Помоги проекту - поделись книгой:
До появления телескопа, изобретенного в Голландии в 1608 году, для определения положения светил использовали другие инструменты. Большая часть этих устройств использовалась для навигации, так как по положению звезд можно вычислить точное расположение судна. Копернику были доступны лишь устаревшие с современной точки зрения инструменты. В своих наблюдениях он вынужден был использовать устройства, не слишком отличавшиеся от тех, что были под рукой у древнегреческих астрономов, в частности у Птолемея. Коперник научился работать с ними в Краковской академии, воспользовавшись, без сомнения, подарком Мартина Былицы.
Самыми распространенными инструментами астрономов во времена Коперника были квадрант, секстант, трикветрум, астролябия и армиллярная сфера (сохранилось множество их экземпляров). Изобретение телескопа и других измерительных инструментов постепенно сделало эти приборы музейными экспонатами.
Большая часть таких устройств придумана древнегреческими астрономами, хотя возможно, что они переняли их у предшествующих культур. Известно, например, что солнечные часы гораздо раньше греков использовали египтяне и вавилоняне, однако невозможно определить, было ли это до V века до н. э.
Квадрант позволяет измерять углы по отношению к вертикали. С помощью шкалы, которая соответствует четверти окружности, связанного с ней отвеса и окуляра, который направляется на наблюдаемое светило, можно определить его положение в конкретное время в конкретном месте. Последовательные измерения в течение года позволяют определить движение объекта по небу. На странице 46 проиллюстрированы такие измерения. Простые тригонометрические построения показывают, что угол между прямой наблюдения (глаз — светило) и линией горизонта равен углу, образуемому отвесом и другим прямым углом квадранта. Таким образом, сфокусировавшись на светиле, мы можем получить его высоту, считывая положение отвеса по отношению к градуированной дуге квадранта. Астрономический секстант, в отличие от навигационного секстанта, более современного и сложного инструмента, является вариантом квадранта, но с дугой менее 90°.
Он широко использовался в Средние века, и даже Тихо Браге (1546-1601) во второй половине XVI века с его помощью проводил некоторые измерения. Известны стенные секстанты, сконструированные некоторыми восточными астрономами, в частности до наших дней в Самарканде сохранился 40-метровый секстант Улугбека (1394-1449). Сложность постройки таких инструментов вознаграждалась высокой точностью получаемых результатов.
Эти гигантские инструменты должны были конструироваться таким образом, чтобы их дуга совпадала с меридианом местности, в которой проводились наблюдения. Из-за размеров секстанты обычно располагались под землей и имели отверстие, через которое солнечные лучи попадали внутрь. Секстант, изображенный справа вверху на странице 45, использует двойную шкалу с градусами и минутами.
Ежедневно наблюдая положение Солнца по лучам света, падающего на секстант, с помощью измерений основных параметров можно определить годовые циклы. Используя такой прибор, султан и астроном Улугбек с высокой точностью измерил длительность года. Более точных результатов достиг лишь Коперник 100 лет спустя.
Более сложным инструментом является астролябия, позволяющая производить более полные измерения для конкретной широты. В основе прибора — стереографическая проекция небесного свода. Сам прибор состоит из трех частей, вкладывающихся друг в друга (см. следующую страницу), — внешней градуированной окружности, тарелки или рамки, и двух дисков, вставляющихся один в другой. Внутренний диск, называемый пауком, содержит вращающуюся стрелку, закрепленную в центре, которую называют алидада. Оставшийся диск фиксируется между пауком и тарелкой, он зависит от широты места, на котором производится наблюдение. Этот диск называется пластинкой, или тимпаном. Этот инструмент был усовершенствован арабами, но известно, что его использовали и древнегреческие астрономы, хотя они и не знали имени изобретателя.
