1 «О вращении небесных сфер», в которой показываются лунные циклы.

СОПОСТАВЛЕНИЕ ДВУХ СИСТЕМ

Самое известное и, без сомнения, самое красивое изображение двух основных астрономических систем в истории сделано голландским космографом немецкого происхождения Андреасом Целлариусом (ок. 1596- 1665) в его блестящем труде «Гармония макрокосмоса»» (Harmonia macrocosmica, 1660) с иллюстрациями Гендрика Гондиуса, Йоханнеса ван Лона и других известных голландских картографов того времени. Эта работа была опубликована Яном Янсоном (1588-1664) как седьмой том амбициозного проекта картографа Меркатора (1512-1594): большой атлас всего известного к тому времени космоса. В ней были размещены эти потрясающие иллюстрации (в оригинале цветные), которые изображают два основных представления о космосе в то время.

Система Птолемея

На первой иллюстрации изображена птолемеева планисфера, то есть механизм движений мировых орбит согласно гипотезе Птолемея, в виде плоскости. В центре находится Земля (с первоэлементами — водой, воздухом и огнем), а вокруг нее — «семь орбит планет»: Луна, Меркурий, Венера (Veneris), Солнце (Solis), Марс, Юпитер (lovis) и Сатурн. Снаружи — эклиптика, или зодиак, с созвездиями, образованными неподвижными звездами.

Система Коперника

На второй иллюстрации изображена новая планисфера (и ее автор в правом нижнем углу), то есть вся Вселенная, согласно гипотезе Коперника, на плоскости. Солнце занимает центральную позицию, вокруг него движутся известные планеты: Меркурий, Венера, Земля (со своим спутником Луной), Марс, Юпитер (с четырьмя спутниками, открытыми Галилеем в 1610 году) и Сатурн, а затем созвездия неподвижных звезд. Солнце и Земля (в сопровождении Луны) поменялись местами. Переход от одной системы к другой очень зрелищный, это настоящая революция.

Главы с пятой по восьмую книги I описывают движение и положение Земли, а также ее относительные размеры по отношению ко Вселенной. Коперник перечисляет причины, по которым классики считали нашу планету неподвижной и находящейся в центре мира (гл. 7), и опровергает их, давая свое объяснение силе тяжести и ее влиянию на наше восприятие — мы не замечаем движение земного шара (гл. 8). Его понятие гравитации, впрочем, имеет мало общего с всемирным тяготением Ньютона: гравитация локальна и связана только с Землей.

В схеме Коперника Земля подвержена трем движениям (гл. 9), которые подробно разъясняются во взаимосвязи с Солнцем (гл. 11): вращение вокруг своей оси, перемещение вокруг Солнца и прецессия оси вращения. Ученый называет это третье движение склонением и предполагает, что оно противоположно годовому движению и имеет тот же период. Таким образом, его понимание отличается от современного, но именно с ним Коперник связывает то, что ось вращения Земли образует постоянный угол с плоскостью эклиптики в течение года, и с Солнца земная ось выглядит по-разному в зависимости от сезона. Ключевая десятая глава утверждает, что Солнце находится в центре космоса, вопреки нашему представлению, затем эта идея обосновывается, и снова приводится порядок орбит, уже описанный в «Малом комментарии…». Луна считается связанной с Землей.

На первых страницах своей книги Коперник порывает с гео- статическим представлением, а также с геоцентризмом. Но он не окончательно отвергает классические идеи и поддерживает некоторые предубеждения, не вытекающие из его наблюдений. Сфера и окружность продолжают иметь абсолютное значение. Кроме того, в соответствии с философской традицией ученый считал, что скорость движения светил постоянна. Наконец, для Коперника все еще существовали кристаллические сферы Аристотеля, и он полагал, что земная ось жестко связана со сферой, в центре которой находится Солнце. Если бы это было так, земная ось имела бы постоянный угол наклона по отношению к Солнцу и нельзя было бы объяснить смену сезонов.

