ, вне этой сферы помещается эмпирей, царство бога, небесных существ (ангелов, архангелов и т0 д), а также блаженные души добродетельных людей и святых. Астрономы во избежание неприятностей предпочитали не уточнять этого вопроса, находящегося вне их ведения. Но им пришлось отвечать на следующий вопрос если восьмая сфера, кроме суточного вращения, имеет еще и прецессионное, то, следовательно, должна быть к еще одна сфера — девятая, которая сообщает это движение. По теории, восходящей к Птолемею, кроме неподвижной Земли существовали еще неподвижные небесный экватор и эклиптика с двумя неподвижными точками пересечения, одна из которых — точка весеннего равноденствия— принимается за начало тропического года. Вместо одной сферы неподвижных звезд появлялись теперь две: одна из них, определявшая прецессионное движение (восьма сфера), совершала за 36 тыс. лет (по тогдашним вычислениям) х полный оборот вокруг оси, проходящей через полюса эклиптики; девятая же сфера, к которой были прикреплены неподвижные звезды, делала вокруг полюсов Земли один оборот в сутки. J По современным измерениям— 26 тыс. лет. 47
Но наряду с этим возник еще один вопрос. Светило движется равномерно по окружности, центр которой не совпадает с центром Земли. Если мы соединим оба эти центра прямой и продолжим ее до пересечения с орбитой светила, то получим линию, на одном конце которой светило будет находиться дальше всего от Земли, в апогее, а на другом — в наименьшем расстоянии от нее, в перигее. Таким образом, необходимо было установить, неподвижен ли апогей светила или он тоже движется и в какой мере его движение завиоит от прецессии. По изложенной теории Птолемея он должен быть постоянным. В своих звездных каталогах Птолемей отмечал положение апогея для различных светил, но в общей постановке вопрос оставался открытым. Точно так же нельзя было сказать, равномерно прецессионное движение или нет. Первые, изменения в предположенную Птолемеем теорию внесли в IX в. работавшие в астрономическом центре Харране1 сабейцы (немусульмане) Сабит ибн Кур- ра и Аль-Баттани (Альбатений). Первый считал, что прецессионное движение неравномерно, более того, оно представляет колебательное движение. Работавший несколько позднее (в 828 г. н. э.) Альбатений установил перемещение апогейной точки Солнца, а также более точную величину прецессии, а именно Г градус не за 100, а только за 70 лет2. В связи с этим он изменил данную Птолемеем величину продолжительности тропического года и одновременно подтвердил представление о неизменности его продолжительности. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ УЧЕНИЯ КОПЕРНИКА Таково было состояние астрономии в эпоху, предшествующую Копернику. Сначала обрисуем образ Коперника как астронома в тот период, когда он приступил к работе, коренным образом изменившей дальнейший путь астрономии. Подчеркнуть основные положения его теории тем более важно, что на этот счет существуют некоторые предвзятые мнения, рисующие образ Копер- 1 Находился в северо-западной Месопотамии, вблизи г& Эдессы (ныне Урфа). 2 По современным данным — за 69,5 года 48
ника с точки зрения XIX—XX вв., но не с точки зрения XVI в. Первое основное положение теории Коперника: все движения небесных тел должны быть круговыми равномерными или составленными из таковых. Что Коперник действительно думал именно так, можно видеть из его критического отношения к некоторым элементам теории Птолемея. Второе положение: весь технический аппарат планетной астрономии должен строиться по Птолемею. В написанном в 1524 г. послании к своему другу Бернарду Ваповскому против Вернера Коперник говорит: «...