Рисунок объясняет устройство инструмента. Элемент, называемый тимпаном, соответствует проекции неба на плоскость, то есть двумерной карте неба, наблюдаемого в конкретной местности. При наблюдении в других местностях следует использовать соответствующий тимпан. На этом диске выгравированы координаты небесной сферы, соответствующие конкретной широте, в том числе зенит, горизонт, линии высоты, азимута, небесного экватора, эклиптики и тропиков Рака и Козерога. Астролябию подвешивают вертикально за отверстие в верхней части. Край тарелки проградуирован в градусах и часто также в минутах. В свою очередь, паук может вращаться и представляет собой прозрачную планисферу с позициями Солнца, Луны и самых ярких звезд. Над пауком указатель алидады поворачивается в направлении искомого светила. Например, при направлении на Солнце алидада будет показывать местное время.
Армиллярная сфера, в отличие от описанных инструментов, является трехмерной картой неба, включающей известные движения различных светил. Ее изобретение приписывается Эратосфену, хотя точных доказательств этому нет. По сути, астролябия является двумерной реализацией принципа армил- лярной сферы. В Китае армиллярные сферы конструировали в I веке до н. э., некоторые из них могли вращаться с помощью хитроумных гидравлических механизмов.
Тарелка градуирована и содержит внутри два диска, вставленные один в другой,— тимпан и паук; к центру паука крепится алидада.
Армиллярная сфера, в сущности, является моделью небесных тел с набором окружностей, изображающих небесную широту и долготу, в центре которых находится Земля, и другими важными астрономическими деталями, такими как эклиптика.
Не следует путать армиллярную сферу и небесный глобус. Небесный глобус — не что иное, как представление небосвода, изображающее видимые позиции звезд на небе; на нем нет Солнца, Луны и планет, так как их позиция изменяется слишком быстро.
Армиллярная сфера, напротив (иллюстрация вверху справа на следующей странице), состоит из совокупности колец, изображающих основные воображаемые окружности, использующиеся для описания неба. На первом рисунке армил- лярной сферы с предыдущей страницы изображены: небесный экватор (А), эклиптика (В), оба тропика — Рака (С) и Козерога (D), оба полярных круга (соответственно, Е и F), колюр равноденствий (G) и колюр солнцестояний (Н).
Внутри этих окружностей находится маленький земной шар, полюса которого ориентированы соответственно небесным полюсам и образуют ось (иллюстрация внизу предыдущей страницы). Земля может вращаться вокруг этой оси таким образом, что конкретный меридиан сможет совпасть с любым небесным меридианом. Вращение внутренней сферы может имитировать вращение нашей планеты или же через вращение наружной сферы можно имитировать движение неба с точки зрения земного наблюдателя. Передвигая меридианы и элементы, можно измерять положение светил.
И наконец, трикветрум, или линейка Птолемея, — древний астрономический инструмент, использовавшийся для измерения зенитных расстояний и высоты небесных тел. Птолемей впервые описал его в своем «Альмагесте», назвав параллактическим инструментом. Существуют доказательства того, что он использовался для измерения параллакса Луны, о чем мы более подробно поговорим далее.
Этот инструмент может выполнять функцию, аналогичную астролябии, но дает более точные результаты, так как его конструкция весьма проста. Он состоит из вертикального плеча с градуированной линейкой, двух вращающихся плеч, соединенных шарнирами, и верхнего плеча с отвесом. Два плеча соединены таким образом, что могут скользить. Когда наблюдатель совмещает небесный объект с отвесом верхнего плеча, нижнее плечо изменяет угол наклона. Показание, считываемое на линейке, в комбинации с высотой дает зенитное расстояние. Этот инструмент был очень популярен до распространения телескопа Гюйгенса.
Кроме того факта, что Коперник научился пользоваться этими инструментами в Кракове, есть свидетельства, что он пользовался ими в течение всей жизни. Например, ученый использовал армиллярную сферу, секстант и трикветрум, которые явно упомянуты в его фундаментальном труде «О вращении небесных сфер». Поэтому мы можем быть почти уверены, что у него была также астролябия и, возможно, переносной квадрант.
Пока братья Коперники учились в Краковской академии, дядя Лукаш в 1489 году получил пост епископа Вармии. В 1495 году, узнав о смерти Яна Занау, каноника Фромборка, он запросил этот пост для Николая и посоветовал племяннику отправиться сюда, чтобы оказать давление на капитул, хотя Николай еще не получил степень магистра (в то время это было нормальным). Эта стратегия, однако, не увенчалась успехом. Капитул опасался увеличения влияния епископа и ответил на этот запрос отказом. Разумеется, путешествие в родной город было благотворным для студента. Убедившись в безрезультатности затеи, он переехал ко двору дяди в Ольштын (центр епископской власти).
