Космос. Иллюстрированная история астрономии и космологии - Джон Норт

в июне 1610 г. и начал систематическое наблюдение спутников в октябре. Сначала он увидел только один из них, но в декабре того же года он уже вел таблицу, в которой регистрировалось движение четырех спутников; он более года анализировал эти движения, используя как собственные наблюдения, так и наблюдения Галилея, разумно отдав предпочтение определению их сидерических, а не синодических периодов, как это было у Галилея. Хэрриот получил очень хорошее значение периода для первого спутника, 42,4353 часа, что прекрасно соотносится с современным значением 42,4582 часа.

Многие другие астрономы оставили огромное количество случайных наблюдений, но все вышеупомянутые работы по спутникам Юпитера значительно уступали тому, что сделал Джованни Баттиста Годиерна. Его высокопрофессиональное сочинение «Medicaeorum ephemerides» опубликовано в 1656 г. в Палермо, в родной ему Сицилии, и долго оставалось одной из наиболее востребованных книг. Годиерна усилил анализ привнесением в него некоторых теоретических допущений; он использовал три вида периодических неравенств, по аналогии с существовавшими тогда планетными теориями. Девять лет спустя, когда Медичи получили высококлассный телескоп и попросили флорентинца Джованни Альфонсо Борелли улучшить Галилеевы таблицы, тот попытался похожим образом приспособить к ним теорию Кеплера. Анализ оказался слишком сложен для него, и книгу, опубликованную им в 1666 г., встретили с разочарованием.

Стало предельно очевидно, что недостаточно просто обладать инструментами. Движения спутников, полученные самим Яном Гевелием и опубликованные им в «Selenographia», были значительно ниже по качеству, чем выведенные Галилеем, Майром и Хэрриотом более чем за тридцать лет до этого. Однако в отдельных случаях происходило неизбежное расширение прежнего знания. Вероятно, первым из тех, кто открыл фазы Меркурия, был иезуит Йоннес Зупо. Он сделал это в 1639 г. В середине столетия существовало несколько выдающихся итальянских мастеров по изготовлению телескопов, например неаполитанец Франческо Фонтана обладал инструментом, с помощью которого можно было различить фазы Марса, чего больше никому не удавалось. Лучшая работа столетия по спутникам Юпитера выполнена с помощью великолепных телескопов, находившихся в распоряжении только одного человека: около 1664 г. Джованни Доменико Кассини получил превосходные инструменты от величайших мастеров по изготовлению телескопов Джузеппе Кампани и Эустакио Дивини. По прошествии всего лишь нескольких недель, наблюдая с помощью одного из них (его длина составляла порядка 1,5 метра), он обнаружил на диске Юпитера некие ненаблюдаемые ранее пятна, оказавшиеся тенями второго и третьего спутников. Через несколько дней он увидел два или три подвижных темных пятна, сначала принятые им за облака, а также несколько ярких отметин, которые, по его мнению, являлись вулканами. Так было положено начало проведению аналогии между Юпитером и Солнечной системой с привлечением теории планетного движения. Такая перспектива оказала воодушевляющее действие как на самого Кассини, так и на других ученых после того, как два года спустя он обсудил ее во вновь созданной Королевской академии наук в Париже. Незадолго до этого Кассини опубликовал самые точные эфемериды спутников на каждый день и получил предложение занять должность в Париже со столь выгодными условиями, что так больше и не вернулся в Италию. Джованни Доменико стал основателем именитой династии Кассини во французской астрономии.