мы... должны идти по стопам древних математиков и держать* ся оставленных ими как бы по завещанию наблюдений. И если кто-нибудь, наоборот, хочет думать, что верить им не следует, то, конечно, врата нашей науки будут для него в этом вопросе закрыты и он, лежа у порога, будет в сне больных грезить о движении восьмой сферы, и вполне заслуженно, ибо он клеветой на древних хотел помочь собственным галлюцинациям» К Третье положение: каждая новая теория должна строиться на основании наблюдений, и прежде всего собственных. Копернику понадобилось десять лет, чтобы на основе собственных наблюдений (с 1515 по 1525 г.) создать новую теорию прецессии и в соответствии с ней — методику расчета видимого движения Солнца. Четвертое — и не только положение, но даже основное правило его деятельности: исследовательская работа должна обязательно быть доведена до чисел, больше того, даже до таблиц. Первоначально он и хотел ограничиться только таблицами, и лишь настоятельные просьбы друзей заставили его написать большую книгу «О вращениях небесных сфер». Как же решал Коперник задачу, поставленную перед ним ходом развития астрономии? ИСПРАВЛЕНИЕ КАЛЕНДАРЯ Вселенский Латеранский собор (1514 г.) поставил вопрос об исправлении Юлианского календаря. 1 Николай Коперник. О вращениях небесных сфер. М, «Наука», 1964, стр, 433, 49
Хорошо известно, что этот календарь был создан по заказу Юлия Цезаря в 46 г. до н. э.. александрийским астрономом Созигеном на основе египетского. Египетский календарь включал двенадцать месяцев по 30 дней и еще пять дней. Египетский имел всегда постоянное число дней — 365, что было очень удобно для вычислений, охватывающих большие промежутки времени, почему им и пользовался Коперник1. Правда, египетский календарь с течением времени сильно уходил от солнечного, но это компенсировалось тем, что хозяйственные работы производились по звездному календарю — 36 деканов (декад) по 10 дней каждый. В гражданском же египетском году недостающая четверть дня, накапливаясь, приводила к тому, что начало года, пройдя последовательно через все календарные даты, спустя 1460 лет (4X365) снова возвращалось к первому дню -первого месяца. Так как истинный тропический год равен 365 дням 5 часам 48 минутам и 45,5 секунды, т. е. 365,2422 средних солнечных суток, а Юлианский — 365,25 суток, то разность 0,0078 дня, накапливаясь за 128 лет, дает лишний день. Это было замечно в 325 г. н. э., и один лишний день был убавлен, но в дальнейшем таких исправлений уже не делали. Папа Лев X обратился 21 июля 1514 г. к императору, королям и университетам, в частности к польскому королю Сигизмунду I, с просьбой прислать богословов и астрономов на Вселенский собор для исправления календаря. Коперник на этот собор специального приглашения не получил. В «Актах» Латеранского собора имя Коперника не упоминается, но во втором докладе о работе комиссии (1516 г.) Павел Миддельбургский в числе участников называет и Коперника. Первое заседание собора, на котором рассматривался вопрос об исправлении календаря, состоялось 1 декабря 1514 г.; потом работа комиссии была дважды отсрочена и в конце концов прекратилась, так как вопрос о реформе календаря был признан неподготовленным. В своем посвящении папе Павлу III (предисловие к книге «О вращениях») Коперник пишет: «Не так далеко 1 Календарем с непрерывным отсчетом дней (без лет и меся-* цев) широко пользуются и в современной астрономии—это так называемая Юлианская эра, введенная Жозефом Скалигером (1540—» 1609 гг.) и названная им в честь своего отца Юлия, 50
ушло то время, когда при Льве X на Латеранском соборе обсуждался вопрос об исправлении церковного календаря. Он остался тогда нерешенным только по той причине, что не имелось достаточно хороших определений продолжительности года и месяца и движения Солнца и Луны. С этого времени и я начал заниматься более точными их наблюдениями, побуждаемый к тому славнейшим мужем Павлом, епископом Семпронийским, который в то время руководил этим делом» 1. Действительно, как отмечал Коперник в своей книге «О вращениях», им в Фромборке был произведен полный, цикл наблюдений движения Солнца за один год: 11 марта 1515 г. наблюдалось весеннее равноденствие; 26 апреля Солнце находилось в середине Тельца, а 29 июля — в середине Льва; 14 сентября наблюдалось осеннее равноденствие; 29 октября Солнце находилось в середине Скорпиона, 26 января 1516 г. — в середине Водолея и, наконец, 11 марта 1516 г. определялось весеннее равноденствие. Эти наблюдения позволили установить величину тропического года, а если прибавить к ним и более ранние определения равноденствия, можно было выяснить перемещение точки весеннего равноденствия. Кроме того, Коперник пришел к убеждению, что «более правильно будет определять одинаковость (среднюю величину.