Бесплатный фрагмент - История изучения Вселенной

               К 165-летию со дня рождения

                          Н. А. МОРОЗОВА

ВСТУПЛЕНИЕ

Когда-то изложение таких наук, как астрономия, в художественной форме считалось совершенно невозможным. Но вот, Франсуа Араго, в середине XIX века, первый попытался это сделать, и его «Общепонятная Астрономия» не только имела огромный успех, но и вызвала к жизни тысячи астрономов — любителей, то есть таких людей, которым, по недостатку мест в существующих государственных и общественных обсерваториях, или по другим причинам, занятие астрономией не служит источником материального существования. Астрономы-любители, к каким можно причислить, например, даже лорда Росса, живут на посторонние средства, и менее имеют времени отдаваться любимой ими науке, но и они уже сделали для нее не мало, и потому очень желательно иметь их как можно более.

Единственным средством заинтересовать широкие массы возвышающим думы предметом астрономии служит художественно-популярная астрономическая литература. А писать научно-популярные книги может только тот, кто одновременно является и ученым, вполне владеющим своим предметом, и художником слова, что редко соединяется вместе. Кроме того, все книги с течением десятилетий уже отстают от вечно движущегося вперед человеческого познания.

Само собой понятно, что это движение не упраздняет, а только пополняет и отчасти исправляет то, что было достигнуто уже ранее. В каждой науке можно отличить, как в планете, уже откристаллизовавшееся, отвердевшее центральное ядро, которое будет оставаться неизменным до конца, как вечная истина. Но это ядро окружено еще туманной и подвижной атмосферой научных предположений, т.е. гипотез, постепенно откристаллизовывающихся из своего бесформенного состояния и присоединяющихся, как дальнейшие твердые и неизменные наслоения, к основному ядру. Обойтись без изложения таких гипотез нельзя ни в популярной книге ни в учебнике, потому что именно в них-то и заключается та творческая сила, которая ведет вперед точную науку, а, между тем, они обновляются с каждым десятилетием и требуют ремонта или дополнения.

Часто жалко бывает читать теперь такие книги, как только что упомянутая «Общепонятная Астрономия» Араго, или «Чудеса Неба» Литрова и т. д. Кажется что вот, стоит только пополнить их основную часть новейшими данными, исправить то, что было в них из области не оправдавшихся предположений, и книга вновь оживет в своей первоначальной красоте, и получится увлекательное научное чтение.

Мне много раз приходило в голову сделать это с книгой Араго, но дополнение такого большого, вполне охватывающего все нематематические детали астрономического сочинения, требует слишком большого самостоятельного труда, для которого мало остается времени от собственных исследовательских работ. Недавно мне представился случай ознакомиться с книгой «Вселенная и Человечество», где содержится, между прочим матерьялом, и прекрасное коротенькое изложение астрономии в очень ясной и наглядной полуисторической форме, привести которое к современному состоянию науки не требовало много времени. Это я и сделал в предлагаемой книге.

Николай Морозов

ЧАСТЬ I. Старая эпоха

I. Смутные предания

На этих страницах возможно дать читателю лишь общее понятие об огромной наблюдательской и творческой работе астрономов, благодаря которой человечество дошло до современных взглядов на мироздание и до великой идеи о закономерности его явлений.

Если мысленно вглядеться в прошлое человечества и попытаться проникнуть в ту седую древность, о которой человеческие памятники нам ничего не говорят, то увидим, что сперва небо наблюдали случайно и без определенной цели, просто как ряд различных картин природы; затем связывали это с движением времени и стали пользоваться луной и солнцем для его измерения.

Дальнейшее развитие первых шагов, имевших громадное значение, сделалось в высшей степени прочным и последовательным, хотя темп развития вначале, разумеется, был иной, чем теперь.

Древнее верование в земной рай у первых людей породило около конца 18-го столетия своеобразные взгляды и в истории наук. Исходя из иллюзорных представлений, будто люди уже давно владели целым рядом значительных успехов по исследованию небесных явлений, ученые Эпохи Возрождения приписывали это готовое знание «золотому веку», в который людям через «откровение» сообщены были более полные знания о вселенной.

Поэтическое представление о блаженном первобытном периоде человеческой культуры нашло яркое выражение в конце 18-го столетия в знаменитом историческом сочинении — в «Истории астрономии» Байли, мечтавшего, вместе с Руссо, о золотом веке и о возврате к нему.

Наука ни на одну минуту не колебалась в своем приговоре о полнейшей превратности такого взгляда, и только некоторые романтические головы известное время увлекались верой в возможность подобного возврата и изображениями картин райской эпохи. У самого Руссо сквозь эти мечты пробивалось даже заметное отвращение к строго-научной работе над исследованием мира, как опасной для души и нравов человека; нечто подобное мы видели и во враждебном отношении Льва Толстого к науке и искусству.

Взгляд Байли, по которому человечество должно снова припомнить в полном объеме знания того «золотого» периода, произвел в свое время сильное впечатление вследствие возникших в прошлые два столетия представлений об очень раннем расцвете астрономии в Восточной Азии. Но астрономическая работа рассматривалась у китайцев не как собственная, а как откровение неба, доставленное им чрез древние поколения из другой страны, от другого народа.

Да и относительно Месопотамии мы должны прийти к выводу, что все свои знания и всю организацию своих научных работ ее ученые принесли опять-таки из другого культурного центра. Откуда же? Об Индии нечего и думать, так как, по свидетельству ее древнейших памятников, индусская духовная культура отвернулась от систематических наблюдений небесных явлений и, вообще, от изучения вселенной и, главным образом, предалась внутренней творческой работе в философии и математике. И вот остается, повидимому, единственный ответ на этот вопрос: начатки астрономического знания возникали повсюду, где человеческое сознание вырастало до потребности в размышлении и логическом объяснении окружающего мира.

Первые астрономы — наши далекие предки — были скромными землепашцами и пастухами. В долгие звездные ночи, лежа после работы, они примечали неизменную форму созвездий; они видели, что из ночи в ночь звезды возвращаются над их полем, возвещая время; они удивлялись молчаливому и точному движению, которое равномерно увлекает бесчисленные небесные светила, как будто бы обширная лазурь представляет купол, покрытый золотыми гвоздями и вращающийся над нашими головами.

