XIV. Гелиоцентрическая система мира

 

Коперник родился в 1473 г. в польском городе Торне. Сын богатого купца, он получил всестороннее образование в лучших университетах (в Кракове, Риме, Падуе и др.). Окончив образование, Коперник вернулся на родину и принял в маленьком городе Фрауэнбурге должность каноника, т. е. духовного чиновника по управлению церковными делами при епископе. Эта должность не только вполне обеспечивала его материально, но и давала много досуга для научных занятий. Но хотя Коперник принадлежал к духовному званию, священником он не был и церковных служб не совершал.

Коперник был искусным врачом, знающим правоведом и опытным инженером. Однако, главным своим занятием он считал астрономические исследования и все свободное время посвящал наблюдениям небесных светил и сложнейшим астрономическим вычислениям, стараясь ответить на вопрос: как устроен мир, если общепринятая система мира неправильна? В результате неутомимых изысканий он создал новую систему астрономии, всецело основанную на представлении о движении Земли и нанесшую тяжелый удар религиозному мировоззрению.

 

Фиг. 26. Николай Коперник.

 

Одним из способов опорочить идеи Коперника были насмешки попов и невежд. Некоторые из них острили, чтс. этот астроном, вероятно, много пьет, ибо только у очень пьяных людей Земля вертится под ногами. Дело даже дошло до того, что некий драматург сочинил увеселительную комедию о Копернике; в 1531 г. в Эльбинге, недалеко от Фрауэнбурга, она была разыграна почти на глазах Коперника, причем в ней учение о движении Земли и автор этого учения были представлены в «шутовском виде».

Но Коперник не обращал на все это никакого внимания; он спокойно и невозмутимо продолжал разрабатывать свое учение и до последних дней своей жизни стойко удерживал свою позицию. Он, несомненно, является одним из тех великих мужей науки, которые шли «против течения», вели борьбу против устаревшей науки и закладывали основы для новой науки. Коперник был одним из первых творцов передовой науки, – «той науки, люди которой, понимая силу и значение установившихся в науке традиций и умело используя их в интересах науки, все же не хотят быть рабами этих традиций, которая имеет смелость, решимость ломать старые традиции, нормы, установки, когда они становятся устарелыми, когда они превращаются в тормоз для движения вперед, и которая умеет создавать новые традиции, новые нормы, новые установки» (Сталин).

 

 

Фиг. 27. Объяснение видимого годового движения Солнца среди зодиакальных звезд по Копернику. Для находящегося на Земле наблюдателя Солнце кажется движущимся в той же плоскости и в том же направлении, что и Земля. Поэтому когда Солнце вступает, например, в созвездие Рака, то это значит, что Земля заняла относительно Солнца такое положение, что с Земли оно кажется находящимся среди звезд созвездия Рака.

 

Сущность гелиоцентрической системы мира, произведшей полный переворот в астрономических представлениях, заключается в допущении двух родов движения Земли.

Первое движение совершается в течение суток, – это вращение Земли вокруг оси, проходящей через полюсы мира. Этим вращением объясняется суточное движение звезд. Суточный оборот сферы неподвижных звезд и все с ней связанные явления восход и заход Солнца, Луны и звезд – перестают быть истинными, являясь лишь иллюзией, следствием вращения Земли с запада на восток.

Что же касается второго движения Земли, то оно совершается в течение года: это – обращение земного шара вокруг Солнца. Этим движением объясняется, подобно суточному вращению звездного неба, годичное кажущееся¹ движение £олнца среди звезд, так что эклиптика является как бы отражением земной орбиты.

Таким образом, все то, что нам представляется движением на небе, оказывается лишь иллюзией, происходит вследствие вращения Земли вокруг своей оси и обращения вокруг Солнца. Вместе с тем Коперник заявил, что, центром вселенной является Солнце и что все планеты, подобно Земле, обращаются вокруг этого центрального светила. Земля лишилась своего «почетного места» во вселенной: из главнейшего тела мироздания она превратилась в одну из рядовых планет, движущихся вокруг дневного светила.