— Лег.) солнечного года относительно сферы неподвижных звезд, что первым сделал Тебит сын Хоры...» и «...не должно в этом вопросе следовать Птолемею, который считал нелепым и неподходящим определять годовое равномерное движение Солнца по возвращению к какой^ нибудь из неподвижных звезд, думая, что это будет не более подходящим, как если бы кто-нибудь предположил делать так по отношению к Юпитеру или Сатурну»2. ЗЕМЛЯ ВЕРТИТСЯ Но еще в Краковском университете Коперник усвоил, что всякое движение относительно и что всякое «движение требует чего-то, что находится в покое»3, т. е. систе- 1 Николай Коперник. О вращениях небесных сфер, стр. 14—15. 2 Т а м же, стр. 190* 8 Та м же, стр% 105* 51
мы отсчета, как мы бы сказали теперь. Такой неподвижной системой отсчета Коперник признал совокупность неподвижных звезд. Это сразу же устранило одну из помех; если совокупность неподвижных звезд находится, в покое, то никакого движения восьмой сферы не требуется. Исходя из этих соображений, Коперник построил вечный каталог неподвижных звезд, положение которых рассчитывалось по эклиптическим координатам — долготе и широте, причем положение звезды по долготе определялось дугой, отсчитываемой от большого круга, который проходит через полюса эклиптики и звезду, появляющуюся первой из всех звезд Овна. В этом заключается существенное отличие от звездного каталога Птолемея, который дал широты и долготы звезд для первого года (137/138 гг. н. э.) правления императора Антонина, указывая, что широта остается постоянной, а долготу надо увеличивать на длину дуги, соответствующей приращению в 1 градус за 100 лет. Суточное движение неба заменялось теперь суточным вращением Земли вокруг оси, проходящей через Северный и Южный полюса 1. Само это утверждение еще не представляло ничего существенно нового, ибо такого же мнения придерживались пифагореец Филолай, Гераклид Понтийский и другие; вопрос этот обсуждался и в Краковском университете. Земля, согласно таким представлениям, оставалась в центре мира, а Солнце описывало вокруг нее большой круг, двигаясь по эклиптике; следствием этого движения была смена времен года на Земле. Такого рода допущение имело два недостатка. Во-первых, поскольку Земля вращается вокруг неподвижной оси, проходящей через полюса Земли, то плоскость, проведенная через ее экватор, будет сохранять неподвижное положение в пространстве, следовательно, точка ее пересечения с эклиптикой, а также получающийся в этом сечении угол должны быть неподвижными, иными словами, прецессионное движение точки весеннего равноденствия невозможно. Во- вторых, Коперник знал, что объем Солнца гораздо больше объема Земли, следовательно, вращение большего те- 1 Опровержение противоположного мнения Птолемея дается в главе 8-й первой книги «О вращениях». 52
ла вокруг меньшего гораздо менее "вероятно, чем обратное предположение. Противоположное утверждение, а именно, что Солнце находится 6 центре мира, а Земля вращается вокруг него, устраняло эти неудобства, но требовало объяснить происхождение времен года, а кроме того — и это было главным — нужно было установить, каким образом это вращение может происходить. Что касается планет, которые рассматривались как своего рода материальные точки, то их вообще можно было с одинаковым успехом заставить вращаться вокруг Солнца и вокруг Земли, но Земля никоим образом не могла считаться материальной точкой и движение ее должно изучаться как движение твердого тела. ПРЕЦЕССИЯ Если прецессионное движение существует, то отсюда, естественно, вытекает, что ось вращения Земли не может быть постоянной; иными словами, существование прецессии показывает, что ось Земли движется (рис. 4 и 5). Каково это движение? Коперник уже установил, что Земля имеет два движения: суточное вращение вокруг оси, проходящей через полюса Земли, и годовое — вокруг оси, которая проходит через Солнце и перпендикулярна плоскости эклиптики. Но эти два вращения не могут объяснить годичную смену времен года» Рис. 4. Схема прецессии земной оси по современным представлениям. Показан конус прецессии, который описывается полностью за 25 тыс. лет« В настоящее время ось вращения Земли направлена на Полярную звезду. По геоцентрическим представлениям прецессию испытывала не Земля, а сфера неподвижных звезд. 53