Множество звезд, загорающихся на небе вечером, яркий блеск наиболее заметных, как Сириус, Вега, Арктур, Капелла, причудливое и загадочное движение Венеры, Юпитера, Марса, Сатурна, Меркурия, которые составляли, повидимому, исключение среди общей гармонии и блуждали среди созвездий; кратковременный след падающих звезд, которые, казалось, срывались с неба и неслись среди темной ночи, подобно огненной стреле; бледные и мягкие тона утренней зари, догорающей на горизонте; чудная симфония природы, сопровождающая первые лучи дневного светила; потоки света, бросаемые им на мир, когда оно стоит над нашей головой, и заходящее на западе солнце, бросающее последние снопы света на умирающий день; наконец, ночная тень, падающая на истомленную природу — вот чем любовалось невежественное человечество в своем детстве, как рядом картин, вполне достойных того, чтобы привлечь внимание людей на заре доисторических времен.

II. Времяисчисление

Первые ростки закономерного познания мировых явлений возникли, повидимому, на почве измерения времени.

Правильная смена дня и ночи и постоянство, с каким дневное светило каждый раз занимает на небосклоне одно и то же положение, сделали то, что небесные явления стали как бы прообразом строгого порядка в природе и в общественной жизни. Вид звездного неба, имеющего математически правильную сферическую форму и правильно вращающегося около неподвижной точки, дополнял это первое впечатление о величественном порядке в устройстве и жизни вселенной.

Можно безошибочно принять, что это впечатление величия и порядка послужило самой существенной предпосылкой для создания идеи единобожия, в то время как под впечатлением изменчивости, кажущейся произвольности и многообразия явлений на земле создалась идея многобожия. Последняя удовлетворяла любознательности людей, когда наделяла непонятные и беспорядочные явления свободной волей, подобной человеческой, что, по меньшей мере, являлось чем-то привычным и казалось понятнее людям.

В человеческой душе происходит наслоение воспоминаний об окружающем мире, и группировка их может происходить в совершенно ином порядке, чем простая последовательность, в какой явления совершаются во внешнем мире и в какой воспринимаются человеком. Таким образом, в коллективной душе человеческого рода постепенно создается, среди неослабного течения и смены мировых явлений, неподвижная всеохватывающая картина мира, в которой явления различных времен связаны между собой. Но при этом правильному отражению внешнего мира грозит опасность со стороны воображения, благодаря которому стираются и даже извращаются воспоминания о последовательности внешних явлений, и мы должны создать вне нас какие-нибудь опорные пункты, чтобы, не полагаясь на одну память, удержать тот порядок, в каком совершаются последовательно и закономерно внешние явления.

Простейшие начатки запечатления этой последовательности, вызванные к жизни, вероятно, требованиями общежития, потребностью во взаимном понимании, обнаружились в том, что при каждом восходе или заходе солнца делали какие-либо пометки на дереве или на камне; потом соединяли, вероятно, эти знаки в группы по числу пальцев, как это, повидимому, очень рано стало практиковаться в общежитии. Отсюда выросла наша десятичная система счисления. Теперь оставалось только прибавлять особые знаки к этим отдельным обозначениям дней, чтобы закрепить свежие впечатления о внешних явлениях, связывая их, таким образом, с известными числами в определенном ряду внешних явлений, так что являлась возможность во всякое время сверять эти данные.

Из таких начатков выросла вся хронологическая и календарная система счисления и целый ряд важных открытий относительно закономерности многих небесных явлений.

Лунное времяисчисление. Первое, более или менее точное астрономическое измерение состояло, повидимому, в том, что установлено было число дней, протекающее между двумя одинаковыми фазами луны. Отмечали на куске дерева или на камне, сколько раз солнце успевало взойти или зайти до тех пор, пока снова не повторялась первая лунная четверть или полнолуние. При этом сразу должно было получиться число 29. Но, после 10-кратного повторения этого счета, могло уже обнаружиться, что искомый промежуток заключает немного более 29 дней; ибо между впервые наблюденной фазой и ее десятым повторением протекает на 5 или 6 дней больше, нежели их дает помножение: 29×10; отсюда следует, что промежуток между двумя последовательными одинаковыми фазами около 29½ суток. Этим объясняется особенность лунного календаря, принимающего «лунный месяц» равным поочередно то 29, то 30 дням: таким путем достигалось в течение более или менее продолжительного времени соответствие между календарным счетом целых дней и повторением одних и тех же фаз луны.

Продолжая наблюдать подобное следование лунных фаз сотни раз сряду, должны были рано или поздно заметить, что и только что описанный порядок счета не точен: так, промежуток времени в 360 лунных месяцев заключал в себе не 180 чередующихся 29-дневных и 30-дневных месяцев, а 191 месяц по 30 дней и 169 — по 29. Другими словами, чтобы согласовать времяисчисление с ходом лунных фаз, необходимо, в определенных случаях, вместо короткого, 29-дневного месяца, считать длинный, 30-дневный.

В таком виде лунный календарь и теперь еще в употреблении у мусульманских народов; он достаточно точен, чтобы дать возможность в продолжение длинного периода времени предсказывать момент наступления той или иной лунной фазы; с другой стороны, он не вызывает необходимости пользоваться при времяисчислении дробными частями суток.

Мы потому остановились несколько долее на этом древнейшем астрономическом измерении, чтобы выяснить важную роль продолжительного опыта в разрешении различных задач, представляемых времяисчислением. Этот же пример служит наглядным доказательством той медленности, с какой совершалось развитие знаний о простейших явлениях в мироздании.