Тем не менее епископ Ватценроде строил амбициозные планы насчет племянников. На следующий год во дворце епископа в Лидзбарке прошли выборы полномочного представителя при Святом Престоле епархий Северной Польши в их противостоянии Тевтонскому ордену. Выбор пал на секретаря Лукаша Ватценроде, Ежи Пранге, который сразу же отправился в Рим. Дядя Лукаш воспользовался своим влиянием, и Николая назначили сопровождающим. Он не получил титул каноника, но смог продолжать образование в Италии, улучшая послужной список в ожидании подходящего случая в будущем. Для Николая переезд стал возможностью упрочить знакомство с классическими источниками.
Глава 2
Годы в Италии
В конце XV века Италия была колыбелью искусства, науки и философии. Новые идеи, покровительство со стороны дворянства и дух свободы, которым она дышала, привлекали сюда самые светлые умы Европы. Для такого ученого, как Коперник, это была идеальная среда для завершения образования. Однако чтобы обеспечить будущее и иметь возможность реализовать свою мечту, ему приходилось сочетать изучение астрономии с более практическими дисциплинами, такими как право и медицина.
В 1496 году Коперник совершил свое первое путешествие в Италию. После нескольких лет интенсивной учебы в Кракове поездка к колыбели идей Возрождения должна была послужить важным стимулом для молодого ученого. В это время в стране то тут, то там вспыхивали вооруженные конфликты между мини-государствами, подогреваемые вторжениями французской и испанской армий.
Италия переживала кризис ценностей Средневековья, которые стали теперь объектом всевозможных споров. Критический ум отбрасывал предвзятые идеи, все более популярным становилось свободомыслие как способ обретения знаний. Наука воспринималась как возможность трансформации, и не за горами было рождение нового мировоззрения, которое впоследствии привело к необратимым изменениям в европейском обществе. Изобретение книгопечатания, использование компаса, открытие плавления металлов, микроскопа и телескопа — вот важные вехи той эпохи. Добавим сюда открытие новых земель, подтверждение сферической формы Земли, открытие кровообращения — и это не говоря о гелиоцентрической модели, которую вынашивал Коперник. В Италии в тот период работало десять университетов, старейшим из них был Болонский, основанный в 1088 году. Эти учебные заведения в большей или меньшей степени были эпицентром изменений, именно они вызвали эпохальный прорыв.
Связи между Польшей и итальянскими университетами восходят к XIII веку. В 1271 году ректором Падуанского университета был избран Миколай Поляк, в то время как Ян Поляк стал ректором университета в Болонье. С 1448 по 1471 год пять польских ученых руководили кафедрами астрономии и математики в Болонском университете. Благодаря латыни как языку науки в это время был возможен плодотворный для высших учебных заведений обмен. Так что Николай Коперник оказался в Болонье не случайно: там обучался его дядя и работали польские математики и астрономы, а некоторые из них даже преподавали в его альма-матер, Краковской академии.
Коперник остался в Италии на семь лет, здесь он продолжил и углубил образование, а также получил доступ к классическим трудам по астрономии, которые так его интересовали. Впрочем, этот интерес ученый в течение всей жизни совмещал с другими самыми разнообразными занятиями.
Сохранились записи, подтверждающие любопытный факт: Николай Коперник был записан в Болонском университете как представитель так называемой немецкой нации, хотя он происходил из семьи, отличившейся в борьбе против тевтонского угнетения. Впрочем, это всего лишь административные данные — очевидно, что одной из отрицательных черт европейских университетов была бюрократия. На самом деле немецкая национальность объединяла многих студентов Центральной Европы: не только сами немцы, но и чехи, бельгийцы, поляки, венгры, литовцы и даже датчане и шведы фигурировали в административных ведомостях как немцы. Этот факт свидетельствует о стремлении немцев к гегемонии на этих территориях по замыслу Священной Римской империи.
