Космос. Иллюстрированная история астрономии и космологии - Джон Норт

связывающим период с размером орбиты. Кроме того, Ньютон спросил, есть ли какие-нибудь основания полагать, что он прав в своем интуитивном ощущении: Юпитер может возмущать орбиту Сатурна. Флемстид пояснил некоторые ошибки, обнаруженные им в параметрах Кеплера для этих планет. Ньютон остался доволен обоими этими ответами, поскольку из первого ответа следовала возможность пренебречь влиянием Солнца на спутники, а второй ответ означал, что данные Кеплера не безупречны, и это, как он полагал, освобождало его от обязательства учитывать другие виды сил, кроме гравитационной. По меньшей мере их существование не могло быть доказано на основании данных, полученных Кеплером.

В 1684 г. ученый мир стал понемногу понимать накопленное Ньютоном интеллектуальное наследие. Галлей приехал в Кембридж спросить его о том, по какой траектории будет двигаться планета, если на нее действует сила, обратно пропорциональная квадрату расстояния. Рен, Гук и он сам, пояснил Галлей, не смогли решить эту проблему. Ответ Ньютона заключался в следующем: это должен быть эллипс, и хотя он еще не сумел найти доказательства, он обязательно пришлет его Галлею в скором времени. (После переписки с Флемстидом он пришел к выводу, что кометная орбита параболическая; данный результат тоже следовал из закона обратных квадратов и являлся не менее важным выводом.) Это побудило Галлея, после знакомства с некоторыми выдающимися работами Ньютона по механике, понудить Ньютона к их публикации. Так появились «Principia», написанные в рекордно короткие сроки.

Не успела книга выйти в свет, как сразу же возникло большое количество споров по поводу приоритета. Гук выступил с громким протестом, утверждая, что именно ему принадлежит приоритет в применении закона обратных квадратов к решению обсуждаемой проблемы. Он действительно долго размышлял о критических замечаниях, высказанных Буйо в отношении суждений Кеплера по этому вопросу. Он отверг идею Буйо, согласно которой свет не является ни телом, ни веществом, а представляет собой своего рода геометрического посредника между ними. Согласно Гуку, свет, напротив, полностью телесен, и движение частиц светящегося тела вызывается его источником. Он много писал, руководствуясь этими выразительными, импрессионистскими аксиомами. В 1685 г. он сочинил несколько рассуждений о том, каким образом можно объяснить гравитацию через «непрерывный импульс», исходящий из центра Земли, влияние которого уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния. Его модель была не нова, она основывалась на как бы разреживании света в обратной пропорции к площади основания светового конуса, и до начала борьбы за приоритет, он, по всей видимости, относил ее к расхожим истинам, известным по меньшей мере начиная с Кеплера. Такое объяснение он нашел для земной гравитации; но когда он начал применять аналогичные идеи к Солнцу, то предложил заменить этот закон законом обратных четвертых степеней. Как он ни старался, ему так и не удалось приблизиться к объяснению результатов, полученных Кеплером. В письме к Галлею от 1686 г. Ньютон еще не проявлял особой грубости, он лишь обратил внимание на математические ошибки Гука и мягко указал: его доказательство и доказательство Гука являются всего лишь гипотезами. И Кеплер, сказал он, всего лишь высказал предположение о том, что его овалы являются эллипсами. И все же Ньютон уже мог подойти к решению этого вопроса, используя «правильный» закон силы.

Ньютон не упоминает имени Кеплера в своих «Principia» вплоть до третьей книги, но это никак нельзя назвать утаиванием истинных намерений. Как отметил Галлей в своей рецензии на «Principia», первые одиннадцать теорем Ньютона находились в полном согласии с «явлениями небесных движений, установленными величайшей проницательностью и усердием Кеплера». Третья книга «Principia» называлась «Система мира», и есть все основания полагать, что это было самым первым полным объяснением движения материи во всей Вселенной под действием одного и того же набора физических законов. Движение планет и их спутников, комет, Земли и приливов ее морей – все это объяснялось с точки зрения всемирного тяготения. Планеты притягивают Солнце точно так же, как Солнце притягивает планеты. Вся материя притягивает всю другую материю и эта сила не зависит от типа материи. Значение имеет только «количество материи» и ее распределение. Он провел эксперименты с маятниками, сделанными из разных материалов, и не обнаружил никаких существенных различий в их механическом поведении.