Свое учение о мире Коперник выразил в следующих семи положениях: 1) имеется лишь один и тот же центр для всех небесных тел и их орбит; 2) центр Земли не есть центр вселенной, а только центр тяжести земных вещей и лунной орбиты; 3) все планеты движутся вокруг Солнца, которое стоит в центре их путей; оно, таким образом, является центром всего мира; 4) расстояние от Земли до Солнца ничтожно мало по сравнению с расстоянием до неба неподвижных звезд; 5) видимое ежедневное движение небесного свода есть в действительности не 4fo иное, как следствие вращения Земли вокруг ее оси; это движение совершается в течение суток, при» этом оба полюса Земли всегда сохраняют одно положение; 6) видимое, собственное движение Солнца зависит не от этого светила, но от Земли, которая’ обращается вокруг Солнца подобно другим планетам; 7) обратное движение и стояние планет также есть лишь следствие этого движения Земли; вполне достаточно, следовательно, одного только движения Земли, чтобы объяснить все различные видимые движения на небе.

Выдвинув эти положения, Коперник подчеркивал: «Для того, чтобы не подумали, что я выставляю одни лишь утверждения, пусть сравнят мое объяснение с явлениями; тогда увидят, что оно столь же хорошо согласуется с ними, как и прежние теории, перед которыми оно имеет даже преимущество».

В чем же Коперник видел основное преимущество своего астрономического учения? Главным образом в том, что оно гораздо проще и понятнее всех прежних теорий объясняет движение планет, а выводы из него лучше согласуются с наблюдениями. Поэтому он писал: «На размышление о другом способе вычисления движений. небесных тел меня навело исключительно разногласие математиков по этому вопросу. Прежде всего, у них настолько плохо определены движения Солнца и Луны, что они не могут даже определить величины полного года. Затем, при установке движений как Солнца и Луны, так и пяти планет, они не применяют ни одних и тех же законов, ни одних и тех же предположений, ни одинаковых доказательств. Действительно, некоторые ученые употребляют концентрические круги, другие же – эксцентрические и эпициклические, но при всем этом они не могут доказать того, к чему стремятся. Те, которые придерживаются кругов, хотя и могут доказать происхождение разнообразных движений из совокупности таких кругов, но выводы их не согласны с наблюдениями. Изобретатели эксцентриков, хотя они могут на основании эксцентрических кругов вычислять большую часть видимых движений, но принуждены бывают допускать многое такое, что кажется противным первоначальным правилам равномерного движения. А главное – именно формы вселенной и известную симметрию ее частей – они не в состоянии вывести на основании этой теории. С ними бывает то же самое, как если бы кто взял из разных картин руки, ноги, голову и другие части, даже прекрасно нарисованные, но без необходимой пропорциональности, и сложил бы все это в один рисунок: получилось бы конечно нечто более похожее на урода, чем на человека». Таким образом, Коперник имел полное право подчеркивать, что при гелиоцентрическом устройстве вселенной сохраняется всюду «порядок» и «гармония» мироздания и что «это одно уже имеет, как говорят, немаловажное значение».

 

 

Фиг. 28. Гелиоцентрическая система мира. Чертеж из книги Коперника.

 

К ниспровержению геоцентрической системы мира и к установлению новых исходных позиций в науке о небе Коперника привели не только астрономические, но и физические соображения. Последние заключались главным образом в том, что «неестественно» приписывать движение всему небесному своду, а покой – одной лишь Земле. При этом Коперник указывал на неимоверность той быстроты, с которой старая система мира заставляла отдаленнейшие планеты и «неподвижные звезды» описывать свои круги в течение суток вокруг такого небольшого тела, как Земля. Он подчеркивал, что размеры вселенной громадны по сравнению не только с Землей, но даже и со всей солнечной системой. Он считал, что расстояние, отделяющее нашу планетную систему от мира неподвижных звезд, бесконечно превышает размеры всей этой системы.

