Космос. Иллюстрированная история астрономии и космологии - Джон Норт

Брэдли продолжил эти наблюдения и в 1727 г. обследовал еще несколько звезд с помощью другого, меньшего зенитного сектора, также изготовленного Грэхэмом. Он был установлен в доме его дяди по материнской линии – Джеймса Паунда в Уонстеде (графство Эссекс). Паунд сам являлся довольно крупным астрономом (напомним, что Ньютон использовал его кометные наблюдения 1681 г.). Спустя долгое время после того, как Брэдли получил должность в Оксфорде, он вернулся в Уонстед для работы с инструментами своего дяди. К тому времени ему стало ясно, что все звезды на равных участвуют в некоем специфическом движении, хотя его размеры не постоянны: они каким-то образом зависят от положения звезды по отношению к эклиптике. Он испробовал множество различных гипотез, но, согласно легенде, разгадка пришла к нему, когда он плыл по Темзе на прогулочной лодке, глядя на то, как меняется направление флажка на верхушке мачты. Он решил, что изменения положений звезд получаются в результате совокупного эффекта, вызываемого орбитальной скоростью Земли и большой, но все же конечной скоростью света, исходящего от звезды. (Эффект, который можно иначе обозначить как применение правила «параллелограмма скоростей», объясняется на ил. 172. Обычно его поясняют в простых словах с помощью очевидной аналогии – в каком направлении будут падать капли дождя на шагающего пешехода?) Аберрационное смещение, как и смещение, которое возникает в результате (пока еще не обнаруженного) годичного параллакса, также заставляет звезду описывать маленький эллипс; первое смещение возникает из‐за того, что Земля движется с какой-то скоростью, а второе – из‐за (меняющегося) положения Земли. Приблизительное значение скорости света стало известно после того, как его определил Оле Рёмер; не представляло труда найти и изменяющуюся скорость Земли, обращающейся по своей орбите. Таким образом, размер аберрационного эллипса мог быть выведен теоретически; и, соответственно, наоборот, получив размеры с помощью измерений, можно было вывести скорость света. (Проделав это, Брэдли получил, что скорость света равна примерно 301 000 км/с. Значение, принятое в настоящее время, составляет 299 792,5 км/с.) Найденное им оптическое объяснение прекрасно согласовывалось с проведенными им же наблюдениями, и в 1728 г. он написал Галлею, желая познакомить его со своими находками. Указанное открытие того, что впоследствии получит название «аберрации света», было в итоге представлено Королевскому обществу в 1729 г.

172

Годичный параллакс, изображенный на первом рисунке, отличается от годичной аберрации, изображенной на втором и третьем рисунках. В каждом случае наблюдаемая звезда обозначена буквой X, а буквы A и С обозначают точки пересечения большой оси эллиптической орбиты Земли с самой орбитой и соответствуют наблюдаемому положению звезды в точках A′ и С′. Верхние эллипсы демонстрируют видимые положения звезды X на фоне самых далеких звезд. Параллактические смещения происходят в силу изменения положения наблюдателя, в то время как аберрация появляется в силу того, что наблюдатель обладает скоростью. Эти эффекты сильно разнятся по величине (максимальный параллакс γ Дракона, звезды Брэдли, составляет менее 0,02″, в то время как ее аберрация превосходит это значение в тысячу раз), но наиболее очевидное различие заключается в направлениях перемещения звезды (сравните буквенные обозначения верхних эллипсов). На втором рисунке аберрационное смещение никак не поясняется, для этого следует обратиться к рисунку три. Здесь точка C1 обозначает центр объективной линзы телескопа, а E1 – окуляр в тот момент, когда свет от звезды X достигает точки C1. Пока свет дойдет до окуляра, телескоп успеет переместиться вместе с Землей в положение C2E2. Если бы Земля была неподвижной, звезда наблюдалась бы в направлении E2C1, «истинном» направлении на точку X (то есть под углом a2). Однако когда Земля движется, шкала телескопа отсчитывает в момент наблюдения звезды угол a1. Разница составляет аберрацию, вызванную годовым движением Земли. (Существует еще и гораздо меньший эффект, вызываемый скоростью вращения Земли, которого мы здесь никак не касаемся.) Разница между a1 и a2, как нетрудно показать, с высокой точностью пропорциональна синусу a2, так что аберрация зависит от положения звезды на небе. Ее максимальное значение может достигать величины около 20,5″ (известной как «постоянная аберрации»). Применение аберрации к истинным координатам звезды или исправление наблюденных координат в целях получения истинных требуют более сложных вычислений.