Подобным же путем, как и продолжительность лунного года, найдена была и длина года — именно, счетом числа дней, необходимых для повторения определенного положения солнца на небесном своде, причем знание длины лунного месяца значительно облегчило нашим предкам разрешение этой задачи. Луна, стоявшая во время полнолуния как раз против солнца, дала возможность точнее определять моменты возвращения солнца в одно и то же созвездие, и вообще — замечать положение дневного светила среди звезд. Еще до того, как додумались употреблять вертикальные столбы и измерять в полдень их тень на горизонтальной поверхности — умели уже с точностью до одного дня определять моменты восхода и захода солнца у одних и тех же пунктов горизонта. Благодаря этому, не трудно было уже, после нескольких десятилетий наблюдения, установить продолжительность климатического года в 365¼ дней, и норма эта положена была в основу так называемого юлианского календаря. Погрешность тут, согласно новейшим данным, достигает 3 суток в течение 400 лет — как это и принято грегорианским календарем. Последний настолько точен, что нужны целые тысячелетия, чтобы ошибка достигла величины одного дня.

Такова в кратких чертах история основных единиц нашего времяисчисления. Для установления их не требовалось пока ни особенных знаний, ни больших успехов техники: достаточно было лишь известного умственного развития, настойчивости и некоторого общественного интереса, служившего побудительной причиной.

Точное знание величины солнечного года и лунного месяца привело к открытию 19-летнего периода, так называемого «золотого круга», играющего важную роль во времяисчислении. Цикл этот, состоящий из 19 солнечных лет, обнимает, с точностью до незначительных долей суток, 235 полных лунных месяцев, так что по истечении названного периода одни и те же лунные фазы повторяются почти в точности в то же время года. Лунный календарь, сохранившийся и теперь у многих народов, особенно при определении праздничных дней (Пасха у евреев и христиан), всецело опирается на этот «золотой круг».

Следующим приобретением, тесно связанным с предшествующим, было открытие еще одного периода, в течение которого правильно повторяются взаимные положения солнца и луны, обусловливающие собой затмения. Знание этого периода, равного приблизительно 18 годам (точнее — 6585 дням и часам), явилось следствием простого счета дней, проходящих между лунными затмениями: эти последние наступают одновременно во всех пунктах земного шара, с которых тогда видна луна, и повторяются с бо́льшим постоянством для данного пункта, нежели солнечные. Имея в своем распоряжении список лунных затмений за 18 лет, можно было, хотя наполовину ошибаясь, без большого труда предсказывать наступление лунных затмений с точностью до нескольких часов: для этого достаточно прибавлять к прежним датам 6585 дней и 7 час. или, в круглых числах ­ по 18 лет 10 дней. Не следует, однако, думать, что названный период был так легко и просто открыт: самая идея о закономерном повторении таких явлений, как затмения, не скоро проникла в сознание древних и требовала для своего признания уже известного умственного развития.

Но культурное значение этого открытия станет понятно, если мы вспомним, сколько суеверий связано с солнечными и лунными затмениями — суеверий, сохранивших свою силу в народе еще и в настоящее время. В древности же явления эти вызывали настоящую панику, порождая представления о злых, темных силах, вторгнувшихся в естественный ход светил и стремящихся их поглотить, уничтожить. Понятно, что умение предсказывать эти таинственные явления постепенно ослабляло их грозный, зловещий характер, способствуя утверждению более здравых понятий.

Были и другие небесные явления, невольно привлекавшие к себе внимание масс и вызывавшие представление о том, что там, высоко над головами людей, творится нечто необычайное. Таковы, например, соединения ярких планет. Непрерывные наблюдения над явлениями подобного рода и, главным образом, над положениями планет на небесном своде относительно друг друга и относительно солнца и луны — составляли главный предмет средневековых астрономических изысканий. Таким путем вскоре найдены были времена обращения планет и периоды возвращения их к одним и тем же положениям. Сочетания их стали затем соединяться с известными событиями в народной жизни. На первых порах подобного рода пророчества высказывались в весьма неопределенной форме; например, оповещали, что предстоящее соединение двух ярких планет породит события большой важности. Легко понять, что даже такое туманное предсказание могло вызывать известное возбуждение, и неудивительно, что напряженное ожидание необыкновенных событий часто увенчивалось успехом. К тому же одна часть предсказания, именно — касающаяся чисто астрономических явлений, постоянно оправдывалась, что поддерживало авторитет средневековых священников и веру в их пророчества.

Постепенно взаимная группировка известных планет, их положение относительно солнца, луны и ярких звезд приобрели вполне определенное значение для предсказания того или иного события; и это было вполне естественно после того, как подобные явления один или несколько раз совпадали с важными событиями народной жизни — событиями, то печальными и грозными, то счастливыми и мирными. Существенную роль в утверждении такой веры во влияние небесных светил на народную жизнь сыграло бесспорное влияние положения солнца над горизонтом на смену времен года и всех связанных с этим явлений — состояния погоды, направления ветра, разлива рек и т. п. Луна также заметным образом обнаруживала свое участие в явлениях жизни на нашей планете. Уже давно известна была связь между приливами и отливами, с одной стороны, и лунными фазами — с другой. Ночной, лунный свет, повидимому, оказывал раздражающее действие на спящий организм, влиял на рост животных и растений. Продолжительность 9 лунных месяцев совпадала с продолжительностью периода беременности и, следовательно, находилась в некоторой связи с рождением, увеличением народонаселения и т. д. Таким путем постепенно утверждалась вера в зависимость человеческих судеб от небесных явлений. Этому способствовало еще и инстинктивное убеждение в центральном положении земли и в том, что действующая во всей вселенной сила тяжести направлена к земле.

Мы не имеем возможности останавливаться подробно на развитии астрологии, сохранявшей свою силу даже после реформаторской деятельности Коперника. Но нельзя отрицать того, что живой интерес к астрономическим предсказаниям сослужил некоторую службу чистому знанию небесных явлений.

III. Первые шаги астрономической науки

От истории первых успехов на поприще ознакомления с течением крупных небесных явлений мы перейдем теперь к изложению первых шагов пространственного ориентирования во вселенной — именно, к знакомству с фигурой земли и других небесных тел, их размерами, расстояниями от нас и т. п.

Здесь на первом месте стоит учение о шарообразной форме земли.

Идея о шарообразности земли возникла впервые при внимательном наблюдении того, что дает взору просторный горизонт открытого моря. Находясь на гористом островке, откуда во все стороны открывается вид на водную поверхность, не трудно заметить и сопоставить ряд фактов, несомненно указывающих на выпуклую кривизну морской поверхности. При современных средствах измерения можно заметить эту кривизну даже на такой ничтожной части поверхности, которая не превышает нескольких квадратных метров; на обширных же поверхностях ее, при благоприятных условиях, удается наблюдать даже без всяких приспособлений, обсуждая лишь данные своих простейших восприятий.