Будем считать Землю неподвижной; тогда неподвижной будет и плоскость земного экватора. В течение года Солнце бывает то выше, то ниже экватора и, кроме того, перемещается параллельно экватору; два эти движения, сложенные вместе, давали бы движение по эклиптике. Если бы мы наблюдали движение Солнца вокруг неподвижной Земли в течение нескольких лет, мы получили бы волнообразное движение, длина волны которого равнялась бы измеренному по экватору расстоянию между двумя последовательными равноденственными точками, а амплитуда измерялась бы углом между экватором и тропиками, т. е. склонением Солнца во время солнцестояний. Именно такую картину движения Солнца рисует Лаврентий Корвин1 в стихотворении, помещенном в начале сделанного Коперником перевода Фео- филакта Симокатты (1509 г.): Qui celerem Lunae cursum alternosgue meatus Fratris... (Быстрый бег Луны, переменные брата движенья.) движение точки равноденствия Рис. 5. Предварение равноденствий по современным представлениям. В результате прецессии земной оси плоскость экватора поворачивается и линия ее пересечения с плоскостью эклиптики перемещается по отношению к неподвижным звездам. За 25 тыс. лет точка весеннего равноденствия описывает полный круг, 1 Вавржинек (Лаврентий) Корвин (1460—151.7 гг.) — известный в свое время польский поэт-просветитель. 5*
Эти «переменные брата движенья» между двумя тропиками, совершающиеся относительно Земли как системы отсчета, Коперник при переходе к неподвижной системе отсчета (плоскость эклиптики и перпендикулярная к ней ось годового вращения) заменяет обратными, заставляя ось Земли в течение года описывать окружность вокруг проходящей через центр Земли другой оси, параллельной оси годового вращения. Это есть третье вращение Земли, введенное Коперником для объяснения смены времен года. Это третье вращение вместе с вращением вокруг параллельной оси, которая сама вращается вокруг Солнца, дает круговое поступательное движение Земли вокруг Солнца. Таким образом, общее движение Земли составляется из двух: 1 — суточного вращения вокруг оси ЗемЛй и 2 — двух параллельных и противоположных вращений, дающих вместе одно круговое поступательное движение Земли вокруг Солнца. ЧТО ЖЕ ОТКРЫЛ КОПЕРНИК? Итак, Копернику принадлежит честь двух величайших открытий: он показал, что видимые планетные движения при прецессии могут быть объединены только при условии движения Земли, таким образом, движение Земли не гипотеза, а реальный факт; он первый дал картину движения твердого тела и в этом вопросе на двести с лишним лет опередил Д'Аламбера и Эйлера. Нужно подчеркнуть, что последователи Коперника, и прежде всего Галилей, не поняли третьего вращения Коперника. Поэтому считалось, что теория Коперника была хоть и очень вероятной, но все же не вполне доказанной гипотезой. В связи с этим понятен гнев Коперника, когда А. Осиандер -предложил ему считать его теорию имеющей только геометрическое значение, удобное для производства вычислений. Коперник возражал, что его теория не только математическая гипотеза; она отражает реальный факт, существование которого доказано К Почему только через 500 лет после рождения Копер- 1 См. письмо Тидемана Гизе к Ретику (впервые переведено на русский язык автором и включено им в книгу о жизни Н. Коперника, М., «Наука»)* 55
ника стало возможным утверждать, что его теория отражает вполне реальную действительность? Полную систему Коперника с ее сферами усвоил только Кеплер, изложивший ее в своем юношеском произведении «Тайна Вселенной». Дело в том, что Коперник в первой книге своего произведения «О вращениях небесных сфер» дал первоначальный набросок картины Солнечной системы, в котором каждая планетная сфера изображена в виде окружности с центром в Солнце. Эта очень простая, но неверная картина была создана еще Аристархом Самосским. Однако эту картину можно легко исправить, что и было сделано Кеплером, который окружности заменил эллипсами, а вместо движения по окружности с постоянной скоростью ввел движение с постоянной секториальной скоростью. Эти два закона Кеплера вместе с третьим (о соотношении радиусов и периодов обращения планет) дали ту основу, на которой построена