В пошуках системи світу. Перші астрономи та їх системи.

I. Введення.

Зоряне небо у всі часи займало уяву людей. Чому запалюються зірки? Скільки їх сяє у ночі? Чи далеко вони від нас? Чи є кордону у зоряної Всесвіту? З глибокої давнини людина замислювався над цими та багатьма іншими питаннями, прагнув зрозуміти, і осмислити пристрій того великого світу, в якому ми живемо.

Найбільш ранні уявлення людей про нього збереглися в казках та легендах. Пройшли століття і тисячоліття, перед тим, як виникла і отримала глибоке обгрунтування і розвиток наука про Всесвіт, розкрила нам чудову простоту, дивний порядок світобудови. Недарма ще в стародавній Греції її називали Космосом а це слово спочатку означало "порядок" і "красу".

Системи світу -- це уявлення про розташування в просторі й русі Землі, Сонця, Місяця, планет, зірок і інших небесних тіл.

II. Картина світу.

В староіндійської книзі, яка називається "Рігведа", що означає "Книга гімнів ", можна знайти опис - одне з перших в історії людства -- всього Всесвіту як єдиного цілого. Згідно з "Рігведі", вона влаштована не дуже складно. У ній є, перш за все, Земля. Вона видається безмежною плоскою поверхнею - "великим простором". Ця поверхня покрита зверху небом. А небо - це блакитний, усіяний зірками "звід". Між небом і Землею -- "Світиться повітря".

Від науки це було дуже далеко. Але важливо тут інше. Чудова і грандіозна сама зухвала мета - осягнути думкою весь Всесвіт. Звідси бере витоки впевненість у те, що людський розум здатний осмислити, зрозуміти, розгадати її пристрій, створити в своїй уяві повну картину світу.

III. Рух планет.

Спостерігаючи за річним переміщенням Сонця серед зірок, стародавні люди навчилися завчасно визначати наступ тієї або іншої пори року. Вони розділили смугу неба уздовж екліптики на 12 сузір'їв, у кожному з яких Сонце знаходиться приблизно місяць. Як вже зазначалося, ці сузір'я були названі зодіакальними. Всі вони за винятком одного носять назви тварин.

З передранкових сходом того чи іншого сузір'я стародавні люди пов'язували свої сільськогосподарські роботи, і це відображено в самих назвах сузір'їв. Так, появи на небі сузір'я Водолія вказувало на очікуване повінь, поява Риб - на майбутній хід риби для метання ікри. З ранковим появою сузір'я Діви починалося збирання хліба, яка проводилася переважно жінками. Через місяць на небі з'явилася сусіднє сузір'я Ваги, в цей час якраз відбувалося зважування й підрахунок врожаю.

Ще за 2000 років до н. е.. Старовинні спостерігачі помітили серед зодіакальних сузір'їв п'ять особливих світил, які, постійно змінюючи своє положення на небі, переходять з одного зодіакального сузір'я в інше. Надалі грецькі астрономи назвали ці світила планетами, тобто "блукаючими". Це Меркурій, Венера, Марс, Юпітер і Сатурн, що зберегли в своїх назвах до наших днів імена давньоримських богів. До блукаючих світил були зараховані також Місяць і Сонце.

Ймовірно, минуло багато сторіч перш ніж древнім астрономам вдалося встановити певні закономірності в русі планет і, перш за все, встановити проміжки часу, після закінчення яких положення планети на небі по відношенню до Сонця повторюється. Цей проміжок часу пізніше був названий синодичним періодом обертання планети. Після цього можна було робити наступний крок -- будувати загальну модель світу, в якій для кожної з планет було б відведене певне місце і користуючись якою можна було б заздалегідь передбачити положення планети на кілька місяців або років вперед.

За характером свого руху на небесній сфері по відношенню до Сонця планети (у нашому розумінні) поділяються на дві групи. Меркурій і Венера названі внутрішніми або нижніми, інші - зовнішніми або верхніми.

Угловая швидкість Сонця більше швидкості прямого руху верхньої планети. Тому Сонце поступово обганяє планету. Як і для внутрішніх планет, у момент, коли напрямок на планету і на Сонце співпадає, настає з'єднання планети із Сонцем. Після того як Сонце обжене планету, вона стає видимої перед його сходом сонця, в другій половині ночі. Момент, коли кут між напрямком на Сонце і напрямом на планету складає 180 градусів, називається протистоянням планети. В цей час вона перебуває в середині дуги свого назадній руху. Видалення планети від Сонця на 90 градусів на схід називається східній квадратура, а на 90 градусів на захід - західної квадратурою. Всі згадані тут положення планет щодо Сонця (з точки зору земного спостерігача) називаються конфігураціями.