Молодой Николай последовал воле дяди и поступил на факультет юриспруденции, имевший в Болонском университете длинную историю. Это не было лучшим вариантом, но выбор Ватценроде был продиктован желанием дать племяннику образование, которое открывало бы ему доступ к службе в церковной администрации. Так или иначе, юноша оказался на факультете юриспруденции и занялся изучением основополагающих трудов Фомы Аквинского. В этой традиции позитивное право было подчинено каноническим указаниям, которые всегда имели преимущество в конфликтных ситуациях. И все же проникновение новых идей, возвращающих к жизни греческую философию и римское право, постепенно подтачивало атомистические установки. Представление о государстве, не подчиненном церковной власти, завоевало авторитет в Болонье, было поддержано Борджиа и получило свое развитие в работе Макиавелли.
Коперник провел в Болонском университете четыре года. Некоторые источники говорят, что он жил в доме Доминико Марии Новары, профессора астрономии и астрологии. Другие указывают, что юноша арендовал дом в окрестностях церкви Сан-Сальваторе. Второй вариант вполне возможен, поскольку Коперник располагал необходимыми для этого средствами, особенно после того как Вармийский капитул предоставил ему должность каноника.
Формальное вступление в эту важную должность представляло некоторые проблемы, ведь Коперник находился вдалеке от Польши. Впрочем, влиятельный дядя разрешил все сложности с помощью двух заместителей, которые были назначены Коперником во время церемонии, состоявшейся 20 октября 1497 года в епископском дворце в Болонье.
Как мы уже говорили, новый каноник Вармии, будучи студентом юридического факультета, посвятил часть времени изучению древнегреческого языка, что позволило ему читать интересующие его источники в оригинале. Так Коперник смог основательно изучить труды Пифагора, Платона, Аристотеля и Птолемея.
Независимо от того, жил или нет Коперник в доме Новары, как это обычно утверждается, профессор оказал сильное влияние на своего студента. Николай посещал его курсы в Болонском университете, где Новара преподавал с 1479 года. Этот астроном, выросший на неоплатонических теориях, обладал страстью к наблюдениям, которая должна была очаровать Николая. Сначала Коперник был его студентом, затем учеником и, наконец, коллегой. Результатом этой совместной работы стали измерения, на основании которых польский астроном впоследствии выстроит свою новую теорию. Например, 9 марта 1497 года ученые сделали важнейшее наблюдение: в эту ночь Луна затмила Альдебаран, и это позволило установить, что, в отличие от предсказаний Птолемея, расстояние между Землей и Луной не подвержено изменениям в зависимости от фазы Луны. Говоря астрономическим языком, параллакс (см. врезку на предыдущей странице) между светилами не изменялся.
До нас дошли немногие космологические идеи Доминико Марии Новары, но маловероятно, что учитель Коперника ставил под сомнение птолемееву модель либо господствующий геоцентризм, утверждаемый в последовательном развитии идей Птолемея. Если сегодня заходит разговор о геоцентризме, широкая публика понимает это чрезвычайно упрощенно: неподвижная Земля в центре, а вокруг нее светила описывают окружности. Однако классические космологические модели были гораздо более сложными.
Мы уже упоминали космологию Аристотеля. Без сомнения, в качестве объяснения реальности эта система обладает рядом преимуществ: она проста и не противоречит тому, что мы можем наблюдать невооруженным глазом, не прибегая ни к каким инструментам. Авторитет Аристотеля и соответствие его модели ежедневному опыту в части наблюдаемого движения светил на века закрепили аристотелевскую систему в качестве фундамента западной астрономической мысли.
Однако применение математики, и в особенности тригонометрии, а также тщательные наблюдения многих астрономов позволили уточнить эту модель, объяснить некоторые феномены, на первый взгляд противоречащие некоторым ее деталям — например, возвратное движение планет. На примере Марса (страница 63, рисунок 1) понятно, что обычно планета перемещается с востока на запад. Но иногда видимое движение происходит с запада на восток. На рисунке стрелки справа налево указывают нормальное перемещение, а стрелка в центре — возвратное (или попятное).