Находясь, например, среди моря на горе в тысячу метров высоты (такие горы нередки даже на маленьких островах), можно сделать следующее наблюдение: в тот момент, когда для одного наблюдателя, находящегося у подошвы горы, едва только показывается из-под горизонта верхний край солнца, для другого, находящегося на вершине горы, виден уже весь солнечный диск, поднятый над горизонтом почти на целый диаметр солнца. Другими словами, с высоты 1000 метров горизонт кажется на два солнечных диаметра ниже, нежели при наблюдении с высоты нескольких метров. При еще большей высоте горизонт понижается еще значительнее. Понятно, что все это было замечено не только по отношению к солнцу, но и к другим небесным светилам.

Нет необходимости в значительном поднятии для того, чтобы заметить кривизну земной поверхности у видимого горизонта; нижеследующая таблица показывает, что даже сравнительно небольшое поднятие влечет за собой ощутительное расширение горизонта. Левый столбец таблицы обозначает высоты над уровнем моря (в метрах), правый — соответствующие им расстояния линии горизонта от наблюдателя, в морских милях (морская миля = одной минуте большого круга земного шара = 1852 метрам).

Полюс мира и форма земли. Уже очень рано приобрела для наблюдателя большое значение та неподвижная точка, около которой, как нам кажется, вращаются звезды небесного свода. Точка эта носит название полюса мира. Картину этого вращения неба теперь получают очень просто на фотографической пластинке, на которой различной яркости звезды описывают большие или меньшие круги, в зависимости от их удаления от полюса. Полярная звезда, самая яркая в созвездии Малой Медведицы, находится теперь в расстоянии не более двух лунных диаметров от этой неподвижной точки; в продолжение четырех-пяти столетий она будет еще приближаться к ней, но за несколько тысячелетий до нашей эры ее еще не было вблизи полюса, а ко времени открытия Америки Полярная звезда находилась в расстоянии семи лунных поперечников от него.

Уже очень рано люди заметили, как движутся тени, отбрасываемые различными предметами от солнца, и как изменяется их величина в течение дня и года. Придавая вертикально поставленным шестам правильную форму и уравнивая почву у их основания настолько, чтобы тонкий слой воды на ее поверхности не стекал, получали так называемые солнечные часы, — весьма простой прибор чрезвычайной важности.

Применением таких приборов (называвшихся по-гречески гномонами) было, в сущности, положено основание учению о форме земли и градусному измерению с географическим определением места.

Измеряя масштабом длину тени, бросаемой гномоном, и длину последнего от горизонтального уровня до острия, определяли графически угол, образуемый в момент измерения солнечными лучами с направлением отвеса в месте наблюдения. Когда стали одновременно производить измерения в различных местах, лежащих на одном меридиане, в момент самого высокого положения солнца на небе, оказалось, что очень легко определить углы между направлениями отвесов и между ними и направлениями солнечных лучей, которые можно, в виду необыкновенно далекого расстояния солнца, считать параллельными между собой.

На каких же основаниях можно было тогда утвердительно говорить о большой удаленности солнца? Ведь и на близком расстоянии, только при условии, что земля плоска, могло казаться, что солнце в один и тот же момент далеко отстоит от одной точки на земной поверхности и почти совпадает с зенитом другой. Но если допустить такую близость солнца, то сразу можно натолкнуться на большие несообразности, заметные уже при самых грубых измерениях и при очень слабо развитом математическом мышлении.

Прежде всего, если солнце находится на различных расстояниях от разных точек наблюдения, то видимая величина солнечного диска и степень нагревания от него должна быть в различных местах неодинакова. Затем, что важнее всего, как объяснить тогда явления восхода и захода солнца, его кажущееся вращение около оси на куполообразном своде?

Наблюдения над величиной отбрасываемых от солнца теней скоро показали, с какой правильностью совершаются в одних и тех же местах годовые изменения в высоте солнца в полдень. Затем, скоро выяснилось, что различие между самым высоким и самым низким положением солнца в течение года оказывается в различных местах тождественным и строго правильным. Таким образом, уже очень рано стало ясно, что солнце находится на громадном расстоянии от земли и что лучи его направляются почти параллельно на различные точки ее поверхности.

Вышеупомянутые измерения величины теней от направления отвесов в различных местах на одном и том же меридиане образуют между собой угол, тем больший, чем дальше друг от друга находятся наблюдатели; то же самое, разумеется, относилось и к касательным плоскостям в этих местах, перпендикулярным к отвесам, т. е. к положению морского уровня в различных точках на земле.

Так как, кроме того, уже раньше было известно, что морская поверхность имеет одинаковую кривизну по всем направлениям, то было легко сделать вывод, что отвесы представляют направления радиусов тех мест шаровой поверхности, где лежат различные точки наблюдения, ибо отвесы ведь везде перпендикулярно направлены к касательным плоскостям и, стало быть, совпадают с продолжениями радиусов в этих местах, а одинаковое соотношение между углами, образуемыми радиусами, и соответственными расстояниями точек на поверхности, наблюдаются только на шаре.

Но для того, чтобы прийти к взгляду о шарообразности всей земли и вместе с тем приблизиться к решению вопроса о величине земного радиуса, необходимо было каким-нибудь путем получить возможность одним взглядом охватить значительную часть земли. Эту возможность давали наблюдения лунных затмений. Непроницаемый земной шар, освещаемый солнцем, отбрасывает в мировое пространство тень в виде конуса с круговым сечением. Видеть это возможно лишь тогда, когда против солнца находится непрозрачный экран, на который падает тень от земли. Но это бывает не всегда. Случается, что луна, совершая свой путь около земли, попадает в ее тень, и тогда на ее светлой поверхности ясно вырисовываются контуры тени, имеющей вид кругового конуса. Как показывают чертежи и измерения, во всех таких случаях сечение имеет форму правильного круга, несмотря на различные расстояния луны от земли и на различные, обращенные к солнцу и освещаемые им части земной поверхности.