При розкопках стародавніх міст і храмів Вавілонії виявлені десятки тисяч глиняних табличок з астрономічними текстами. Їх розшифровка показала, що давньо вавілонські астрономи уважно стежили за положенням планет на небі, вони зуміли визначити їх синодичний періоди обертання і використовувати ці дані при своїх розрахунках.

IV. Перші моделі світу.

Незважаючи на високий рівень астрономічних відомостей народів стародавнього Сходу, їх погляди на будову світу обмежувалися безпосередніми зоровими відчуттями. Тому у Вавилоні склалися погляди, згідно яким Земля має вигляд опуклого острова, оточеного океаном. Всередині Землі нібито знаходиться "Царство мертвих". Небо - це твердий купол, який спирається на земну поверхню і відокремлює "нижні води" (океан, оточуючий земний острів) від "верхніх" (дощових) вод. На цьому куполі прикріплені небесні світила, над небом ніби-то живуть боги. Сонце сходить вранці, виходячи зі східних воріт, і заходить через західні ворота, а вночі воно рухається під Землею.

Згідно уявленнями древніх єгиптян, Всесвіт має вигляд великої долини, витягнутої з півночі на південь, в центрі її знаходиться Єгипет. Небо уподібнювалися великій залізній даху, яка підтримується на стовпах, на ній у вигляді світильників підвішені зірки.

У Стародавньому Китаї існувало уявлення, згідно з яким Земля має форму плоского прямокутника, над яким на стовпах підтримується кругле опукле небо. Розлючений дракон нібито зігнув центральний стовп, внаслідок чого Земля нахилилася на схід. Тому всі річки в Китаї течуть на схід. Небо ж нахилилося на захід, тому всі небесні світила рухаються зі сходу на захід.

І лише в грецьких колоніях на західних берегах Малої Азії (Іонія), на півдні Італії та в Сицилії в четвертому столітті до нашої ери почався бурхливий розвиток науки, в Зокрема, філософії, як вчення про природу. Саме тут на зміну простому споглядання явищ природи та їх наївному тлумачення приходять спроби науково пояснити ці явища, розгадати їх справжні причини.

Одним з видатних давньогрецьких мислителів був Геракліт (бл. 530 - 470 рр.. до н. е..). Це йому належать слова: "Світ, єдиний з усього, не створений ніким з богів і ніким з людей, а був, є і буде вічно живим вогнем, що закономірно займистих і закономірно згасаючим ... "Тоді ж Піфагор Самоський (бл. 580 - 500 рр.. до н. е..) висловив думку про те, що Земля, як і інші небесні тіла, має форму кулі. Всесвіт представлялася Піфагору у вигляді концентричних, вкладених один в одного прозорих кришталевих сфер, до яких нібито прикріплені планети. У центрі світу в цій моделі містилася Земля, навколо неї оберталися сфери Місяця, Меркурія, Венери, Сонця, Марса, Юпітера і Сатурна. Далі за всіх знаходилася сфера нерухомих зірок.

Першу теорію будови світу, що пояснює пряме і назадній рух планет, створив грецький філософ Евдокс Кнідський (бл. 408 - 355 рр.. до н. е..). Він запропонував, що у кожної планети є не один, а кілька сфер, скріплених між собою. Одна з них робить один оборот в добу навколо осі небесної сфери по напрямку зі сходу на захід. Час звернення інший (у зворотний бік) передбачалося рівним періоду обертання планети. Тим самим пояснювався рух планети уздовж екліптики. При цьому передбачалося, що ось друга сфери нахилена до осі першого під певним кутом. Комбінація з цими сферами ще двох дозволяла пояснити назадній рух по відношенню до екліптики. Всі особливості руху Сонця і Місяця пояснювалося за допомогою трьох сфер. Зірки Евдокс розмістив на одній сфері, що вміщає в себе всі інші. Таким чином, всі видимий рух небесних світил Евдокс звів до обертання 27 сфер.

Доречно нагадати, що подання про рівномірний, круговому, абсолютно правильному руху небесних тіл висловив філософ Платон. Він же висловив припущення, що Земля знаходиться в центрі світу, що навколо неї звертається Місяць, Сонце, далі ранкова зірка Венера, зірка Гермеса, зірки Ареса, Зевса і Кроноса. У Платона вперше зустрічаються назви планет на ім'я богів, повністю збігаються з вавілонськими. Платон вперше сформулював математикам завдання: знайти, за допомогою яких рівномірних і правильних кругових рухів можна "врятувати явища, що представляються планетами ". Іншими словами, Платон ставив завдання побудувати геометричну модель світу, в центрі якої, безумовно, повинна була знаходитися Земля.