современная небесная механика. Но в распространении учения Коперника основную роль сыграл не Кеплер, а Галилей, который в своем «Диалоге о двух системах мира» взял в качестве основы именно эту простую, но неверную систему Аристарха Самосокого. Галилей был в высшей степени интересным человеком, умевшим писать красиво (его недаром считают одним из основоположников художественной итальянской прозы), кроме того, он обладал огромным научным авторитетом. Но брать на себя большие математические труды Галилей не любил: «Теорию движения Марса» он получил от Келлера еще до выпуска своего «Звездного весталка», но на просьбу Кеплера об отзыве на этот труд не реагировал. Любовь Галилея к простоте сделала его хорошим популяризатором, но у популяризатора есть опасность превратиться в популя- тора (от латинского глагола populor — опустошаю). Во всяком случае, получилось так, что изложение Галилея вытеснило изложение Коперника и большинство людей знает гелиоцентрическую систему не по Копернику, а по Галилею.
Идеи Коперника и их значение для развития естествознания г. м. идлис 1973 г. по решению ЮНЕСКО считается годом Коперника. Весь мир торжественно отмечает 500-летний юбилей со дня рождения великого польского ученого, совершившего революционный переворот в представлениях человечества о строении Вселенной. Астрономия — древнейшая наука. Причинами, породившими ее, были не только насущные потребности людей (счет времени, предвидение суточных и сезонных изменений, ориентация на поверхности Земли), но и стремление человека понять свое место в окружающем мире. Однако долгое время астрономия ограничивалась лишь внешним или сугубо формальным описанием непосредственно наблюдаемых явлений. Веками господствовала освященная авторитетом церкви геоцентрическая система мира Птолемея, основанная на аристотелевском противопоставлении земного и небесного. Система, принимающая Землю — обитель высшего божественного творения, созданного по образцу и подобию бога — за неподвижный центр мироздания и отождествляющая видимые перемещения небесных^ тел с их действительными движениями вокруг этого центра. Далекие звезды считались неподвижно прикрепленными к особой сфере, равномерно вращающейся вокруг земной полярной оси. Чтобы описать с достаточной точностью наблюдаемые замысловатые перемещения планет на фоне этой сферы, явно неравномерные, а иногда и петлеобразные, не выходя за пределы традиционной идеи об идеальных равномерных круговых движениях, как единственно приличествующих совершенным небесным телам, Птолемею приходилось пользоваться сложнейшей системой доволь- 57
но произвольно выбираемых основных и вспомогательных кругов, так называемых деферентов и эпициклов. Заслугой Николая Коперника является освобождение от подобного противоестественного произвола, существенное упрощение картины мира, переход от видимости наблюдаемых явлений к их сущности. Он остановил Солнце и звезды и двинул Землю, превратив ее в одну из планет Солнечной системы. Все величие созданной им гелиоцентрической системы мира обнаружилось лишь позже, когда именно в рамках системы Коперника Кеплер установил истинные законы эллиптического движения планет, позволившие Ньютону вывести общий закон всемирного тяготения, на основе которого по наблюдаемым возмущениям в движении Урана была открыта новая планета — Нептун. По этому поводу Фридрих Энгельс писал: «Солнечная система Коперника в течение трехсот лет оставалась гипотезой, в высшей степени вероятной, но все-таки гипотезой. Когда же Леверье на основании данных этой системы не только доказал, что должна существовать еще одна, неизвестная до тех пор планета, но и определил посредством вычисления место, занимаемое ею в небесном пространстве, и когда после этого Галле действительно нашел эту планету, система Коперника была доказана» 1. Разрушив мистические представления об исключительности Земли, о коренном различии между земным и небесным, Коперник тем самым как бы открыл путь для распространения обычных — физических, методов исследования нашей планеты и на другие космические объекты. Свидетельством плодотворности этого пути служат успехи современной астрофизики и выдающиеся достижения наших дней в деле уже начавшегося освоения космоса. Отнеся видимое вращение звездного неба за счет действительного осевого вращения Земли, Коперник в своей гелиоцентрической системе мира по существу устранил принципиальное различие между покоящимся Солнцем и столь же неподвижными звездами, т. е. подготовил дальнейшее развитие этой системы, которое оказалось необходимым после действительного установле- 1 К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч., изд. II, т. 21, стр. 284. 58