Все это уже несомненно служит наглядным доказательством того, что земля — шар.

К этому выводу можно было прийти без современных сложных методов измерения, если несколько десятков лет подряд, пользуясь благоприятным климатом, наблюдать простым глазом движение луны и солнца, а такие наблюдения производились древними астрономами непрерывно не десятки, а сотни лет.

Но только новые географические открытия и кругосветные путешествия доставили окончательную победу учению о шарообразности земли, дав самые наглядные и неопровержимые для того доказательства. Начиная с XVI и XVII столетий в Европе также стали производить градусные измерения. О дальнейших, более глубоких изысканиях относительно формы земли, начатых в XVII ст. Ньютоном, мы будем говорить впоследствии, предварительно обозрев некоторые другие моменты истории космического исследования.

IV. Картина мироздания в ее историческом развитии

Еще в древние времена многое наводило людей на мысль о шарообразности всех мировых тел и о круговой форме их орбит. Это подсказывалось ежедневными впечатлениями куполообразного небесного свода, круглого диска солнца и луны, с одной стороны, и круговых путей, описываемых около земли — ежемесячно луной и ежедневно солнцем и звездами, с другой стороны.

Постепенно, благодаря этому, складывалось представление, что в мире господствуют шарообразные тела, круговые орбиты и концентрические шаровые поверхности, а в центре всего этого помещена земля.

Астрология и теория концентрических сфер взаимно поддерживали друг друга вплоть до конца средних веков. До XVII века царило убеждение в центральном положении земли среди концентрических к ней сфер и в могучем влиянии на земные явления всех светил, служивших как бы носителями и проводниками воли провидения.

До сих пор еще мало ценят заслуги тех астрономов, которые расчищали Копернику дорогу путем бесчисленных измерений и тщательных вычислений, постепенно, но верно подкапываясь под старое миросозерцание, пустившее глубокие корни.

Далее мы несколько подробнее остановимся на этой подготовительной работе, а пока перейдем к замечательному учению, которое подготовляло в науке революцию. Это была музыкальная и натур-философская теории гармонии.

Всем известно то чувство удовольствия, которое ощущается живым существом при ритмических явлениях, т. е. равномерных, правильно повторяющихся, вне или даже внутри организма, и оказывающих влияние на его мускулы, нервы и чувства. Благодаря таким правильным, но не однообразным повторениям, в представлении исчезают напряжения, как бы устраняется трение и порождается так называемое чувство такта — приятное спокойствие и безотчетное убеждение, что движениями управляют определенные, простые законы.

Если равномерно сменяющиеся движения во внешнем мире, путем колебания частиц воздуха, достигают нашего уха, то создается тон, тем большей высоты, чем быстрее сменяют друг друга колебания, и тем большей чистоты, чем равномернее они происходят. Наше удовольствие при восприятии чистых звуков тоже, следовательно, бессознательно имеет своим источником ритм. Проще всего это чувство, когда одновременно в наших ушах раздаются два тона различной высоты, из которых один состоит из вдвое большего числа колебаний, чем другой. Если числа колебаний относятся друг к другу как 2 к 3, 3 к 4, 4 к 5, 5 к 6 и т.д., то с дальнейшим увеличением числа одновременно звучащих тонов, становится все труднее уловить закономерность в созвучиях, а естественное чувство удовольствия все уменьшается и переходит даже в неприятное чувство диссонанса.

Но слух человека в этом отношении способен развиваться, и может сделаться до того чутким, что в состоянии уловить закономерность в очень сложных и запутанных тонах. Открытие этих числовых отношений было сделано при техническом усовершенствовании струнных инструментов, но только благодаря гениальности пифагорейцев была разъяснена их важность и перекинут мост между этой гармонией звуков на земле и чудесной закономерностью на небе, где движения подчинены вечным, незыблемым законам, находящим свое выражение в правильных числовых отношениях. Душа человека, конечно, испытывает большое удовольствие от этой гармонии, более грандиозной, чем в мире звуков, но какое блаженство должно ощущаться мировой душой, воспринимающей гармонию всей вселенной с ее бесчисленными явлениями!

Так возникла мысль о гармонии сфер, которая, на ряду с вызванными астрологией наивными иллюзиями, воодушевляла астрономическую мысль; она же окрылила гений Кеплера, при котором, тотчас же за Коперником, астрономия так высоко поднялась. Но, подобно тому, как раньше появилась астрология, так и теперь, одновременно с этим, выросло из пифагорейского учения мистическое представление о числах, служащее еще до сих пор источником многих суеверий. Появилось, например, ни на чем не основанное убеждение, будто существуют числа счастливые и несчастливые.

Но эта же теория гармонии, как уже сказано, толкнула вперед гений человека: раз небесный мир с его с простой закономерностью оказывался средоточием чистейшей гармонии, в сравнении с которой звуковая, на земле, оказывалась бледной, лишь слабо напоминающей небесную, то как могла земля служить центром этого мира, управляемого великими и простыми законами? А если земля не может служить центром, то она не может находиться в покое, а должна также двигаться около общего центра всего мира.

Тогда насчитывали восемь движущихся сфер: сферы Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера, Сатурна, Солнца, Луны и восьмая — сфера неподвижных звезд, плавно совершающие свои обороты. К ним причисляли и землю, но так как число 9 не считалось достаточно круглым, то принимали, что существует еще десятое движущееся тело, незаметное для глаза, находящееся против земли и обращавшееся около какого-то центрального огня. Этот центральный огонь постепенно, в дальнейшем развитии философского и математического мышления, занял место внутри самой земли, которая и стала вращаться вокруг самой себя, так что неподвижным звездам незачем уже было обращаться около земли. Впоследствии пошли еще далее, объявив, что огонь, долженствовавший занимать центр вселенной, совпадает, в сущности, с солнцем, вокруг которого земля совершает годовой оборот, помимо собственного вращения, на что и указывает видимое годовое движение солнца на небе. А некоторые математики, глубже ознакомившись с особенностями запутанных планетных движений, увидели, что последние объясняются очень просто, если представлять себе землю обращающейся вокруг солнца.