Правда, он не отказывался еще от старого представления о вселенной, как о некоторой громадной сфере, и поэтому первая глава его сочинения называется «О том, что вселенная – сферической формы». Но важно то, что из представления о ничтожности размеров земного шара по сравнению с размерами небесного свода, Коперник сделал заключение, что необходимо считать вращающейся Землю, а не весь небесный свод. Он писал: «Считают, что Земля помещается в центре вселенной и находят противоположное мнение смешным, а между тем, откуда же нам известно, что Земля неподвижна и вращается небесный свод? Принимая во внимание огромную отдаленность небесных тел, трудно себе представить, чтобы они могли описать такой необъятный круг в течение всего 24–х часов. И затем: почему именно бесконечная вселенная должна вращаться вокруг ничтожно малой Земли?»…

Коперник писал: «Если справедливо, что небесная сфера бесконечна, то как понимать, что она обращается в 24 часа? Не естественнее ли предполагать, что движение это принадлежит Земле и только ей одной? Иначе, если бы она вращалась вместе с небесной сферой, но несколько медленнее, чем последняя (по причине меньшего объема Земли), то мы не замечали бы ни малейшего изменения в положении светил на небесном своде; Солнце и звезды относительно наблюдателя казались бы постоянно на одном и том же угловом расстоянии от меридиана. Поэтому естественно предполагать, что Земля обращается вокруг своей оси, а что небесная сфера неподвижна».

Поставив в центре вселенной Солнце, Коперник показал, – и это особенно важно, – что большая часть движений небесных тел принадлежит к числу лишь кажущихся движений, что они являются отражением действительного движения Земли вокруг своей оси и ее обращения вокруг Солнца.

Как мы видели, господствовавшая до Коперника система мира исходила из того, что движение неба совершенно очевидно. Коперник прежде всего считал необходимым разрушить это «очевидное» заключение. Он писал: «Почти все писатели согласны между собой в том, что Земля неподвижна; противное мнение им кажется даже смешным. Но если всмотреться внимательнее, то оказывается, что вопрос этот вовсе нельзя считать решенным, и им отнюдь не следует пренебрегать. Всякая замечаемая нами перемена положения предмета происходит или вследствие его движения, или же движения наблюдателя, или же вследствие относительного их движения; если движения обоих равны, то перемещение бывает незаметно. Мы наблюдаем небо над Землей: если последняя имеет движение, то небо кажется нам движущимся в обратную сторону. Весь небесный свод имеет движение с востока на запад; если вообразим небесный свод в покое, а дадим Земле движение обратное, т. е. с запада на восток, то получим одни и те же явления».

Из этих слов мы видим, что при объяснении движения небесных тел Коперник вступил на новый путь, введя понятие об относительности движения. Действительно, для объяснения суточного движения небесных тел, происходящего как бы от вращения небесной сферы, можно предполагать, что эта сфера равномерно вращается вокруг своей оси, наклоненной к плоскости горизонта, и делает полный оборот в сутки, или же, наоборот, Земля ежесуточно поворачивается в противоположную сторону – от запада к востоку вокруг своей оси, имеющей то же направление, что ось сферы; в обоих этих случаях видимые явления представляются одинаковыми! В связи с этим Коперник повторил старое соображение, что при удалении корабля из гавани находящиеся на нем люди тоже не чувствуют собственного движения и могут подумать, что берег и город удаляются от корабля, стоящего на месте. «То же самое, – писал он, – бывает с нами: небо кажется нам вращающимся потому, что в действительности вращается Земля».

Коперник не был релятивистом в крайнем смысле этого слова, т. е., он не дошел до провозглашения абстрактно – теоретической равноправности противоположных представле ний – о покое и движении Земли. Держась «чувства реального», он доискивался такой теории, которая была бы физически наиболее правдоподобной, т. е. давала бы правильную картину мира. Вот почему он говорил: «Так как небо является все в себе содержащим, а Земля лишь частью содержимого, то не видно причины, почему не приписать лучше движение тому, что содержится, а не тому, что содержит».

Самым важным в учении Коперника является допущение, что годовое движение Земли объясняет не только кажущееся движение Солнца среди звезд, но и кажущееся петлеобразное движение планет, т. е. то, что в системе Птолемея приписано главным эпициклам. Оказалось, что в системе деферентов и главных эпициклов одни из этих кругов являются отражением действительного движения планеты вокруг Солнца, а другие – отражением орбитального движения Земли. *В связи с этим Коперник вскрыл и объяснил ускользнувшее от внимания древних астрономов обстоятельство, что существует замечательное соответствие между эпициклическим движением планет и кажущимся годовым движением Солнц а. Он показал, что это соответствие вызвано тем, что центр планетных движений – Солнце, а не Земля, причем годовое движение Солнца и движение планет по главным эпициклам – не действительные, а кажущиеся, обусловленные годовым движением Земли вокруг Солнца.