удосконаленням системи світу Евдокса зайнявся учень Платона Арістотель (384 - 322 рр.. до н. е..). Тому що погляди цього видатного філософа - енциклопедиста безроздільно панували у фізиці й астрономії протягом майже двох тисяч років, то зупинюся на них детальніше.

Арістотель, услід за філософом Емпедокла (бл. 490 - 430 рр.. до н. е..), припустив існування чотирьох "стихій": землі, води, повітря і вогню, з змішання яких нібито відбулися всі тіла, що зустрічаються на Землі. За Арістотелем, стихії вода і земля природним чином прагнуть рухатися до центру світу ( "Вниз"), тоді як вогонь і повітря рухаються "вгору" до периферії і то тим швидше, чим ближче вони до свого "природного" місця. Тому в центрі світу знаходиться Земля, над нею розташовані вода, повітря і вогонь. За Арістотелем, Всесвіт обмежена в просторі, хоча її рух вічний, не має ні кінця ні початку. Це можливо як раз потоиу, що, крім згаданих чотирьох елементів, існує ще й п'ятий, незнищувану матерія, яку Арістотель назвав ефіром. З ефіру начебто і перебувають всі небесні тіла, для яких вічне круговий рух - це природний стан. "Зона ефіру" починається близько Місяця і тягнеться вгору, тоді як нижче Місяця знаходиться світ чотирьох елементів.

Ось як описує своє розуміння світу сам Аристотель:

"Сонце і планети обертаються навколо Землі, яка перебуває нерухомо в центрі світу. Наш вогонь, щодо кольору свого, не має ніякої схожості зі світлом сонячним, сліпучої білизни. Сонце не складається з вогню; воно є величезна скупчення ефіру; теплота Сонця заподіюється дією його на ефір під час обертання навколо Землі. Комети суть скороминущі явища, які швидко народжуються в атмосфері і настільки ж швидко зникають. Чумацький Шлях є не що інше, як випаровування, якім швидким обертанням зірок біля Землі ... Рухи небесних тіл, взагалі кажучи, відбуваються набагато правильніше, ніж руху помічаються на Землі, бо, так як тіла небесні досконаліше будь-яких інших тіл, то їм личить саме правильний рух, і разом з тим саме просте, а такий рух може бути тільки круговим, тому що в цьому випадку рух буває разом з тим і рівномірним. Небесні світила рухаються вільно подібно богам, до яких вони ближче, ніж до жителів Землі, тому світила при русі своїй не потребують відпочинку і причину свого руху укладають в самих себе. Вищі області неба, більш досконалі, що містять у собі нерухомі зірки, мають тому найбільш зроблений рух - завжди вправо. Що ж стосується частині неба, найближчої до Землі, а тому і менше досконалою, то ця частина слугує місцеперебуванням набагато менш досконалих світил, які планети. Ці останні рухаються не тільки вправо, але і вліво, і притому по орбітах, нахиленим до орбітах нерухомих зірок. Усі важкі тіла прагнуть до центру Землі, а так як будь-яке тіло прагне до центру Всесвіту, то тому і Земля повинна перебувати нерухомо в цьому центрі ".

При побудові своєї системи світу Аристотель використовував уявлення про Евдокса концентричних сферах, на яких розташовані планети і які обертаються навколо Землі. За Арістотелем, першопричиною цього руху є "першим двигун "- особлива сфера обертається, розташована за сферою" нерухомих зірок ", яка і приводить в рух все інше. З цієї моделі лише одна сфера в кожній з планет обертається зі сходу на захід, інші три - в протилежному напрямку. Аристотель вважав, що дія цих трьох сфер має компенсуватися додатковими трьома внутрішніми сферами, належать тій же планеті. Саме в цьому разі на кожну наступну (по напрямку до Землі) планету діє лише добове обертання. Таким чином, у системі світу Аристотеля рух небесних тіл описувалося за допомогою 55 твердих кришталевих сферичних оболонок.

Пізніше в цій системі світу було виділено вісім концентричних шарів (небес), які передавали свій рух один одному (рис. 1). У кожному такому шарі налічувалося сім сфер, які рухають цю планету.