Ко времени, когда Кассини издал свои таблицы (1693), точность его работы была настолько велика, что становится понятным восхищение, с которым Эдмонд Галлей воспринял изложенную им программу. Проблема определения географической долготы удаленных мест – по крайней мере, на суше, где имелась возможность жесткой установки телескопа, – была решена. Для сравнения долготы удаленного места с долготой, допустим, Парижа, необходимо знать момент времени, в который данное конкретное событие будет зарегистрировано в обоих местах. Спутники Юпитера, должным образом табулированные по парижскому времени, могли быть хронометрированы по местному времени с отсчетом от прохождения Солнца через полуденный меридиан. Спутники могли рассматриваться как универсальные часы, стрелки которых (при определенных условиях) можно было видеть отовсюду. В оптимальных обстоятельствах эти «часы» могли идти с точностью, превышающей одну минуту времени, а значит точность определения долготы могла превысить 15 минут дуги. Астроном, как предполагалось, должен был сначала пронаблюдать, как первый спутник (в идеале) войдет в тень планеты или выйдет из нее, а полная серия таких наблюдений, очевидно, значительно улучшила бы результаты. Этот метод играл роль стандартной процедуры определения координат места в течение всего XVIII в. Вряд ли стоит сомневаться в том, что практическое применение этого метода объясняет, в частности, множество предпринятых попыток усовершенствовать йовилабиум Галилея: среди тех, кто разработал новые варианты этого исходно простого приспособления с учетом более глубокого понимания особенностей движения спутников, отметим Фабри де Пейреска, Годиерну, Джона Флемстида, Кассини, Уильяма Уистона и Жозефа Жерома де Лаланда. Спустя какое-то время понадобилось учесть еще и скорость света, конечность которой доказал Оле Рёмер в 1676 г. Он измерил ее, основываясь на наблюдении спутников.

Безусловно, идеям Рёмера было суждено сыграть огромную роль как в будущей астрономии больших масштабов, так и в фундаментальной физике. Их приняли быстро и повсеместно. Говоря словами Фрэнсиса Робертса – автора, одним из первых горячо откликнувшегося на это сообщение: «Чтобы свет дошел от звезд до нас, требуется гораздо больше времени, чем мы тратим на путешествие в Западную Индию (обычно занимавшее шесть недель)».

157

Портрет Христиана Гюйгенса (1629–1695) на фронтисписе сборника его трудов (Лейден, 1724)

По прошествии начальной волны телескопических открытий первое явление совершенно нового типа было открыто в результате наблюдений Сатурна Христианом Гюйгенсом (ил. 157), наконец догадавшимся, что планета находится в центре плоского кольца. Галилей, как мы видели, уже занимался изучением Сатурна в 1610 г. и видел «не одно, а три тела». Как и Шейнер в 1616 г., он допустил существование спутников, близко расположенных к планете. Через двадцать лет множество высококомпетентных астрономов усердно исследовали эту планету с помощью гораздо более совершенных телескопов, но по-прежнему они не могли составить никакого представления о том, что, собственно, наблюдают. И Гассенди, и Гевелий, и Дивини и Годиерна – все они делали зарисовки, которые мы, обладая преимуществом ретроспективного взгляда, можем интерпретировать как изображения кольца, но даже к концу 1640‐х гг. кольцевая структура оставалась еще неузнанной. В 1655 г., задействовав 50-кратный телескоп длиной 3,5 метра, Гюйгенс обнаружил у Сатурна спутник, довольно сильно отличающийся от странных «ручек чайной чашки» планеты. (Это был спутник, сегодня называемый Титаном. Гевелий и Кристофер Рен заметили его раньше, но решили, что это обычная звезда.) Но как объяснить ручки чайной чашки?

В 1657 г. Кристофер Рен предложил разрабатывать теорию некой эллиптической «короны», каким-либо образом прикрепленной к планете и медленно вращающейся вокруг большой оси эллипса. Он не знал, что почти за год до того, как он высказал эту гениальную гипотезу (для чего сконструировал специальную механическую модель), Гюйгенс уже нашел верное объяснение увиденного им. По его мнению, это было всего лишь тонкое плоское кольцо, окружающее планету, но не касающееся ее. Изменение его внешнего вида и периодическое исчезновение, предположительно, объяснялось наклоном кольца к плоскости эклиптики (ил. 158). Гюйгенс использовал сначала 4‐метровый, затем 7- и наконец 37‐метровый телескопы, но его проницательность оказалась не менее важной для совершения этого открытия, чем качество получаемых изображений. В 1660‐х и 1670‐х гг. Джузеппе Кампани и Джованни Доменико Кассини обнаружили, что могут видеть тень, отбрасываемую кольцом на поверхность планеты, после чего исчезли последние сомнения относительно истинности теории Гюйгенса. В 1675 г. Кассини открыл щель в кольце. Это еще