Но на пути к этим выводам, в общих чертах вполне совпадавшим с учением Коперника, мысль человеческая свернула в сторону, точь в точь как позже это было сделано при Тихо Браге, после Коперника. Именно, рассуждали, что незачем земле оставлять свое покоящееся положение, раз упрощенное объяснение для планетных движений вполне возможно, если считать планеты движущимися около солнца, как центра, и одновременно с ним участвующими в его ежегодном движении вокруг земли.

Тогда совершенно еще не было развито учение об относительности движений; даже научно мысливший человек сомневался в правильности того взгляда, по которому птица, взлетая на воздух, сохраняет, вместе с тем, скорость, полученную при участии в движении земли, и что скорость эта сообщается также воздушным частицам в слоях, близких к поверхности земли, и передается далее высоко лежащим слоям. Тогда уже имели понятие о больших скоростях, вследствие верного представления о размерах земли, как результата градусных измерений, — о скоростях в несколько сот метров в секунду, с какими мы движемся вместе с землей (скорость эта в широтах Средиземного моря достигает, например, около 390 метров в секунду). Однако, на деле сталкивались с большими трудностями в вопросах о сложении и относительности движений, например, в вопросе: почему тело, брошенное сверху, не остается позади в виду быстрого движения земли?

Вопрос о том, почему не замечается нами движение земли вокруг оси и ее еще более быстрое движение около солнца, для многих еще и теперь является не легким. А между тем стоит лишь задать себе вопрос, почему мы на земле замечаем движения? Не потому ли, что движущиеся тела переменяют места относительно предметов, находящихся в покое, и не потому ли, что движения эти не совершаются вполне равномерно и непрерывно? Но ведь последними особенностями космические движения не отличаются.

Теперь мы ненадолго остановимся на тех инструментах и методах, при помощи которых выполнялись измерения луны еще на ранних ступенях астрономии; это может в то же время облегчить понимание и дальнейших методов астрономических измерений.

Одновременно с применением гномонов, стали также изображать небесный свод в виде шара, на который, пользуясь обыкновенными способами непосредственного измерения, наносились положения самых ярких звезд в соответствующих расстояниях друг от друга. На таких небесных глобусах имелась возможность изображать также и различные положения луны и других движущихся светил среди неподвижных звезд.

При измерениях употреблялись инструменты, похожие на наши циркули, стержни с передвижными поперечными брусками, и треугольники на шарнирах, боковые стороны которых играли роль визирных трубок с одним небольшим отверстием для глаза, и с другим, большим, круглым или квадратным на противоположном конце.

Совершенным образцом прямого угла в природе служил почти идеально прямой угол, образуемый с уровнем жидкости и свободно свешивающимся маятником, когда он находится в покое. По этому образцу очень скоро научились с сравнительно большей точностью чертить прямые углы и делить окружности на четверти и более мелкие части при помощи простых геометрических построений. Поверхность шара, на которую заносились происходящие на небе движения, таким же образом разделялась на равные части. На расстоянии четверти окружности от точки, изображающей неподвижный полюс вращения небесного свода, проводили самый большой круг вращения — экватор деливший шар на две равные части: северное и южное полушария.

Одновременно с определением на глаз, при помощи своеобразного зрительного аппарата, угла, т. е. части дуги большого круга на небе, заключенной между двумя положениями, можно было, также глазом, наблюдать передвижение среди созвездий наблюдаемого светила. Это, на ряду с угловыми измерениями (по длине дуги), служило важным вспомогательным средством при изображении на шаровой поверхности отдельных звезд или целых групп.

Измерение времени. На первых ступенях своей культурной жизни люди пользовались весьма примитивными приспособлениями для обозначения времени. Несомненно, уже очень рано стали употреблять для этой цели описанные выше гномоны; отбрасываемая ими тень, перемещаясь все время от восхода до захода солнца, позволяла по концентрическим кругам у основания столбика определять величину истекшего промежутка времени. Потом к такому тенеуказателю прибавилась еще табличка, содержавшая необходимые сведения о направлениях тени в различные моменты дня для различных времен года. Это послужило переходом к так называемым солнечным часам, которые скоро были усовершенствованы для астрономических целей таким образом, что палочка помещалась не отвесно, а параллельно к направлению земной оси.

Когда культура стала распространяться и в более северных странах, где солнце показывается реже и не может служить для целей измерения времени так же, как в древних культурных странах с их благоприятным климатом, то все более и более начала выступать потребность в других приборах для измерения времени, менее зависящих от климатических условий. Таким прибором являются водяные и песочные часы.

Это достигалось всего проще при помощи сосуда, наполненного до известной высоты водою или песком и снабженного отверстием, через которое содержимое постепенно и равномерно вытекало или выливалось. Продолжительность этого равномерно протекающего процесса определялась при помощи измерения или взвешивания выходившего наружу вещества. Число наполнений и опорожнений сосуда, сменявших друг друга, считалось при помощи особого аппарата, а, при дальнейшем усовершенствовании, соответствующие промежутки времени указывались циферблатом.

Ночью такой механический контроль над часами значительно облегчался, благодаря возможности определять промежутки времени между восходом и заходом многих ярких звезд.

Северные области, в виду низкой температуры, не были благоприятны для применения водяных часов, так как вода легко замерзает. Им на смену появились в XII столетии колесные часы, в которых колеса и стрелки циферблата вертелись с помощью свисавшей гири. Но, только с появлением в XVII столетии регулирующего маятника, колесные часы стали более точными.

Исходным пунктом для разделения окружности на 360 частей послужили взаимоотношения между тремя основными формами определения времени. Это были суточные движения небесного свода, величина лунного месяца и годовое движение солнца. Оказывалось замечательное совпадение в том, что число дней лунного года 354⅓ дня было почти на столько же меньше числа 360, на сколько число дней З65¼ в солнечном году больше.

В одном космологическом мифе, переданном Плутархом, рассказывается о том, будто продолжительность солнечного и лунного годов в сущности представляет собою отклонения от первичной закономерной величины, т. е. что первоначально как солнечный, так и лунный годы длились ровно 360 дней.