За часів Аристотеля висловлювалися й інші погляди на будову світу, зокрема, що не Сонце обертається навколо Землі, а Земля разом з іншими планетами звертається навколо Сонця. Проти цього Аристотель висунув серйозний аргумент: якби Земля рухалася в просторі, то це рух призводило б до регулярного Мабуть переміщенню зірок на небі. Як ми знаємо, цей ефект (річне параллактичний зміщення зірок) був відкритий лише в середині 19 століття, через 2150 років після Аристотеля ...

На схилі своїх років Аристотель був звинувачений в безбожництві і втік з Афін. Насправді у своєму розумінні світу він вагався між матеріалізмом та ідеалізм. Його ідеалістичні погляди і, зокрема, уявлення про Землю як центр світобудови було пристосоване для захисту релігії. Ось чому в середині другого тисячоліття нашої ери боротьба проти поглядів Арістотеля стала необхідною умовою розвитку науки ...

V. Перша геліоцентрична система.

Сучасникам Арістотеля вже було відомо, що планета Марс у протистоянні, а також Венера під час назадній руху значно яскравіше, ніж в інші моменти. За теорією сфер вони повинні були б залишатися завжди на однаковій відстані від Землі. Саме тому тоді виникали й інші уявлення про будову світу.

Так, Геракліт Понтійський (388 - 315 рр.. До н. Е..) Припускав, що Земля рухається "... Обертально, коло своєї осі, на зразок колеса, із заходу на схід навколо власного центру ". Він висловив також думку, що орбіти Венери і Меркурія є колами, в центрі яких знаходиться Сонце. Разом із Сонцем ці планети ніби й обертаються навколо Землі.

Ще більше сміливих поглядів дотримувався Аристарх Самоський (бл. 310 - 230 рр.. до н. е..). Видатний давньогрецький вчений Архімед (бл. 287 - 212 рр.. До н.е.) у своєму творі "Псамміт" ( "Обчислення піщинок"), звертаючись до Гелон Сіракузького, писав про погляди Аристарха так:

"Ти знаєш, що за поданням деяких астрономів світ має форму кулі, центр якого збігається з центром Землі, а радіус дорівнює довжині прямої, що сполучає центри Землі і Сонця. Але Аристарх Самоський у своїх "Пропозиціях", написаних ним проти астрономів, відкидаючи це подання, приходить до висновку, що світ набагато більших розмірів, ніж щойно вказано. Він вважає, що нерухомі зірки і Сонце не міняють свого місця в просторі, що Земля рухається по кола навколо Сонця, що знаходиться у його центрі, і що центр сфери нерухомих зірок співпадає з центром Сонця, а розмір цієї сфери такий, що окружність, що описується за його припущенням, Землею, знаходиться на відстані нерухомих зірок у такому ж відношенні, в якому центр кулі знаходиться до його поверхні ".

VI. Cистема Птолемея.

Становлення астраноміі як точної науки почалося завдяки роботам видатного грецького вченого Гіппарха. Він першим почав систематичні астрономічні спостереження і їх всебічний математичний аналіз, заклав основи сферичної астраноміі і Трігонометріі, розробив теорію руху Сонця і Місяця і на її основі - методи передвичесленням затемнень.

Гіппарх виявив, що видимий рух Сонця і Місяця на небі є нерівномірним. Тому він став на точку зору, що ці світила рухаються рівномірно по круговим орбітах, однак центр кола зміщений щодо центру Землі. Такі орбіти були названі эксцентрами. Гіппарх склав таблиці, за якими можна було визначити положення Сонця і місяця на небі на будь-який день року. Що ж стосується планет, то, як зауважив Птолемея, він "не зробив інших спроб пояснення руху планет, а задовольнявся впорядкуванням зроблених до нього спостережень, приєднавши до них ще набагато більшу кількість своїх власних. Він обмежився вказівкою своїм сучасникам на незадовільність всіх гіпотез, за допомогою яких деякі астрономи думали пояснити рух небесних світил ".

Завдяки робіт Гіппарха астрономи відмовилися від уявних кришталевих сфер, припущеннях Евдокса, і перейшли до більш складних побудов за допомогою епіциклом і деферента, запропонованих ще до Гіппарха Аполлоном Перги. Класичну форму теорії епіцікліческіх рухів надав Клавдій Птолемей.

Головне твір Птолемея "Математичний синтаксис в 13 книгах" або, як його назвали пізніше араби, "Альмагест" ( "Найбільша") став відомим в середньовічній Європі лише у XII ст. У 1515 р. він був надрукований на латинською мовою в перекладі з арабської, а у 1528 р. в перекладі з грецької. Тричі "Альмагест" видавався на грецькій мові, в 1912 р. він виданий німецькою мовою.