Именно поэтому ученый вводит третье движение, основываясь на идее колебания Ибн Курры. Поэтому некоторые современные авторы считают, что Коперник работал на грани между классической и современной наукой. Его вклад способствовал появлению современной мысли, но сам по себе был скорее выбором, а не открытием. Коперник решил поверить в то, что его предположения верны, и подтвердил их большим количеством данных с помощью вычислений и технических новинок. Всему этому посвящены оставшиеся примерно 200 страниц его книги. Он пишет следующее:

«Я принял на себя труд перечитать книги всех философов, которые только мог достать […], я тоже начал размышлять относительно подвижности Земли. И хотя это мнение казалось нелепым, однако, зная, что и до меня другим была предоставлена свобода изобретать какие угодно круги для наглядного показа явлений звездного мира, я полагал, что и мне можно попробовать найти (в предположении какого-нибудь движения Земли) для вращения небесных сфер более надежные демонстрации, чем те, которыми пользуются другие математики».

В этом смысле, без сомнения, Коперник является современным ученым: он собирает доступную библиографию, анализирует и критикует ее. Он выбирает рабочую гипотезу, отталкиваясь от того, что уже известно. Затем, с эмпирическими данными в руках, убеждается, что эта гипотеза, хотя и кажется абсурдной с точки зрения ощущений, более правильна, чем общепринятая модель.

Любопытно, что среди античных астрономов, труды которых прочитал Коперник, ссылки на Аристарха Самосского (книга III, главы 2,6 и 13) касались только предварения равноденствий или длительности года, но не гелиоцентрической модели. Случайность? Намеренная забывчивость? В единственном дошедшем до нас труде этого астронома, «О величинах и расстояниях Солнца и Луны», он рассуждает в рамках геоцентрической модели; известно, что и позднейшие авторы цитировали гелиоцентрические идеи Аристарха.

Хотя наблюдения ученого, о которых мы имеем свидетельства, процитированы в соответствующих местах, большая часть эмпирических данных, приведенных в «О вращении небесных сфер», принадлежит другим авторам. Его основными источниками были «Извлечения из Альмагеста Птолемея» Региомонтана и Пурбаха, опубликованные в 1496 году, латинский перевод «Альмагеста» Герарда Кремонского, напечатанный в Венеции в 1515 году, и Альфонсовы таблицы, которыми Коперник научился пользоваться в Краковской академии.

На самом деле разница между моделями Птолемея и Коперника сводится к ролям Земли и Солнца и различиям в земной динамике: от геостатической и практически геоцентрической модели делается переход к геодинамической и гелиоцентрической. Коперник незначительно уменьшил количество окружностей, необходимых для объяснения траекторий небесных тел, но сохранил внутреннюю сложность, присущую модели Птолемея. Если мы рассмотрим обе модели с точки зрения необходимых вычислений, то выясним, что Коперник отказался от эквантов и привязал движение планет не к Солнцу, а к центру земной орбиты, внося значительные ошибки в широты планет, особенно в случае Марса. В отношении Меркурия, который для Птолемея представлял особенный случай, Коперник применил тот же принцип, хотя и внес тем самым дополнительную сложность.

Важным фактом является то, что внутренние планеты, нижние по терминологии Птолемея, в соответствии с имеющимися у Коперника данными должны достигать большой угловой дистанции по отношению к Солнцу, когда система Солнце — планета — Земля образует определенный угол, то есть в точках максимальной элонгации, о которых мы уже говорили.

Следует также отметить отличия, которые можно заметить между версией модели, описанной в «Малом комментарии…», и окончательной версией, вошедшей в «О вращении небесных сфер». Оказывается, что хотя оба текста описывают гелиоцентрическую модель, в «Малом комментарии…» планетарная механика гораздо более сложная: планета движется по первому эпициклу, центр которого движется по второму эпициклу, центр которого, в свою очередь, движется по окружности деферента, в центре которой находится Солнце. В «О вращении небесных сфер», напротив, динамика напоминает птолемееву, хотя Солнце и Земля в ней меняются местами.