Брэдли стал первым, кто сумел объяснить этот феномен, но не первым, кого поставило в тупик странное поведение тщательнейшим образом измеренных положений звезд. Все это происходило в контексте поиска параллакса. На каком-то этапе Флемстиду показалось, что он обнаружил параллактическое движение Полярной звезды, но позже Кассини исправил его ошибку, и поиски продолжились. Пожалуй, наиболее важная серия соответствующих наблюдений была накоплена в Болонье Эустакио Манфреди, астрономом местного Института наук. Одну часть этих наблюдений он провел после 1705 г., а другую – в начале 1720‐х гг., но в последующем интерес Манфреди к этой проблеме вновь пробудился только в 1726 г., когда он услышал об исследованиях Молине и Брэдли. После этого он произвел дополнительные измерения. (Эти новости достигли Болоньи вместе с письмом, написанным английским астрономом Уильямом Деремом своему брату – английскому послу в Риме.) Суммировав свои данные в брошюре 1729 г., он на какое-то время был поставлен в трудное положение врачом папы римского, полагавшим, что не стоило бы уделять так много внимания тезису о движении Земли. Однако в конце концов брошюра была передана на утверждение инквизитору Болоньи, а когда она появилась в печати, выяснилось, что она посвящена архиепископу Римини, скрытому коперниканцу, если судить по подарку, преподнесенному им Болонской обсерватории в 1726 г. Этим подарком являлась армиллярная модель коперниканской системы мира, до сих пор хранящаяся в обсерватории.

Прошло без малого сто лет после обвинительного приговора Галилею, и неприятное положение Манфреди хорошо иллюстрирует трудности, с которыми бились и никак не могли разобраться католические астрономы. Не так-то просто выработать однозначную позицию для оценки сокровенных чувств Манфреди в отношении коперниканского вопроса, хотя позже он опубликовал признание в том, что гипотеза Брэдли прекрасно согласовывалась со всеми его лучшими наблюдениями. Находясь в окружении конформистски настроенного духовенства, он пошел по не самому простому пути. Сохранилось письмо, полученное им от друга, где тот советовал ему опубликовать некоторые незавершенные наблюдения параллакса, проведенные Педером Хорребоу, чтобы отвести подозрения от своей работы. Каково бы ни было его мнение на этот счет, он несомненно угадал с выбором термина – простого латинского слова aberratio (аберрация). Он использовал его в названии своей работы 1729 г., и по истечении некоторого времени в астрономическом мире стало общепринято употреблять его для описания того, что в исходной работе Брэдли называлось просто «вновь открытым движением».

Аргументация статьи Брэдли в «Философских трудах» Королевского общества была сформулирована с исчерпывающей полнотой, и он высказывал в ней очень убедительный аргумент «от обратного» о возможном существовании параллаксов звезд. Он утверждал, что если бы они превышали одну секунду дуги, он без труда зарегистрировал бы их. Другими словами, представлялось совершенно очевидным, что звезды находятся на гораздо более далеких расстояниях, чем это обычно полагалось. (На самом деле, параллакс γ Дракона не превышает одной пятидесятой доли секунды дуги.) Однако наиболее впечатляющий вывод, который следовал из его работы и касался проблемы познаваемости мира, заключался в том, что движение Земли, рассчитываемое в системе координат, задаваемой неподвижными звездами, действительно является движением вокруг Солнца, как это обычно и предполагается в стандартной интерпретации.