"Альмагест" -- це справжня енциклопедія античної астрономії. У цій книзі Птолемей зробив те, що не вдавалося зробити жодному з його попередників. Він розробив метод, користуючись яким можна було розрахувати положення тієї чи іншої планети на будь-який наперед заданий момент часу. Це йому далося нелегко, і в одному місці він зауважив:

"Легше, здається, рухати самі планети, ніж осягнути їх складний рух ..."

"Встановивши" Землю в центрі світу, Птолемей представив видиме складне і нерівномірне рух кожної планети як суму декількох простих рівномірних кругових рухів.

Згідно Птолемею кожна планета рухається рівномірно по малому колу - епіциклом. Центр епіциклом у свою чергу рівномірно ковзає по колу великого кола, названого деферентом. Для кращого збігу теорії з даними спостережень довелося припустити, що центр деферента зміщений по відношенню до центру Землі. Але цього було недостатньо. Птолемей був змушений припустити, що рух центру епіциклом по деферента є рівномірним (тобто його кутова швидкість руху постійна), якщо розглядати цей рух не з центру деферента О і не з центру Землі Т, а з деякою "вирівнює точки" Е, названої пізніше еквантом.

Комбінуючи спостереження з розрахунками, Птолемей методом послідовних наближень отримав, що відносини - радіусів епіциклом до радіусів деферента для Меркурія, Венери, Марса, Юпітера і Сатурна рівні відповідно 0.376, 0.720, 0.658, 0.192 і 0.103. Цікаво, що для передвичесленням положення планети на небі не було необхідності знати відстані до планети, а лише згадане відношення радіусів епіциклом і деферента.

При побудові своєї геометричної моделі світу Птолемей враховував той факт, що в процесі свого руху планети трохи відхиляються від екліптики. Тому для Марса, Юпітера і Сатурна він "нахилив" площині деферента до екліптики й площини епіциклом до площин деферента. Для Меркурія і Венери він увів коливання вгору і вниз за допомогою невеликих вертикальних кіл. У цілому для пояснення всі помічені в той час особливостей у русі планет Птолемей увів 40 епіциклом. Система світу Птолемея, у центрі якої знаходиться Земля, називається геоцентричної.

Крім відносини радіусів епіциклом і деферента для зіставлення теорії зі спостереженнями необхідно було задати періоди звернення з цих кіл. За Птолемею, повний оборот по колу епіциклом всі верхні планети здійснюють за той же проміжок часу, що й Сонце по екліптики, тобто за рік. Тому радіуси епіциклом цих планет, спрямовані до планет, завжди паралельні напрямку з Землі на Сонце. У нижніх планет - Меркурія і Венери - період обертання по епіциклом дорівнює проміжку часу, а протягом якого планета повертається до вихідної точки на небі. Для періодів звернень центру епіциклом по колу деферента картина зворотна. У Меркурія і Венери вони рівні році. Тому центри їх епіциклом завжди лежать на прямій, що сполучає сонце і Землю. Для зовнішніх планет вони визначаються часом, на протязі якого планета, описавши повну окружність на небі, повертається до тих самих зірок.

Слідом за Аристотелем Птолемей спробував спростувати уявлення про можливий рух Землі. Він писав:

"Існують люди, які стверджують, ніби-то ніщо не заважає припустити, що небо нерухомо, а земля обертається навколо своєї осі з заходу на схід, і що вона робить такий оборот кожну добу. Правда, говорячи про світила, ніщо не заважає для більшої простоти допустити це, якщо брати до уваги тільки видимі руху. Але ці люди не усвідомлюють, до якої міри смішно така думка, якщо придивитися до всього, що відбувається навколо нас і в повітрі. Якщо ми погодимося з ними, - чого насправді немає, - що самі легкі тіла зовсім не рухаються або рухаються так само, як і тіла важкі, тим часом як, очевидно, повітряні тіла рухаються з більшою швидкістю, ніж тіла земні, якщо б ми погодилися з ними, що предмети самі щільні і найважчі мають власну рух, швидке і постійне, тоді як насправді вони ледве рухаються від повідомлюваних їм поштовхів, - все - таки ці люди повинні були б визнати, що Земля внаслідок свого обертання мала б рух значно швидше за всіх тих, які відбуваються навколо неї, бо вона чинила би таку велику, окружність в такий малий проміжок часу. Таким чином, тіла, які підтримували б Землю, здавалися б завжди рухаються з протилежного з нею напрямку, і ніяке хмара, ніщо летюче або кинуте ніколи не здавалося б прямують на схід, бо Земля випередила б всякий рух в цьому напрямі ".