ПРЕДВАРЕНИЕ РАВНОДЕНСТВИ

Ось вращения Земли наклонена к плоскости эклиптики, то есть плоскости, по которой наша планета движется вокруг Солнца.

Вследствие этого наклона появляется третье движение, которое Коперник предложил в своем труде «О вращении небесных сфер». Из-за деформации Земли гравитационная сила Солнца вызывает движение, которое изменяет направление земной оси. Таким образом, ось совершает вращательное движение, описывая конус, наподобие прецессии волчка. На рисунке изо- бражено движение оси по окружности; период этого вращения составляет около 25 776 лет и называется Платоновым годом. На прецессию накладывается еще одно движение — нутация, — вследствие которого скорость прецессии изменяется. Это приводит к тому, что земная ось совершает колебания и траектория становится более сложной, как показано на рисунке. Для нутации пока нет удовлетворительной модели, так как она является следствием множества эффектов. Считается, что Гиппарх первым изучил этот тип движения; также о нем говорил Теон Александрийский (ок. 335-405). ВIX веке Ибн Курра развил свою теорию колебаний, которая была предшественницей рассуждений Коперника о третьем земном движении.

Комбинация прецессионного и нутационного движения земной оси.

С другой стороны, в «Малом комментарии…» утверждается, что эксцентриситет земной орбиты имеет постоянное значение и положение солнечного апогея не меняется по отношению к неподвижным звездам; в «О вращении небесных сфер», напротив, все не так: из текста следует, что наблюдения, проведенные в 1515 году, заставили Коперника отбросить эту идею.

Наблюдаемые отличия показывают, что с течением времени польский астроном скорректировал свои теории согласно эмпирическим данным. Точно известно, что его представление о космосе не было полным в момент написания первой книги, хотя некоторые утверждают обратное. В качестве вывода мы можем разделить вклад Коперника на четыре основные части.

— Земля установлена на правильное место в Солнечной системе и создана гелиоцентрическая модель.

— Разъяснена связь между экспериментальными наблюдениями и параметрами модели.

— Определен критерий для определения относительных расстояний для каждой планеты.

— Предложено эффективное решение проблемы определения широты каждой из планет.

С другой стороны, Коперник сохранял излишнюю сложность, которая не приводила к увеличению точности. В частности, в случае Марса его модель выдавала значительные ошибки. Наилучшее обоснование модели Коперника — возможно, то, которое использовал он сам и которое мы находим в поиске более элегантной альтернативы. В конце концов, в основе его работы лежит глубокий и убежденный неоплатонизм.

Глава 4 Модель, проверенная временем

Работа Коперника не была хорошо принята современниками. Пройдут еще 50 лет с момента публикации, и гении современной науки, Галилей и Кеплер, доведут смену парадигмы до логического завершения. А пока реакция Христианской церкви будет направлена против теории, в которой она увидит только угрозу своим догмам.

С философской точки зрения система, предложенная Коперником, противоречила общепринятой традиции, поэтому было необходимо найти объяснение новым движениям Земли, которые в ней постулировались. Мог ли перводвижитель Аристотеля участвовать и в небесной динамике? Кроме того, круговое и равномерное, то есть идеальное движение было закреплено за небом, и приписывать его нашему миру казалось бессмысленным. Другая трудность проистекала из элементарного наблюдения: почему камень падает на землю, если Земля не является центром Вселенной? В таком случае он должен был падать на Солнце. Коперник пытался решить эту проблему, утверждая, что вещи подчиняются «естественной тенденции частей целого, отделенных от этого целого, возвращаться к нему»; в этом смысле «земные» тела стремятся вернуться к своему «целому», Земле, а не к «центру мира», который для них чужой. Объяснение слабое, но приемлемое.

Другим поводом для сомнений был состав звездного вещества. До этого момента, так