ния, что Солнце — лишь одна из множества звезд и движется вместе с ними вокруг центра нашей Галактики, В наше время стало уже общеизвестным, что Земля— рядовая планета, Солнце — рядовая звезда, Млечный Путь — рядовая галактика и т. д. Даже Метагалактика, охватывающая все непосредственно доступные нам астрономические объекты, лишь условно считается уникальной космической системой (с точностью до справедливости соответствующих релятивистских космологических моделей). Все движется и не имеет никакого абсолютно неподвижного центра. Современная картина мира сформировалась в результате длительного исторического развития науки. Причем наиболее трудным здесь, как и всюду, был именно первый шаг—шаг, сделанный Коперником. Вот почему все последующие достижения человечества не заслоняют и не умаляют, а лишь подчеркивают величие сделанного Коперником первого, решающего шага на трудном пути к истине. Теперь, когда грань между земным и небесным стирается не только теоретически, но и практически (по мере освоения космоса), не так просто представить себе всю силу традиционных догм о неподвижности и центральном положении Земли, с которыми решительно порвал Коперник. Только всматриваясь в глубины веков, вспоминая деяния инквизиторов, пытавшихся сожжением Джордано Бруно и осуждением Галилео Галилея предотвратить распространение и развитие учения Коперника и повернуть вспять движение истории, осознаешь значение предложенной им новой — гелиоцентрической— системы мира. Пожалуй, наиболее яркая и точная историческая характеристика Коперника принадлежит Фридриху Энгельсу: «Современное исследование природы — единственное, которое привело к научному, систематическому, всестороннему развитию, в противоположность гениальным натурфилософским догадкам древних и весьма важным, но лишь спорадическим и по большей части безрезультатно исчезнувшим открытиям арабов, — современное исследование природы, как и вся новая история, ведет свое летосчисление с той великой эпохи, которую мы, немцы, называем, по приключившемуся с нами тогда национальному несчастью, Реформацией, французы—Ренессансом, а итальянцы — Чинквеченто, и со- 59
держание которой не исчерпывается ни одним из этих наименований. Это — эпоха, начинающаяся со второй половины XV века... Это был величайший прогрессивный переворот из всех пережитых до того времени человечеством, эпоха, которая нуждалась в титанах и которая породила титанов по силе мысли, страсти и характера, по многосторонности и учености... Революционным актом, которым исследование природы заявило о своей независимости и как бы повторило лютеровское сожжение папской буллы, было издание бессмертного творения, в котором Коперник бросил — хотя и робко и, так сказать, лишь на смертном одре — вызов церковному авторитету в вопросах природы. Отсюда начинает свое летосчисление освобождение естествознания от теологии, хотя выяснение между ними отдельных взаимных претензий затянулось до наших дней и в иных головах далеко еще не завершилось даже и теперь. Но с этого времени пошло гигантскими шагами также и развитие наук, которое усиливалось, если можно так выразиться, пропорционально квадрату расстояния (во времени) от своего исходного пункта» 1. Другими словами, значение эпохальной работы Коперника «О вращениях небесных сфер», опубликованной им буквально накануне своей смерти, в 1543 г., выходит далеко за пределы собственно астрономии. Она послужила началом всего современного научного естествознания. Оттягивая до самого конца издание основного труда всей своей жизни, Коперник опасался не за себя, а за судьбу своего учения. «Наедине сам с собой, — писал он в предисловии,— я долго размышлял, до какой степени нелепой моя awa^a (концепция. — Г. И.) покажется тем, которые на основании суждения многих веков считают твердо установленным, что Земля неподвижно расположена в середине неба, являясь как бы его центром, лишь только они узнают, что я, вопреки этому мнению, утверждаю 1 К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч., изд. II, т. 20, стр. •345-347. 60