З сучасної точки зору можна сказати, що Птолемей занадто переоцінив роль відцентрової сили. Він також дотримувався помилкового твердження Арістотеля, що в полі ваги тіла падають зі швидкостями, пропорційними їх масам ...

В цілому ж, як зауважив А. Паннекук, "Математичне твір" Птолемея "було карнавальним ходою геометрії, святом найглибшої створення людського розуму в поданні Всесвіту .. праця Птолемея постає перед нами як великий пам'ятник науки античної старовини ...".

Після високого розквіту античної культури на європейському континенті наступив період застою і регресу. Цей похмурий проміжок часу тривалістю більше тисячі років був названий середньовіччям. Йому передувало перетворення християнства в панівну релігію, при якій не було місця для високорозвиненої науки античної старовини. У цей час відбулося повернення до найбільш примітивним уявленням про плоскої Землі.

І лише починаючи з XI ст. під впливом зростання торговельних зносин, із зусиллям в містах нового класу - Буржуазії. Духовне життя в Європі почала прокидатися. У середині XIII ст. філософія Аристотеля була пристосована до християнської теології, скасовано рішення церковних соборів, що забороняли натурфілософські ідеї великого давньогрецького філософа. Погляди Аристотеля на устрій світу незабаром стали невід'ємними елементами християнської віри. Тепер вже не можна було сумніватися в тому, що Земля має форму кулі, встановленого в центрі світу, і що навколо нього звертаються всі небесні світила. Система Птолемея стала ніби доповненням від Аристотеля, що допомагає проводити конкретні розрахунки положень планет.

Основні параметри своєї моделі світу Птолемей визначив найвищою мірою майстерно і з високою точністю. З часом, однак, астрономи почали переконуватися в тому, що між справжнім станом планети на небі і розрахунковим існують розбіжності. Так, на початку 12 століття планета Марс опинилася на два градуси осторонь від того місця, де їй належало бути за таблицями Птолемея.

Щоб пояснити всі особливості руху планет на небі, доводилося вводити для кожної з них до десяти і більше епіциклом з дедалі зменшуються радіусами так, щоб центр меншого епіциклом звертався по колу більшого. До 16 століття рух Сонця, Місяця і п'яти планет пояснювалося за допомогою більш ніж 80 кіл! І все ж спостереження, розділені великими проміжками часу, було важко "підігнати" під цю схему. Доводилося вводити нові епіциклом, дещо змінювати їх радіуси, зміщати центри деферента по відношенню до центру Землі. У кінцевому підсумку геоцентрична система Птолемея, перевантажена епіциклом і еквантамі, звалилася від власної ваги ...

VII. Світ Коперника.

Книга Коперника, що вийшла в рік його смерті, в 1543 році, носила скромну назву: "Про обертання небесних сфер ". Але це було повне повалення Аристотеля погляду на світ. Складна махина порожніх прозорих кришталевих сфер відійшла в минуле. З цього часу почалася нова епоха в нашому розумінні Всесвіту. Триває вона і по нині.

Завдяки Коперника ми дізналися, що Сонце займає належне йому положення в центрі планетної системи. Земля ж ніякої не центр світу, а одна з рядових планет, обертаються навколо Сонця. Так усе стало на свої місця. Будова Сонячної системи було нарешті розгадано.

Подальші відкриття астрономів поповнили сім'ю великих планет. Їх дев'ять: Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун і Плутон. У такому порядку вони займають свої орбіти навколо Сонця. Відкрито безліч малих тіл Сонячної системи - астероїдів і комет. Але це не змінило нової коперниковой картини світу. Навпаки, всі ці відкриття тільки підтверджують і уточнюють її. Тепер ми

розуміємо, що живемо на невеликій планеті, схожою на кулю. Земля обертається навколо Сонця по орбіті, не дуже відрізняється від кола. Радіус цієї кола близький до 150 мільйонів кілометрів.

Відстань від Сонця до Сатурна - найдальшої з відомих у часи Коперника планет -- приблизно в десять разів більше радіуса земної орбіти. Це відстань абсолютно правильно визначив ще Коперник. Розміри Сонячної системи -- відстань від Сонця до орбіти дев'ятої планети, Плутона, ще майже в чотири рази більше і складає приблизно 6 млрд км.

Така картина Всесвіту в нашому безпосередньому оточенні. Це і є світ по Коперніку.

