Космос. Иллюстрированная история астрономии и космологии - Джон Норт

годовой параллакс у γ Дракона – звезды, проходившей тогда, как известно, через зенит, – он опустил 90-футовый телескоп в колодец соответствующей глубины, но лишь даром потратил время, поскольку оказался не в состоянии оценить характер полученных им измерений, смешанных с аберрацией звездного света, тогда еще не открытой. Обладая таким набором инструментов, он положил начало программе проведения систематических наблюдений для определения географической широты, продолжительности года и т. п. В течение всей своей профессиональной деятельности Флемстид уделял очень большое внимание Луне, но он был перфекционистом в таких основополагающих вопросах, как параметры солнечного движения, – вопросах, которые большинство других астрономов считало давно решенными. Его угловые измерения отличались беспрецедентной точностью, допускаемая им ошибка обычно не превышала одной десятой или даже одной двенадцатой доли от ошибки Тихо. Его «Британский каталог», составленный для 3000 звезд (опубликован в третьем томе его «Истории»), оставался в течение многих лет наилучшим из всех имеющихся.

Вопрос погрешности наблюдения имеет важное значение, хотя справедливости ради надо сказать, что подробное его рассмотрение выходит далеко за рамки нашей темы. Получение простого среднего арифметического от по возможности большего количества измерений – процедура, соблюдение которой кажется сегодня минимальным проявлением обязательной осторожности, – вошла в стандартную практику на удивление поздно, только в XVIII в. У Тихо и у Кеплера можно встретить примеры расчета среднего значения для двух наблюдений. Ньютон в своих оптических экспериментах время от времени получал среднее значение от многих показаний; в конце XVII в. та же самая процедура начинала все чаще применяться его современниками, занимавшимися лабораторной работой. Жак Кассини и Флемстид делали это более или менее регулярно, и существовали другие подобные примеры, однако, судя по всему, в течение довольно долгого времени бытовало убеждение, что обработка многих измерений одного и того же события является признаком слабости, и уж точно не тем, в чем следовало бы открыто признаваться в работе, предназначенной для опубликования. Со временем поиск аналитических методов сведения наблюдений превратился, по сути, в самостоятельный объект исследования, и наиболее важный шаг в этом направлении был сделан брауншвейгским математиком Карлом Фридрихом Гауссом. В 1809 г. он опубликовал методы, использованные им в отношении гравитационной теории движения планет начиная с 1795 г. Его впечатляющий анализ связывал так называемый постулат о среднем арифметическом (предположение, согласно которому простое среднее значение является наиболее вероятным правильным ответом) с математической теорией вероятности. (Сегодня этот «постулат» часто рассматривают как следствие еще более фундаментальных законов.) Наиболее известным его достижением было приведение логического обоснования для разработанного им метода наименьших квадратов. Такие идеи очень сильно отличались от стандартной практики астрономов XVIII в., но, как мы увидим далее, процедуры сведения, используемые Флемстидом, отнюдь не являлись безосновательными (с. 637).

170

Здание обсерватории в Гринвиче во времена Джона Флемстида. Вдали видна река Темза. Сравните телескоп под открытым небом с инструментом Гевелия, подвергшимся столь суровой критике со стороны Галлея.

Флемстид не только приобрел на свои средства бо́льшую часть инструментов, он, вдобавок к этому, более года не мог добиться от короля получения своего скромного жалованья. Его история чем-то напоминает историю Кеплера. Однако в долгосрочной перспективе относительно крупные инвестиции британского правительства в строительство обсерватории в Гринвиче (ил. 170) послужили стимулом для упрочения профессии изготовителей инструментов в Лондоне, поскольку в течение большей части XVIII в. именно они были поставщиками инструментов во всю остальную Европу. Это время закончилось, когда профессиональные астрономы сумели обзавестись собственными специалистами, хотя и продолжали проявлять большую заинтересованность и участие в этом ремесле; да и сами мастера зачастую являлись весьма неплохими астрономами, благодаря чему они могли разрабатывать конструкции новых инструментов, опираясь на собственные знания.