Как мы видели на примере его переписки с Флемстидом, он понимал, что сила притяжения между центральным телом и планетой существенно больше, чем сила притяжения между самими планетами, но это последнее обстоятельство нельзя было полностью игнорировать, особенно когда планеты приближались друг к другу на кратчайшие расстояния. Другой важной нецентральной силой, которой также нельзя было пренебрегать, являлось возмущающее воздействие Солнца на Луну. Таким образом, важнейшая теория планетных возмущений вошла в небесную механику Ньютона уже в момент ее рождения.

Имея в своем распоряжении могучую динамику и теорию гравитации, Ньютон вполне мог объяснить сплюснутую форму Земли и то, что сила солнечного притяжения, действующая на ближнюю сторону ее выпуклого пояса, немного превышает силу, действующую на его дальнюю сторону. Это различие рождает вращательный эффект (пару сил), действующий на земную ось. Как он сумел показать впоследствии, этот двойной поворот приводит к прецессии, коническому движению земной оси, которое совпадает с прецессией точек равноденствия. Впервые в истории это явление было объяснено, исходя из физических законов.

В «Principia» много внимания уделено кометам и их, по сути, параболическим или эллиптическим орбитам. Ньютон понимал: кометы светят отраженным светом Солнца и пространство, в котором они движутся, не оказывает серьезного сопротивления их движению. О Ньютоне часто говорят, что он не был астрономом-наблюдателем, и астрономия, действительно, не его профессия, но он вполне квалифицированно дополнял собственные наблюдения наблюдениями других специалистов, собирая их из всех источников, которые он считал достоверными. В книге III «Principia» он показал, как можно по трем наблюдениям определить орбиту кометы, движущейся по параболе. Математическое обоснование его полуграфического решения этой «очень трудной задачи» не поддается краткому и простому изложению, но если взять в качестве примера комету 1680–1681 гг., то после составления таблицы из четырнадцати наблюдений Флемстида он пополнил ее семью своими превосходно выполненными наблюдениями, сделанными с помощью 7-футового телескопа, снабженного нитяным микрометром. Ученый получил свое теоретическое решение как раз тогда, когда выходило первое издание его книги (1686). Во втором издании, напечатанном в 1713 г., он повторно, вслед за Галлеем, пересчитал некоторые данные; а третье издание 1726 г. было пополнено еще несколькими галлеевскими расчетами, основанными на догадке о том, что эта комета является периодической и идентичной кометам, появлявшимся в 44 г. до н. э., 531 г. н. э. и 1106 г. н. э. Данное конкретное отождествление было опровергнуто в XIX в., но затем, как мы увидим далее, периодичность комет блестяще и исчерпывающе доказал Галлей в связи с другой кометой.

Наблюдения, произведенные Ньютоном, позволили ему заняться собственным анализом кометной траектории. Для начала он уточнил положения звезд в созвездии Персей, так как по нему проходила наблюдаемая кометная траектория. Его анализ основывался не только на траектории, но и на направлении хвоста, в отношении которого он проявил гораздо большую проницательность, чем его предшественники. Он, похоже, изготовил крупномасштабный рисунок траектории, где расстояние между Землей и Солнцем составляло около 41,5 сантиметра. (На ил. 167 это расстояние дуги GH от D.) В 1920‐х гг. А. Н. Крылов, оценивая точность полученных Ньютоном результатов, пришел к выводу, что она составляет более чем 0,05 миллиметра от используемой шкалы, а это во много раз превышало возможности описываемого метода. Каким бы ни было объяснение,