История астрономии. Великие открытия с древности до средневековья - Джон Дрейер

«Мы приблизились к истине», – говорит Кеплер. Но пройдет еще двадцать два года, прежде чем он найдет истинный закон. Интересно отметить, что еще в 1596 году он распознал, что движением планет должна управлять или вызывать его сила, исходящая от Солнца, и что уже тогда он сделал ошибочное предположение, от которого так и не отказался, что действие этой силы обратно пропорционально расстоянию от Солнца.

Хотя главная идея «Тайны мироздания» была ошибочной, невозможно передать, насколько мы обязаны этому труду, так как он представляет собой первый шаг к очищению системы Коперника от пережитков птолемеевской теории, за которую она по-прежнему цеплялась. Величайшим желанием Кеплера теперь стало получить более точные значения средних расстояний и эксцентриситетов, чтобы доказать абсолютную истинность его теории, и единственным местом в мире, где он мог получить такую информацию, была обсерватория Тихо Браге. Большое расстояние, отделявшее Грац от Дании, могло помешать Кеплеру отправиться к Браге на его остров, но, к счастью для научного прогресса, Браге, поссорившись со многими влиятельными людьми в Дании и, может быть, боясь, что его великое сокровище наблюдений могут забрать у него под тем предлогом, что они были сделаны за государственный счет и потому принадлежат государству, уехал из Дании в 1597 году и два года спустя поселился в Богемии. Вынужденный покинуть Штирию из-за религиозных гонений, Кеплер приехал в Прагу в январе 1600 года и в следующем году был назначен сотрудником к Браге, а в октябре 1601 года стал его преемником на посту императорского математика. Хотя вплоть до августа 1601 года ему приходилось часто отвлекаться от работу из-за поездок в Штирию по личным делам и болезни, вскоре он добился хорошего прогресса в изучении движений самой беспокойной планеты.

Когда Кеплер в феврале 1600 года присоединился к Браге в замке Бенатки, Марс недавно вышел из противостояния с Солнцем, была подготовлена таблица противостояний, наблюдавшихся с 1580 года, и разработана теория, которая очень хорошо отображала долготы в противостоянии, а остальные ошибки составили не более 2′[339]. Но теория не могла отобразить широты и годовые параллаксы, и Кеплер стал задумываться, не оказалась ли она в конце концов ошибочной, даже если и представляла долготу в противостоянии с такой точностью. Несколько частностей в теории вызывали возражения у Кеплера. В первую очередь Браге, как и Коперник, определял движение планет относительно среднего положения Солнца. Кеплер отверг этот принцип в своей книге, так как он предполагает движение вокруг математической точки, а не вокруг огромного тела Солнца. Но этот принцип вызывает возражение и с практической точки зрения. Из наблюдений во время противостояния было вычислено время, когда Марс на 180° отходит от средней долготы Солнца, и, значит, движение Солнца (или, вернее, Земли) следовало считать известной величиной. Поэтому в какой-то степени большое преимущество использования противостояний (что наблюдаемые долготы равны гелиоцентрическим долготам) сходило на нет, и «первое неравенство» не определялось независимо от «второго», вызванного движением Земли или, в системе Браге, Солнца. В случае Марса долгота в «среднем противостоянии» могла отличаться более чем на 5° от долготы в фактическом противостоянии – весьма серьезное расхождение. В конце концов Кеплеру удалось убедить Браге и Лонгомонтана принять видимое положение Солнца для теории Луны, тогда как его собственное длительное исследование Марса все больше и больше внушало ему необходимость определять движение планеты относительно истинного положения Солнца. Другое возражение Кеплера против теории Марса Браге состояло в том, что годовая орбита Солнца предполагалась простым эксцентрическим кругом (как в теории Птолемея и Коперника) с эксцентриситетом равным 0,035 84. В «Тайне мироздания» Кеплер высказался в том смысле, что когда-нибудь будет установлено, что все планеты, в том числе Земля, движутся совершенно одинаковым образом. Теперь же он указал Браге на то, что видимое попеременное сокращение и расширение годовой орбиты Земли (или Солнца), которое установил Браге в 1591 году, вызвано тем простым фактом, что движение на этой орбите неоднородно по отношению к центру, но по отношению к точке экванта – точно такое, как в планетных теориях Птолемея. В данном случае легко увидеть, что годовой параллакс, или разница между гелиоцентрической и геоцентрической долготой планеты, будет меняться в зависимости от ее положения относительно линии апсид Земли. Если Марс находится на продолжении этой линии и наблюдается с двух точек на равных расстояниях по обе стороны от линии, то параллаксы будут равны, независимо от того, где на этой линии расположена точка экванта. Но если Марс находится примерно в 90° от апсид Земли и наблюдается из апсид или с двух точек в средних аномалиях а и 180° – а, параллаксы не будут равны, если только точка экванта не находится в центре орбиты, но будут отличаться в большей или меньшей степени в зависимости от того, ближе или дальше Земля от апсид. Браге, видимо, подозревал, что это и есть истинное объяснение странного явления, но, так как он хотел, чтобы его книга (Progymnasmata) все-таки увидела свет без очередных задержек, он не ввел в нее бисекцию солнечного эксцентриситета, и Кеплер лишь упоминает об этом в приложении, которым закончил книгу уже после смерти Тихо Браге.