Как мы уже знаем, планеты Меркурий и Венера кажутся качающимися наподобие маятника около Солнца, и обращение их вокруг него ясно до очевидности. Благодаря этой замечательной особенности «нижних» планет Птолемей мог бы деференты Меркурия и Венеры слить с орбитой Солнца и считать эти две планеты обращающимися вокруг Солнца и с ним вместе вокруг Земли (чего, однако, Птолемей не сделал). В системе Коперника движения этих планет вокруг Солнца сохранились, но зато движение Солнца вокруг Земли заменено движением Земли вокруг Солнца. Таким образом одно из круговых движений, из которых в системе Птолемея составлялось видимое перемещение «нижней» планеты, а именно движение по эпициклу,' ведущее к образованию «петель», является ее истинным движением вокруг Солнца; другое же движение по деференту, держащее планету вблизи Солнца, есть только кажущееся явление, так как оно происходит вследствие годового движения Земли.

Мы обратили внимание на то, что главные эпициклы «верхних» планет (Марса, Юпитера и Сатурна) в птолемеевой системе описываются планетой в течение года и радиусы их, направленные к планете, параллельны направлению с Земли на Солнце. Коперник показал, что это заставляет думать, что эти эпициклы верхних планет, придуманные для объяснения «петель», на самом деле представляют кажущиеся движения, отвечающие движению Земли, вокруг Солнца, а деференты их, вызывающие прямое движение, зависят от их собственного движения по орбите вокруг Солнца.

 

Фиг. 29. Видимый путь Марса относительно Земли, вычерченный с помощью птолемеевых эпициклов и деферентов, Малый пунктирный круг – главный эпицикл, большой – деферент.

 

 

Фиг. 30. Действительное движение Марса относительно Земли в предположении неподвижности Земли. Сравнение этой кривой с той, которая видна на фиг. 29, показывает, насколько хорошо птолемеевская система представляла наблюдаемое нами движение планет. Различие этих кривых заключается, главным образом, а том, что в кривой, соответствующей действительным отношениям, вторая петля меньше первой, тогда как по Птолемею все петли необходимо должны быть одинаковой величины.

 

Таким образом Коперник уничтожил главные эпициклы, с помощью которых пытались объяснить запутанное движение планет, и его система оказалась значительно проще птолемеевой. На этом основании он свою систему считал гораздо более естественной, а потому и истинной.

Коперник отметил, что еще Марциан Капелла (как мы уже знаем, вслед за Гераклидом Понтийским) допускал, что планеты Меркурий и Венера обращаются не вокруг Земли, а вокруг Солнца, как вокруг своего центра. «Если воспользоваться этим, – писал Коперник, – и принять для Сатурна, Юпитера и Марса тот же центр, обратив при этом внимание на большее протяжение их орбит, окружающих не только орбиту Меркурия и Венеры, но и путь Земли, – то этим можно объяснить правильность их движений. Действительно, известно, что Сатурн, Юпитер и Марс всегда ближе всего к Земле в то время, когда они восходят вечером, т. е. когда вступают в оппозицию (противостояние) с Солнцем, иначе говоря, когда Земля стоит между ними и Солнцем. Дальше же всего они находятся от Земли, когда они заходят вечером, т. е. когда между ними и Землей стоит Солнце. Это служит доказательством того, что центр их обращения ^{: –} Солнце, служащее центром и для орбит Венеры и Меркурия. И так как вер названные планеты имеют один центр, то необходимо, чтобы в пространстве, которое остается между Венерой и Марсом свободным, помещалась орбита Земли, сопровождаемая спутником Луною и всем подлунным миром. Действительно, Луна, стоящая бесспорно ближе всего к Земле, никак не может быть отдалена от нее уже даже по одному тому, что в этом пространстве для нее достаточно места. Поэтому мы не боимся утверждать, что все то, что охватывает собой сфера обращения Луны, вместе с центром этой сферы – Землею, описывает между планетами вокруг Солнца в течение года тот большой круг, в центре которого помещается центр вселенной, т. е. неподвижно покоющееся Солнце. И все, что прежде объясняли движением Солнца, можно объяснить движением Земли».