о движении Земли. Поэтому я долго в душе колебался, следует ли выпускать в свет мои сочинения, написанные для доказательства движения Земли, и не будет ли лучше последовать примеру пифагорейцев и некоторых других, передававших тайны философии не письменно, а из рук в руки, и только родным и друзьям, как об этом свидетельствует послание Лисида к Гиппарху, Мне кажется, что они, конечно, делали это не из какой-то ревности к сообщаемым учениям, как полагают некоторые, а для того, чтобы прекраснейшие исследования, полученные большим трудом великих людей, не подверглись презрению тех, кому лень хорошо заняться какими-нибудь науками, если они не принесут им прибыли, или если увещания и пример других подвигнут их к занятиям свободными науками и философией, то они вследствие ску« дости ума будут вращаться среди философов, как трут* ни среди пчел. Когда я все это взвешивал в своем уме, то боязнь презрения за новизну и бессмысленность моих мнений чуть было не побудила меня отказаться от про* должения задуманного произведения. Но меня, долго медлившего и даже проявлявшего нежелание, увлекли мои друзья... выдающиеся и ученейшие люди, увещевавшие не медлить дольше и не опасаться обнародовать мой труд для общей пользы зани« мающихся математикой. Они говорили, что чем бессмыс* леннее в настоящее время покажется многим мое учение о движении Земли, тем больше оно покажется удивительным и заслужит благодарности после издания моих сочинений, когда мрак будет рассеян яснейшими доказательствами» Ч И действительно, учение Коперника о движении Земли получило в конце концов всеобщее признание. Истоки теоретического естествознания и критерии его справедливости в конечном счете всегда сводятся к опыту. Но сам по себе опыт никогда не определяет искомую теорию однозначно. Как правило, одни и те же фактические данные допускают различную теоретическую интерпретацию. Поэтому среди всевозможных конкури- 1 Николай Коперник. О вращениях небесных сфер, стр, 11-12. 61
рующих теорий наиболее естественной или истинной обычно признается та, которая содержит минимум произвольных предположений и имеет соответствующие принципиальные преимущества. Именно этим отличалась гелиоцентрическая система Коперника от геоцентрической системы Птолемея (а не фактической точностью предвычисления видимых положений небесных тел). Кинематически обе схемы были практически взаимно эквивалентными. Но в системе Коперника суточный .ход всех небесных тел, вплоть до далеких звезд, и годичная цикличность в видимом движении Солнца и планет утратили характер непонятного случайного совпадения и приобрели естественное общее объяснение, как отражение собственного движения Земли, суточного (вокруг своей оси) и годичного (вокруг Солнца). Однако, несмотря на все несомненные принципиальные преимущества системы Коперника перед системой Птолемея, не так-то просто было отказаться от традиционного положения об абсолютной неподвижности Земли, которое воспринималось как нечто само собой разумеющееся, подтверждаемое непосредственными ощущениями. Так, например, Тихо Браге строил свою систему мира с точки зрения неподвижной Земли, вокруг которой обращается Солнце, увлекающее в своем движении все планеты, т. е. являющееся, как и у Коперника, динамическим центром планетных орбит, но все это помещал во вращающуюся небесную сферу звезд. Только после создания классической механики Ньютона с его законом всемирного тяготения окончательно выяснилась физическая привилегированность гелиоцентрической системы Коперника как наиболее близкой к соответствующей преимущественной, инерциальной системе отсчета. Создавая свое учение о движении Земли, Коперник объяснял ее кажущуюся неподвижность относительностью движения и покоя: «Так при движении корабля в тихую погоду все находящееся вне представляется мореплавателям движущимся, как бы отражая движение корабля, а сами наблюдатели, наоборот, считают себя в покое со всем с ними находящимся. Это же, без сомнения, может происходить и при движении Земли, так 62