Тихо Браге умер 24 октября 1601 года и на смертном одре попросил Кеплера продолжить реформу теоретической астрономии, которую он обдумывал, на основе его геогелиоцентрической системы, а не коперниковской. Хотя реформаторские усилия Кеплера в конечном итоге привели лишь к окончательному утверждению системы Коперника, все же он добросовестно продемонстрировал теорию Марса в соответствии с тремя системами: Птолемея, Браге и Коперника, помня последнее желание великого астронома-практика, чье удивительное предвидение обеспечило неисчерпаемый кладезь наблюдений, сделанных во всех мыслимых условиях. Еще до смерти Браге Кеплер добился существенного прогресса в работе о Марсе[340], а четыре года спустя она была закончена. С этого момента мы будем следить за его исследованиями в том порядке, в котором он сам их зафиксировал.

Для начала показав, что из наблюдений Браге нельзя сделать никаких определенных выводов относительно горизонтального параллакса Марса, за исключением того, что он не превышает 4′, а вероятно, гораздо меньше, Кеплер далее находит те элементы орбиты, которые можно определить отдельно. Долготу восходящего узла он установил, перерыв бумаги Браге в поисках наблюдений планеты в моменты, когда у нее не было широты, и затем рассчитал ее гелиоцентрическую долготу по теории Браге. Шесть наблюдений такого рода дали ему долготу восходящего узла, равную 46⅓°. Далее он тремя методами определил наклон орбиты к плоскости эклиптики. Во-первых, выбрав наблюдения Марса в 90° от узлов, сделанные в момент, когда расстояние от Земли до Марса равно расстоянию от Марса до Солнца, в то время как наблюдаемая широта равна наклону. Во-вторых, взяв планету в тот момент, когда она находится в квадратуре к Солнцу, а Земля и Солнце находятся на линии узлов; наблюдаемая широта при этом опять-таки равна наклону. В-третьих, по методу Коперника, воспользовавшись широтами, наблюдаемыми в момент противостояния. Первый и третий способ предполагают, что отношение размеров орбит известно, тогда как второй метод совершенно не зависит от какой-либо прежней теории, и Кеплеру удалось найти четыре наблюдения, удовлетворяющие условиям второго способа. Этими способами он нашел наклон равным 1°50′ и доказал, что плоскость орбиты проходит через Солнце и что наклон является постоянным, так что колебания орбиты, до той поры считавшиеся необходимыми, в действительности не существуют. Именно тогда, провозгласив это важное открытие, он и сказал те слова, что Коперник сам не осознавал открытых им богатств.