По Копернику, все планеты движутся вокруг Солнца по концентрическим кругам, причем порядок расположения известных ему планет от Солнца таков: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер и Сатурн. «В этом расположении светил, – подчеркивал он, – мы находим такую гармоническую связь, какой нигде более найти нельзя». Действительно, при помощи своей системы мира Коперник с замечательной простотой объяснил «второе неравенство», т. е замысловатые, запутанные пути планет, доставившие столько труда древним астрономам. Оказалось, что различие между видимым движением так называемых нижних планет (Меркурия и Венеры) и верхних планет (Марса, Юпитера и Сатурна) вызвано тем, что нижние планеты являются внутренними планетами, а верхние – внешними, т. е. орбиты первых расположены внутри земной орбиты (ближе к Солнцу, чем Земля), а орбиты вторых – вне земной орбиты (дальше от Солнца, чем Земля). Своеобразные остановки, петли и обратные направления в движениях планет есть кажущееся явление, порожденное не нагромождением эпициклов, а обращением Земли и планет вокруг Солнца. Все эти особенности объясняются тем, что земной наблюдатель рассматривает движение планет не из центра, вокруг которого планеты движутся, т. е. не такими, какими они в действительности происходят, а с движущейся в свою очередь Земли, т. е. из разных точек пространства. Выходит, таким образом, что все «странности» в путях планет перестали бы существовать для наблюдателя, оказавшегося на Солнце, в центре планетных орбит: для него все планеты обращались бы постоянно в одном и том же направлении. Поэтому Луна, у которой не обнаружено никаких петель, остановок и т. д., должна обращаться вокруг Земли в качестве ее спутника или планеты второго порядка.

 

 

Фиг. 31. Объяснение сложного видимого движения «верхней» (внешней) планеты по Копернику. Когда Земля занимает положение T₁, а планета положение Р₁, то планета должна казаться на небосводе в точке Р₁. Планета движется медленнее Земли; когда Земля переместится из положения Т₁ в Т₂, планета передвинется из точки P₁ в Р₂ и мы ее увидим в направлении Т₂Р₂ в точке небосвода Р₂, т. е. планета передвинется между звездами справа налево, по направлению стрелки № 1. Когда Земля занимает положение Т₃, то планету мы увидим по направлению Т₂Р₃ в точке небосвода Р₃, так что планета в точке небосвода Р₂ как бы остановилась, а затем пошла вспять, слева направо, по стрелке № 2. Таким образом стояние и обратное движение планеты – кажущиеся явления, происходящие вследствие движения Земли по орбите.

 

Расстояния планет от Солнца и скорости их движения по орбите различны.

Поэтому планеты описывают свои орбиты в различные промежутки времени.

Чем дальше планета от Солнца, тем больше времени она тратит на полный оборот вокруг Солнца. От совокупности движений Земли и планет вокруг Солнца происходят кажущиеся нам весьма неравномерными и извилистыми планетные движения, хотя на самом деле движение планет довольно несложно.

Поэтому становится понятным, почему теория Птолемея до известной степени удовлетворительно представляла видимое движение планет: это движение кажется состоящим из двух круговых движений, причем первое из них – результат движения планет вокруг Солнца, а второе – результат орбитального движения Земли, с которой мы наблюдаем планеты.