Новые технологические разработки могли приходить и из других областей. Возьмем, к примеру, такую ценную идею: Роджер Котс, первый плюмианский профессор астрономии в Кембридже и редактор второго издания «Principia» Ньютона, послал Ньютону эскиз гелиостата. Этот инструмент позволял направлять изображение Солнца, отраженное от подвижного зеркала, приводимого в движение часовым механизмом, в стационарный телескоп. Гук разработал другую конструкцию этого инструмента, и этот принцип продолжает использоваться до сих пор. Первый крупный гелиостат, позволяющий получать приемлемые результаты, построен по проекту Жана Фуко, а наиболее знаменитый из них установлен в 1903 г. на солнечной обсерватории Маунт-Вилсон в Калифорнии и используется до сих пор. Из числа ярких примеров последнего времени можно назвать гелиостаты на пике Сакраменто в Нью-Мексико и в Национальной обсерватории Китт-Пик в Аризоне. В этих гелиостатах используется только одно верхнее зеркало, отражающее изображение Солнца вниз вдоль полярной оси.

Джордж Грэхэм был одним из первых крупных специалистов по изготовлению целой серии конструкций, охватывающих почти все разновидности обсерваторского оборудования – стенные квадранты, меридианные круги, зенитные секторы, астрономические регуляторы (точные часы) и многое другое. Грэхэм принадлежал к поколению, сменившему поколение Флемстида, и первый его крупный инструмент – большой квадрант – он изготовил для Галлея в 1725 г., когда этому новому Королевскому астроному было уже под семьдесят. Грэхэм уже являлся известным часовым мастером, но широкую славу ему принес квадрант Галлея, слухи о котором распространились благодаря хвалебному описанию Роберта Смита, приведенному в его популярном учебнике по оптике. Идея установки квадранта на прочной стене (как это обычно делали) в плоскости меридиана была, конечно, не нова, но Грэхэм добавил к нему центральный телескоп и ось в форме двойного конуса, что обеспечило ему преимущество в работе, превосходящее все предыдущие аналоги, и вскоре эта конструкция стала типовой. Именно Грэхэм привнес два главных технических усовершенствования в напольные часы, а именно – ртутный компенсационный маятник и новый тип анкерного хода, что позволило использовать их в качестве астрономического регулятора.

171

Джеймс Брэдли (1693–1762) спустя некоторое время после назначения на должность Королевского астронома, унаследованную им после смерти Галлея в 1742 г. (Оксфордская копия масляного портрета Королевского общества, принадлежащего кисти Т. Хадсона.)

ДВА ВЕЛИКИХ ОТКРЫТИЯ БРЭДЛИ

Слава Грэхэма еще более возросла в результате его причастности к двум самым важным открытиям XVIII в., совершенным Джеймсом Брэдли (ил. 171). Первое открытие он сделал будучи савилианским профессором астрономии в Оксфорде, а второе – после того как сменил Галлея на должности Королевского астронома после смерти последнего в 1743 г. Уже давно было достигнуто понимание того, что лучшим способом регистрации параллактического смещения звезд является использование меняющегося положения Земли в ходе ее обращения вокруг Солнца. Наиболее заметное смещение видимого положения звезды, очевидно, достигается, когда Земля находится на противоположных концах большой оси своей эллиптической орбиты. Чтобы оценить величину этого смещения, требуется какое-то количество очень удаленных звезд сравнения: тогда, согласно предварительным соображениям, эллиптическое движение Земли приведет к тому, что близкая звезда будет описывать на фоне сильно удаленного заднего плана крошечные эллипсы. Ничего подобного не регистрировалось с точностью, достаточной для вынесения однозначного суждения, вплоть до 1725 г., когда состоятельный любитель Самуэль Молине попытался улучшить качество безуспешных попыток Гука по измерению параллакса звезды γ Дракона, воспользовавшись для этого очень длиннофокусным (24 фута) зенитным сектором, изготовленным Грэхэмом; другими словами, телескопом с короткой, но чрезвычайно точной шкалой, предназначенной для измерения углов в зените и его ближайших окрестностях (в зените влиянием рефракции можно полностью пренебречь). Взяв себе в помощники Брэдли, он действительно зарегистрировал смещения, но они