Але Сонячна система ще не весь Всесвіт. Можна сказати, що це тільки наш маленький маленький світ. А як же далекі зірки? Про них Коперник не ризикував висловлювати ніякого певної думки. Він просто залишив їх на колишньому місці, не далекої сфері, де були вони в Аристотеля, і лише говорив, і абсолютно правильно, що відстань до зірок у безліч разів більше розмірів планетних орбіт. Як і античні вчені, він уявляв Всесвіт замкненим простором, обмеженим цією сферою.

VIII. Сонце і Зірки.

У ясну безмісячну ніч, коли ніщо не заважає спостереження, людина з гострим зором побачить на небосхилі не більше двох - трьох тисяч мерехтливих крапочок. У списку, складеному у 2 столітті до нашої ери знаменитому давньогрецьким астрономом Гіппарх і доповненому пізніше Птолемеєм, значиться 1022 зірки. Гевелій ж, останній астроном, який виробляв такі підрахунки без допомогою телескопа, довів їх число до 1533.

Але вже в давнину підозрювали про існування великої кількості зірок, невидимих оком. Демокрит, великий вчений стародавності, говорив, що білястий смуга, простягнулася через все небо, яку ми називаємо Чумацьким Шляхом, є в дійсності підключення світла безлічі невидимих окремо зірок. Суперечки про будову Молочного Шляху тривали століттями. Рішення - на користь здогади Демокріта - прийшло у 1610 році, коли Галілей повідомив про перші відкриття, зроблених на небі за допомогою телескопа. Він писав з зрозумілих хвилюванням і гордістю, що тепер вдалося "зробити доступними віч-зірки, які раніше ніколи не були видимими і чисельність яких щонайменше в десять разів більше числа зірок, відомих з давніх-давен ".

Але і це велике відкриття все ще залишала світ зірок загадковим. Невже всі вони, видимі і невидимі, дійсно зосереджені в тонкому сферичному шарі навколо Сонця?

Ще до відкриття Галілея була висловлена абсолютно несподівана, на ті часи чудово смілива думка. Вона належить Джордано Бруно, трагічна доля якого всім відома. Бруно висунув ідею про те, що наше Сонце - це одна з зірок Всесвіту. Всього лише один з безлічі, а не центр всього Всесвіту. Але тоді і будь-яка інша зірка теж цілком може володіти своєю власною планетної системою.

Якщо Коперник вказав місце Землі аж ніяк не в центрі світу, то Бруно і Сонце позбавив цієї привілеї.

Ідея Бруно породила чимало вражаючих наслідків. З неї випливала оцінка відстаней до зірок. Дійсно, Сонце - це зірка, як і інші, але лише сама близька до нас. Тому - то воно таке велике і яскраве. А на яку відстань потрібно відсунути світило, щоб і воно виглядало так, як, наприклад, Сіріус? Відповідь на це питання дав голландський астроном Гюйгенс (+1629 - 1695). Він порівняв блиск цих двох небесних тіл, і ось що виявилося: Сіріус знаходиться від нас в сотні разів далі, ніж Сонце.

Щоб краще уявити, яким великим відстань до зірки, скажемо, що промінь світла, пролітає за одну секунду 300 тисяч кілометрів, витрачає на подорож від Сіріуса до нас кілька років. Астрономи кажуть у цьому випадку про відстані в кілька світлових років. За сучасними уточненими даними, відстань до Сіріуса - 8,7 світлових років. А відстань від нас до сонця всього 8 світлових хвилин.

Звичайно, різні зірки відрізняються один від одного (це і враховано в сучасній оцінці відстань до Сіріуса). Тому визначення відстаней до них і зараз часто залишається дуже важкою, а іноді й просто нерозв'язною завданням для астрономів, хоча з часу Гюйгенса придумано для цього чимало нових способів.

Чудова ідея Бруно і заснований на ній розрахунок Гюйгенса стали рішучим кроком до оволодіння таємними Всесвіту. Завдяки цьому межі наших знань про світ сильно розсунулися, вони вийшли за межі Сонячної системи і досягли зірок.

IX. Галактика.

З XVII століття найважливішою метою астрономів стало вивчення Чумацького Шляху - цього гігантського зборів зірок, що Галілей побачив у свій телескоп. Зусилля багатьох поколінь астрономів - спостерігачів були націлені на те, щоб довідатися, яке повне число зірок Чумацького Шляху, визначити його дійсну форму і границі, оцінити розміри. Лише в XIX столітті вдалося зрозуміти, що це єдина система, що містить у собі усі видимі зірки. На рівних правах з усіма входить до цієї систему і наше Сонце, а з ним Земля і планети. Причому розташовуються вони далеко не в її центрі, а на її околиці.