Планеты Марс, Юпитер и Сатурн, находящиеся за пределами земной орбиты, кажутся нам движущимися в обратном направлении, т. е. с востока на запад, когда Земля и одна из этих планет находятся по одну сторону Солнца, так как в этом случае Земля при своем движении вокруг Солнца обгоняет эту планету (которая вообще перемещается по своей орбите медленнее Земли). Аналогичное явление мы замечаем, когда обгоняем на пассажирском поезде товарный, идущий в том же направлении, но гораздо медленней. Движение Меркурия и Венеры, находящихся в пределах земной орбиты, кажется нам обратным, когда планета находится между Землей и Солнцем, потому что она движется по орбите быстрее Земли. Словом, в виду того, что перемещение всякой планеты наблюдается нами с движущейся Земли, а не из центра ее орбиты – Солнца, то линия зрения (прямые, проведенные между Землей и планетов) либо движется по направлению с запада на восток, т. е. прямо, либо по противоположному направлению, т. е. обратно, либо же делается касательной к планетной орбите, т. е. неподвижна.[21] Движение планеты бывает прямым, когда эти линии зрения пересекаются между Землей и планетой; обратное движение происходит тогда, когда эти линии пересекаются вне планетной орбиты для внешних орбит и вне земной – для внутренних, и планета кажется остановившейся, когда эти линии параллельны.

Так же просто и наглядно, без всяких эпициклов, Коперник впервые объяснил образование «узлов» в видимом движении планет. Оказалось, что это основное «неравенство» в движении планет стоит в связи с величиной радиусов их орбит, причем каждый из узлов есть не что иное, как отражение в пути планеты орбиты Земли, с которой мы ее наблюдаем. Если, например, планета Юпитер обращается вокруг Солнца почти в 12 лет, описывает на своем пути 11 «петель», то это происходит потому, что каждая петля в пути планеты соответствует одному обороту Земли вокруг Солнца. Величина же петель зависит от отношения расстояний от планеты до Солнца и от Земли до Солнца. Чем дальше планеты отстоят от Земли, тем меньше петля, а чем ближе она к Земле, тем они больше.

Отсюда Коперник вывел, – и это одна из самых замечательных его идей, – что по величине петли можно вычислить сравнительное расстояние планеты от Солнца, принимая расстояние Земли от Солнца, т. е. радиус земной орбиты, за единицу. Ведь та часть планетной орбиты, которая с Земли кажется петлей, для наблюдателя, находящегося на Солнце, представляется дугой, частью круга, ибо все видимые явления в движениях планет обусловливаются движением планет и Земли вокруг Солнца. Если Птолемей объяснил эти петли с помощью большого или главного эпицикла, центр которого скользит по окружности деферента, то по Копернику этот эпицикл является как бы отражением земной орбиты, между тем как роль деферента в этом случае играет действительная орбита планеты. Поэтому Коперник пришел к 'заключению, что отношение радиуса деферента к радиусу эпицикла равно отношению расстояний от планеты до Солнца и от земли до Солнца.

Построив отношения радиусов эпициклов и деферентов, найденных Птолемеем, Коперник впервые получил сравнительные расстояния планет о т Солнца, выраженные в радиусах земной орбиты.

Что же касается среднего расстояния Земли от Солнца, то Коперник на основании вы числений, произведенных по методу, ведущему начало от Аристарха, принял его равный 1197 земным радиусам, тогда как на самом деле оно почти в 20 раз больше. Но если Коперник и не знал настоящих размеров солнечной системы, то относительные расстояния планет он знал уже довольно точно, и это было весьма важным достижением астрономии.

 

Фиг. 32. Объяснение видимого движения „нижней" (внутренней) планеты по Копернику. Планета движется быстрее Земли Т и движение ее прямее от М" до М"’, обратное от М'" до М" и переходит в стояние у М" и М"'. Она кажется качающейся около Солнца, причем радиус ее орбиты определяет размах этого качания и другие особенности ее видимого движения.

 

В системе Птолемея порядок распределения планет при их воображаемом движении вокруг Земли не мог быть установлен из наблюдений и был намечен без достаточных оснований, т. е. расстояния планет оставались совершенно неопределенными (было известно лишь расстояние от Земли до Луны). Наоборот, система Коперника представляет собой строго организованное целое, и именно поэтому она сразу выяснила план солнечной системы, определив из наблюдений все расстояния, и тем внесла порядок во все построение. Конечно, Коперник не мог не сознавать вполне ясно, что преимущество своей системы мира и в этом обстоятельстве видел одно из главнейших доказательств правильности этой системы.