Древне-египетская хронология подразделяла год на 12 месяцев, по 30 дней каждый с 5 дополнительными, посвященными пяти движущимся звездам, которые вместе с солнцем и луной составляли священное число 7 (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн). Число 360 взято было не только, как средняя величина между истинною продолжительностью солнечного и лунного годов, но также как представлявшее при всяких угловых делениях большие преимущества, делясь без остатка не только на основные числа консонансов — 2, 3, 4, 5, 6, но также и на 17 других. А число 12, выражавшее отношение лунного месяца к идеальному солнечному году, помимо, разумеется, своего гармонического значения, также делилось на числа 2, 3, 4, 6 и потому заслужило расположение древних. Числа 360 и 12, как более удобные, и до сих пор служат основаниями всех форм деления при измерении углов и времени.

Каждая 360-я часть окружности получила название градуса, т. е. ступени (латинское gradus — ступень). Каждый градус делился на 60 частей, или минут (по-латыни — minuta prima — первая уменьшенная единица), и эти опять на 60 частей, или секунд (по-латыни — minuta secunda — вторая уменьшенная единица), а не на 10, 100 и т. д. — в виду важного значения этого числа. Во-первых, ⅟60 часть месяца служила очень удобной мерой времени, составляя почти ровно половину суток, и, во-вторых, в 30 лунных лет можно было вполне точно уместить полное число дней и т. п.

По принципу 60-теричной системы писали сначала число градусов, т. е. полных единиц, потом число первой группы уменьшенных единиц — минуты, и далее число секунд — т. е. вторую группу уменьшенных единиц. В принятой теперь системе кружок (°) обозначает градус, черта (») — минута, а две черточки (»») — секунду.

Сначала сутки делились на день и ночь — по 12 часов; при дальнейшем усовершенствовании методов измерения времени, перестали делить сутки на светлые и темные промежутки, не отказавшись, впрочем, от употребления «часа», составляющего приблизительно ⅟12 величины половины суток, так как эта мера времени прочно вошла в употребление. Этим объясняется то, что мы имеем теперь 24-часовой день с делением циферблата на 12 частей; здесь воплотилось древнее деление суток на два равных особых промежутка — характерный пережиток далекого прошлого.

Деление часа на 60 минут, а минут — на 60 секунд, после вышесказанного, должно быть само собою понятно. Деление же циферблата на 12 частей, кроме исторического и астрономического источника, имеет еще и чисто геометрическое основание. Время определяется не столько цифрами, сколько величинами углов, образуемых стрелками между собой и между вертикальным и горизонтальным направлениями; известно ведь, что на больших расстояниях, не видя вовсе цифр, можно с уверенностью определять время даже до минуты. Это происходит вследствие простого геометрического соотношения, существующего между ⅟12 и ⅟60 частями окружности, и вследствие основного геометрического деления последней на четверти. Если бы циферблат делился, например, на 24 или на 10 частей, то определение времени подобным путем было бы не так удобно.

Движение планет. Уже давно было замечено, что иногда на востоке от солнца иногда на западе от него появлялись Меркурий и Венера, как вечерние или как утренние звезды.

При сколько-нибудь точных измерениях можно было заметить особенно у Венеры, что ее крайнее положение к востоку симметрично с таковым же к западу от солнца. Такие измерения можно было производить просто глазом, когда солнце еще находилось на горизонте.

На этой планете, которая видимым образом описывала круг около солнца и вместе с ним вокруг земли, можно было лучше всего изучить характер движения планет по так называемым эпициклам (добавочным кругам).

Измерения угловых расстояний Венеры от солнца стали скоро важным вспомогательным средством при определении положений солнца на небе. Раньше каждое его положение определялось с помощью луны, так как никакие другие светила не могли быть видимы одновременно с солнцем простым глазом. Измеряли угловое расстояние луны от солнца и, после захода последнего, ее положение среди созвездий; на основании первого измерения можно было бы отметить и положение солнца среди созвездий, не видимых днем. Однако, это могло быть доступно только при умении вычислять изменение в положении луны с момента дневного измерения ее углового расстояния от солнца.

Это определение положения солнца на звездном небе могло быть облегчено, если пользоваться движением Венеры, гораздо более медленным, чем у луны.

Несравненно серьезнее были те затруднения, которые встретила древняя астрономия при выработке теории движения трех, так называемых, «верхних» планет (более удаленных, от солнца, нежели Земля) — Марса, Юпитера и Сатурна.

Дело в том, что эпицикл Венеры является действительной орбитой ее вокруг солнца, в то время как эпицикл Марса и др. планет представляет на самом деле лишь отражение земного движения вокруг солнца, и, далее, в том, что солнце как бы непосредственно обозначает центр движения Венеры, между тем как центры эпициклов «верхних планет» — лишь воображаемые точки.

V. Астрономия в первые века нашей эры

В VII веке образовалось обширное мусульманское государство, обнявшее восточный, южный и западный берег Средиземного моря, Среднюю Азию и Индию. Пользуясь покровительством могучих властелинов, Кордова в Испании и Багдад вскоре стали новыми культурными центрами.

Уже около 880 г. астроном Албатани и около 1000 г. астроном Ибн-Юнис продолжают с большим старанием александрийские исследования о солнце, луне, планетах и о неподвижных звездах, производя систематические исследования.

Десятичная система счисления была впервые с полной последовательностью развита исламитскими математиками, которым мы обязаны еще и усовершенствованием астрономических инструментов. Они же довели до значительного совершенства таблицы тригонометрических величин.

Развитие мореходства и караванного сообщения арабов на западе до Испании, и на востоке, через Индию, до Китая и Зондских островов должны были, конечно, способствовать астрономическому исследованию земли. Само собою понятно, что учение о шарообразности земли стало тогда достоянием науки.

Наибольшее значение имело для Европы развитие исламитской культуры в мавританской Испании. Мавританские и еврейские врачи, начиная с XI века, встречаются при королевских дворах, а позже и при университетах всей Южной Европы, до Германии включительно, оказывая большое влияние на развитие западных стран.

При дворе Альфонса X Кастильского, в значительной степени содействовавшего развитию науки, особенно астрономии, точно так же, как и в Италии и при дворе пап, главными ревнителями науки были сначала врачи из мавров и евреев. В обсерватории короля Альфонса инструменты, посредством которых наблюдали за небесными светилами, были все построены по образцу, называвшемуся Птоломеевым.

В общем, этот период дал астрономии следующее.

Прежде всего, было определено время обращения солнца, луны и отдельных планет. Особенно важны были для определения продолжительности солнечного года многочисленные наблюдения над наступлениями эпох равноденствия, которые дали возможность ответить на вопрос, является ли продолжительность года постоянной или изменчивой.

Точно так же оказалось, что полюс обращения сферы неподвижных звезд (полюс мира) отступил в созвездии Малой Медведицы от ее средины к концу ее хвоста. Следствием этого изменения, а также изменения положения экватора на небе, было отступление положения солнца в момент весеннего равноденствия в направлении, противоположном тому, в котором совершается движение солнца среди звезд, т. е. от востока на запад.

Астрономы того времени пытались объяснить постепенное отступление точек равноденствий не изменением положения полюса в пространстве, а постепенным вращением всего небесного свода вокруг лежащего в созвездии Дракона полюса видимой солнечной орбиты.

В Италии в XIII и XIV веках научное исследование достигает высоты, на которой находилась тогда греко-арабская культура. В средине XV столетия, благодаря завоеванию Константинополя и Греции исламитами, последние ревнители греческой учености направляются в Италию. Из Италии и Франции этот интерес к греко-арабской культуре и астрономии переходит в Германию и в соседние, восточно-славянские страны.

VI. Великие открытия отцов современной астрономии

Знаменитым предшественником Коперника был Иоанн Мюллер, по прозванию Региомонтанус, который, ознакомившись с наследием астрономии и проверив все существовавшие до него теории, применял их для более точных наблюдений. Местом его научных занятий был Нюренберг. Региомонтанус первый стал составлять систематические календарные предсказания о положении небесных светил за несколько лет вперед (дал ряд предсказаний на период времени от 1475 до 1506 гг.).

Многие из этих вычислений сыграли важную роль в конце XV столетия, в эпоху великих путешествий и открытий, послужив руководством для моряков при определении местоположений новых земель. К сожалению, мы не можем здесь подробно остановиться на тех усовершенствованиях, которые Региомонтанус внес в астрономические измерения и наблюдения невооруженным глазом. Укажем только, что он первый обратил внимание, при измерениях, в особенности солнечной и лунной орбит, на преломление, испытываемое лучами по пути к наблюдателю. Далее, он первый стал определять расстояние луны от земли. Метод его измерения состоял в том, что, пользуясь передвижением места наблюдателя в пространстве вследствие вращения земли, он определял основание и углы треугольника с вершиною на мировом теле, расстояние которого и требовалось измерить.

Тело это, вследствие вращения, казалось ежедневно восходящим и заходящим на горизонте вместе с группами неподвижных звезд, среди которых оно находилось (расстояния неподвижных звезд до изобретения зрительной трубы должны были казаться неизмеримо большими, да и теперь еще, за немногими исключениями, остаются для нас неизмеримыми). Если наблюдатель, тотчас же за появлением светила на восточной стороне неба, тщательным измерением определял положение луны среди окружающих ее неподвижных звезд и затем к концу ночи повторял то же самое перед заходом ее на западной стороне свода, то за промежуток времени между этими двумя измерениями наблюдатель успевал описать известную часть своего кругового суточного движения. По этому промежутку времени (в общем равняющемуся половине суток) Региомонтанус вычислял длину этой дуги и стягивающей ее хорды, т. е. прямой, соединявшей оба пункта наблюдателя. Прямая эта и служила основанием вышеупомянутого треугольника, и, по изменению в положениях наблюдаемого светила среди неподвижных звезд между обоими моментами наблюдения, Региомонтанус определял угол при вершине треугольника, т. е. тот угол, на который обе прямые, соединявшие данное небесное тело с концами основания, отклонялись от параллельного направления. При непрерывных систематических наблюдениях подобного рода можно вычислить как те изменения в положениях светила, которые не зависят от вращения земли, так и те, которые обусловливаются этим движением вокруг земли, и, наконец, также и те изменения, которые всецело зависят от передвижения наблюдателя вместе с двигающейся землей.

Конечно, Региомонтанус не знал еще о вращении земли, но математическое решение задачи от этого не страдало. Эту проблему он связывал с александрийской об отношении эксцентрического положения наблюдателя к центру равномерного кругового движения. Если данное светило, рассуждал Региомонтанус, совершало вследствие вращения небесного свода около оси мира, проходящей через центр земли, равномерно круговое движение, то наблюдателю, помещавшемуся эксцентрически по отношению к центру этого движения, на расстоянии радиуса земли, оно должно было казаться неравномерным, подобно тому, как это кажется при движении солнца на земле, занимающей эксцентрическое положение относительно центра этого движения. Как уже упомянуто было выше, в промежуток от осеннего до весеннего равноденствия, когда земля находится ближе к солнцу, движение последнего кажется более быстрым. Так и здесь: видимое суточное движение наблюдаемого светила кажется более быстрым в той части своего пути, где место наблюдателя находится ближе к нему, чем центр его движения. В один и тот же период времени дуга, описываемая телом при движении с востока на запад, кажется здесь больше, чем на противоположной стороне его орбиты.

Значительное облегчение при наблюдении и вычислении этого изменения в движениях более близких к земле небесных тел, доставлялось тем обстоятельством, что видимое суточное движение неподвижных звезд не изменяется, благодаря огромному их расстоянию от эксцентрического положения наблюдателя.

Региомонтанус первый применил учение об эксцентричности также и к движению комет, которые до него не считались даже небесными телами, а огненными парами или своего рода атмосферными блуждающими огнями; греки смешивали с молниями как кометы, так и падающие звезды, и потому не обращали на их движения должного внимания и считали их ближе к земле, чем луну.

Региомонтанус рассеял это заблуждение, измерив своим методом расстояния комет от земли. Понятно, что, благодаря этому, горизонт мировоззрения значительно расширился.

Столетие спустя Тихо Браге подтвердил теории Региомонтануса, которые в конце XVII века послужили основанием для первых вычислений кометных орбит, а в XIX столетии была выяснена замечательная связь между кометами и явлениями космических метеоров.