Знадобилися ще багато десятиліть ретельних спостережень і глибоких роздумів, перш ніж перед астрономами розкрився у всій повноті будівля Галактики. Так стали називати зоряну систему, що ми бачимо, - звичайно, зсередини - як смугу Чумацького Шляху. (Слово "галактика" утворено від новогрецької "галактікос", що значить "молочний ".)

Виявилося, що Галактика має досить правильну будівлю і форму, не дивлячись на видиму клочковатость Чумацького Шляху, на безладність, з якою, як нам здається, розсіяні зірки по небу. Вона складається з диска, гало і корони. Як видно з схематичного малюнка, диск являє собою як би два складені краями тарілки. Він утворений зірками, що усередині цього обсягу рухаються по майже кругових орбітах навколо центру Галактики.

Діаметр диска виміряно - він складає приблизно 100 тисяч світлових років. Це означає, що світла буде потрібно сто тисяч років, щоб перетнути диск від краю до краю по діаметру. Ось скільки величезна Галактика! А число зірок у диску - приблизно сто мільярдів.

У гало міститься порівнянне з цим число зірок. (Слово "гало" означає "круглий".) Вони заповнюють злегка сплюснений сферичний обсяг і рухаються не по круговим, а по сильно витягнутих орбітах. Плос?? ості цих орбіт проходять через центр Галактики. По різних напрямках вони розподілені довше-менш рівномірно.

Так влаштована наша Галактика:

1 - сферична складова; 2 - диск; 3 - ядро; 4 - шар газопилових хмар; 5 - корона

Диск і навколишній його гало занурені в корону. Якщо радіуси диска і гало порівнянні між собою по величині, то радіус корони в п'ять, а може бути, і в десять разів більше. Чому "може бути"? Та тому, що вона невидима - з неї не виходить ніякого світла. Як же довідалися тоді про неї астрономи?

Усі тіла в природі створюють тяжіння і випробують його дію. Про це говорить Закон всесвітнього тяжіння відкритий Ньютоном. От і про корону дізналися не по світу, а по створюваного нею тяжіння. Воно діє на видимі зорі, на що випромінюють світло хмари газу. Спостерігаючи за рухом цих тіл, астрономи і помітили: на них крім диска і гало діє щось ще.

Детальне вивчення цього "щось" і дозволило врешті-решт виявити корону, яка створює додаткове тяжіння. Вона виявилася дуже масивної - у кілька разів більша за масу всіх зірок, що входять до диску і гало.

Такі відомості, отримані радянським астрономом Я. Ейнасто і його співробітниками в Тартуський обсерваторії.

Звичайно, вивчати невидиму корону дуже важко. Через це і не дуже точні поки оцінки її розмірів і маси. Але її головна загадка в іншому: ми не знаємо, з чого вона складається. Ми не знаємо, чи є в неї зірки, нехай навіть і якісь незвичайні, зовсім не випромінюють світло.

Зараз багато припускають, що її маса складається зовсім не з зірок, а з найдрібніших елементарних часток - нейтрино. Ці частинки відомі фізикам вже давно, але й самі по собі вони теж в значній мірі залишаються загадковими. Невідомо про них, можна сказати, найголовніше: чи є у них маса спокою, тобто така маса, якою частинка володіє в стані, коли вона не рухається, а стоїть на місці. Більшість елементарних частинок таку масу мають.

Це, наприклад, електрон, протон, нейтрон, з яких складаються всі атоми. А ось у фотона, кванта світла, її немає. Фотони існують лише в русі. Нейтрино могли б служити матеріалом для корони, але лише в тому випадку, якщо у них є маса спокою.

Легко уявити собі, з яким нетерпінням чекають астрономи вістей з фізичних лабораторій, де ставляться зараз спеціальні експерименти, щоб з'ясувати, чи є Чи є у нейтрино маса спокою чи ні. Можливо, саме фізики і вирішать загадку невидимої корони.

X. Зоряні світи.

До початку нашого століття межі розвіданої Всесвіту розсунулися настільки, що включили в себе Галактику. Багато хто, якщо не всі, думали тоді, що ця величезна зоряна система і є весь Всесвіт в цілому.

Але ось в 20-е роки були побудовані нові великі телескопи, і перед астрономами відкрилися абсолютно несподівані горизонти. Виявилося, що за межами Галактики світ не кінчається. Мільярди зоряних систем, галактик, схожих на нашу і відрізняються від неї, розсіяні тут і там по просторах Всесвіту.

Фотографії