что мы думаем, будто вокруг нее вращается вся Вселенная» '. В дальнейшем отсюда возник галилеевский принцип относительности, пронизывающий всю теоретическую физику. Равномерное прямолинейное движение по инерции— «движение корабля в тихую погоду» — оказалось на самом деле сугубо относительным. Ни о какой абсолютной скорости такого движения нельзя говорить ни в механике Ньютона, ни в электродинамике Максвелла— Лоренца. Эйнштейн возвел на этом принципе свою специальную теорию относительности. Однако вращение имеет абсолютный характер и в принципе всегда может быть установлено непосредственно. Правда, с точки зрения так называемой общей теории относительности Эйнштейна формально являются совершенно равноправными любые, в том числе и явно неинерциальные (скажем, вращающиеся), системы отсчета, т. е. относительными считаются не только сами скорости, но и их изменения во времени по величине и направлению, поскольку из-за тождественного равенства инертных и гравитационных масс все тела движутся в заданном гравитационном поле с одинаковым ускорением и возврат от гелиоцентрической системы Коперника к геоцентрической системе Птолемея был бы, дескать, просто эквивалентным введению некоторого дополнительного гравитационного поля. Тем не менее ни о какой действительной равноправности систем Коперника и Птолемея говорить, конечно, нельзя. Возврат от Коперника к Птолемею лишен всякого физического смысла и в рамках общей теории относительности, так как возникающее при этом дополнительное гравитационное поле, лишенное реальных источников, имело бы явно фиктивный характер (оно полностью устраняется при выборе рациональной — гелиоцентрической — системы Коперника). В настоящее время учение Коперника о движении Земли имеет уже отнюдь не чисто академический интерес. Запуская космические ракеты, осуществляя полеты космонавтов, приходится учитывать собственное враще- Николай Коперник. О вращениях небесных сфер, стр. 63
ние нашей планеты и ее орбитальное движение вокруг Солнца. Принято говорить, что основой и лидерам современного естествознания является физика. Но нельзя забывать, что наиболее универсальная физическая лаборатория— это сама Вселенная. Астрономические открытия, касающиеся всей Вселенной, как это было в случае системы мира Коперника, не могли ие оставить неизгладимый след на всем последующем развитии теоретической физики. Основные этапы исторического развития теоретической физики, связанные с созданием таких радикально новых общефизических оснований, как классическая механика Ньютона с его законом всемирного тяготения, специальная или общая теория относительности Эйнштейна, начинались, как правило, с решения, казалось бы, чисто астрономических проблем, а именно: обоснование кемеровских законов движения планет, объяснение безуспешности попыток определить абсолютную скорость движения Земли относительно так называемого мирового эфира, выяснение причины тождественной эквивалентности инертных и гравитационных масс взаимодействующих небесных тел. Не исключено, что аналогичная ситуация, повторится и в будущем, поскольку характерные особенности элементарных частиц, например, могут иметь космологическое происхождение. Уместно отметить, что когда Эйнштейн связывал гравитацию с пространственно-временными свойствами мира, геометризуя ее в своей общей теории относительности и превращая тождественное равенство инертных и гравитационных масс из непонятного случайного совпадения в естественную — необходимую — закономерность, он, по существу, лишь последовательно шел по пути, указанному Коперником, который первым начал устранять произвольные положения из наших представлений о мире. Кстати, в качестве эпиграфа, предваряющего шесть книг Николая Коперника Торунского «О вращениях небесных сфер», выступает надпись, находившаяся по преданию на дверях Платоновой Академии: «Пусть не входит никто, не знающий геометрии».
ЮВОЕ : ЖИЗНИ, НАУКЕ, *ЕХНИКЕ ЗНАН •/1973 СЕРИЯ ОСМОНАВТИКА. АСТРОНОМИЯ НИКОЛАЙ КОПЕРНИК О л, / л з * ЛЬ. ™' Ф' ЛЯГ \% -f ^"..ЖчГ ш • ." *£ О О ••.1* •« О < СЛ «* ■Vi* 1 r% Л' ■A Г-- nil Л I4, lr If I 11 inhHTlii "4 о ;V SASSA- SO &