Евдокс Книдский (ок. 390-337 до н.э.), ученик Платона и Архита Тарентского, разработал математическое объяснение астрономической модели Платона, предполагая равномерное круговое движение во всех наблюдаемых в небе явлениях. Его труды не сохранились, до нас дошли лишь ссылки на его работы, хотя Евдоксу приписывается введение понятия небесной сферы, поделенной на широты и долготы.
— Земля является центром Вселенной.
— Все небесные тела движутся по кругу.
— Движение небесных тел всегда равномерно.
— Центр траектории любого небесного движения совпадает с центром этого движения.
— Центр всех небесных движений — центр Вселенной.
Мы не знаем, на что Евдокс опирался, вводя эти принципы, но можем предположить непосредственное влияние его соученика Аристотеля и аристотелевского представления о космосе. Также мы должны учесть состояние математической науки в то время, с точки зрения которой было гораздо проще обосновать круговое и равномерное движение.
Евдокс объяснял поведение светил таким образом: небесные тела, на самом деле являющиеся точками, двигаются по совокупности сфер. Неподвижные звезды с их круговым и равномерным движением привязаны к отдельной сфере, которая равномерно вращается вокруг нашей планеты. Все оставшиеся светила, движение которых не является ни круговым, ни равномерным, Евдокс разместил на концентрических сферах. Он предположил, что три сферы существуют для Солнца, три — для Луны и по четыре — для каждой планеты. Каждая такая сфера соединена полюсами с внешней сферой. Оси каждой сферы из совокупности ориентированы по-разному, и каждая сфера вращается вокруг своей оси независимо. На рисунке 2 изображен пример планетарных сфер и их осей вращения.
Самая внешняя сфера обращается ежедневно в направлении восток-запад по отношению к небесному экватору, ее ось ориентирована с севера на юг. Период обращения равен сидерическому дню. Ось следующей сферы образует угол в 24° по отношению к первой, и сфера вращается с запада на восток. Период обращения для каждой планеты свой: один месяц для Луны, один год для Солнца, Меркурия и Венеры, два года для Марса, 12 лет для Юпитера и 30 — для Сатурна.
Две следующие сферы называются синодическими. После полного оборота первой сферы планета снова оказывается в той же точке неба по отношению к Солнцу (если наблюдать с Земли) — это называется синодическим периодом. Полюса сферы находятся в плоскости эклиптики и вращаются с юга на север. Период обращения этой сферы равен 110 дням для Меркурия, 570 дням для Венеры, 260 дням для Марса и примерно 390 дням для Юпитера и Сатурна. Последняя внутренняя сфера вращается с таким же периодом, как предыдущая, но в направлении север-юг. Эти сферы вращаются вместе таким образом, что планета при наблюдении из центра, где находится Земля, описывает кривую, хорошо известную Евдоксу,— гип- попеду. На рисунке сверху изображены две внутренние сферы; планета находится в точке Р, комбинация двух сфер при своем движении заставляет планету описывать гиппопеду.
На рисунке изображено попятное движение Марса, как мы можем наблюдать его в некоторые моменты с Земли: от 41 до 42 он перемещается с востока на запад, но с А2 до 44 — с запада на восток; наконец, от 44 до 45 планета снова движется с востока на запад. Внизу можно увидеть схему четырех небесных сфер и их осей, которые, согласно Евдоксу, есть у каждой планеты. Земля фиксирована в центре; планета — точка на внешней сфере.
Модель завершают третьи сферы для Солнца и Луны, оси которых лежат в плоскости эклиптики и которые объясняют некоторые колебания светила на своей орбите в направлении север-юг. С точки зрения Евдокса, светила движутся по концентрическим сферам, объединенным в восемь групп — одна для неподвижных звезд и по одной для каждой планеты, Солнца и Луны. Таким образом, Евдокс первым объяснил попятное движение планет. Это было блестящее решение, хотя оно и оставляло открытыми некоторые вопросы, слишком сложные для IV века до н.э. Даже сегодня в компьютерных симуляциях непросто подобрать параметры модели, чтобы изобразить движение планет без упрощений.
Поделиться книгой: