Природа описывается формулами. Галилей. Научный метод - Коллектив авторов - Страница 15

ЗВЕЗДЫ

Когда Галилей обратил внимание на звезды, первой неожиданностью стало то, что в телескопе они казались еще меньше. Сегодня нам хорошо известно, что слой атмосферы визуально увеличивает размер звезд, а при наблюдении в телескоп это явление исчезает.

И хотя, в отличие от планет, звезды в телескоп нельзя рассмотреть подробнее, а напротив, прибор уменьшает их размер, зато он увеличивает их количество. В созвездии Ориона Галилей обнаружил сотни звезд, невидимых невооруженным глазом. То, что Птолемею казалось туманностями, открылось Галилею как совокупность многих тысяч звезд.

Было бы логично предположить, что количество звезд, видных в телескоп, и масштабы Вселенной привели Галилея к тем же выводам, что и Бруно. Располагались ли звезды на одном и том же расстоянии? Или были разбросаны по бескрайнему небосводу? Одним из доводов астрономов против гипотезы о движении Земли было то, что звезды никогда не меняют своего положения относительно созерцающего их, то есть не наблюдается параллакс. Этот аргумент был основным, но его можно было бы отклонить, доказав, что звезды удалены на достаточное расстояние, чтобы этот эффект не проявлялся. И тем не менее, возможно, из-за трагического оборота, который приняли исследования Бруно, или по какой-то еще причине Галилей был очень осторожен с заявлениями о бесконечности Вселенной.

СПУТНИКИ ЮПИТЕРА

Одним из главных открытий Галилея стали спутники Юпитера. Он написал о них в «Звездном вестнике», труде, который ученый публиковал второпях, чтобы успеть рассказать о своих открытиях раньше всех. Как описывает Галилей, в январе 1610 года он направил свой новый телескоп на Юпитер и обнаружил, что рядом с ним находятся три звезды. В последующие дни он с удивлением заметил, что звезды двигаются, а очень скоро нашел еще и четвертую.

ГАЛИЛЕЕВЫ СПУТНИКИ

Спутники Юпитера, открытые Галилеем, также называют галилеевыми спутниками. Это Ио, Европа, Ганимед и Каллисто — все названия взяты из греческой мифологии. Галилей же назвал их Юпитер I, Юпитер II, Юпитер III и Юпитер IV. Окончательные названия дал Симон Марий (1573- 1624), немецкий астроном и современник Галилея (хотя официально они стали использоваться только во второй половине XX века). Это четыре самых крупных спутника из 64, вращающихся вокруг гигантского Юпитера. Ганимед является крупнейшим спутником во всей Солнечной системе. Ближе всего к Юпитеру находится Ио, на ее поверхности наблюдается значительная вулканическая активность: здесь обнаружено около 400 действующих вулканов. Европа покрыта слоем льда, внутри которого находится водяной океан, и это одно из мест, где, по мнению астробиологов, может существовать жизнь. Считается, что у Ганимеда могут быть тектонические плиты и металлическое ядро. На поверхности Ганимеда есть огромная темная зона овальной формы, названная Областью Галилея. Каллисто состоит из камня и льдов и усеяна кратерами. По мнению астрономов, это одно из лучших мест для строительства в будущем космической базы. Все эти сведения были получены благодаря экспедициям НАСА, таким как «Пионер-10», «Пионер-11» и «Вояджер-2». Последним аппаратом, который долетел до Юпитера и даже проник в его атмосферу, стал «Галилео» в 1990 году.

Расположение четырех галилеевых спутников (слева направо): Ио, Европа, Ганимед и Каллисто.

Они то появлялись, то исчезали, их количество и расположение менялись, но это всегда были те же самые четыре объекта. Как можно интерпретировать эти наблюдения? Необходимо было провести целое расследование, и, возможно, Галилей рассуждал так же, как Шерлок Холмс: «После того как отброшено невозможное, все, что остается, каким бы невероятным оно ни казалось, и есть решение». А самое правдоподобное объяснение заключалось в следующем: эти звезды были спутниками Юпитера, что и было доказано после множества наблюдений.

Маленькие звезды, увиденные Галилеем (спутниками их позже назвал Кеплер), были потрясающим открытием. Впервые обнаружены спутники у еще одной планеты, кроме Земли, что стало важным доказательством в пользу гелиоцентризма. Сторонники геоцентризма всегда утверждали, что только вокруг Земли вращалась еще одна планета, Луна. Доказательство того, что и другие планеты имеют спутники, делало эти замечания несостоятельными, а гелиоцентрическую модель — логичной.

ДОЛГОТА

Галилей всегда старался найти практическое применение своим открытиям. Он подумал, что спутники Юпитера могли бы помочь разрешить важную проблему моряков и торговцев — определение географической долготы. К тому времени это стало государственной задачей. Во время длительных плаваний корабли терялись, с ними гибли люди и пропадали ценные грузы. Правильное определение долготы было насущной и животрепещущей проблемой. Король Испании Филипп III даже назначил большое вознаграждение тому, кто нашел бы ее решение.

Галилей решил использовать спутники Юпитера как стрелки часов, которые могли бы определить долготу посреди океана. У этих спутников происходят тысячи затмений в год и как минимум одно за ночь (а в среднем три). Можно было сделать  таблицы с указанием точного времени затмений в определенном месте, а моряки отнимали бы это значение от времени там, где они находились, и узнавали бы свою долготу.

ПРОБЛЕМА ДОЛГОТЫ

Чтобы узнать наше точное местоположение на Земле, необходимо установить широту и долготу. Способ вычислить широту был известен с давних времен: ее значение, определяющее расстояние от полюса и экватора, можно было получить, например, высчитав высоту Солнца или угол, образуемый Полярной звездой с горизонтом (при помощи астролябии). Метода же вычисления долготы не существовало. Если мы будем двигаться на восток по прямой линии, то через каждые пройденные 15° долготы должны будем перевести стрелки часов на час назад, а при движении на запад — вперед. Поскольку местное время узнать легко исходя из высоты Солнца или расположения звезд, то вопрос о долготе сводится к тому, чтобы узнать время в другой точке, взятой в качестве ориентира. Возить с собой часы с маятником было невозможно, поэтому проблему долготы смогли решить только после изобретения Джоном Гаррисоном (1693- 1776) хронометра. Свой первый хронометр англичанин сделал в 1759 году. С 1884 года земной шар условно поделен на часовые пояса, напоминающие дольки апельсина, начиная от нулевого Гринвичского меридиана. Каждый часовой пояс отличается от другого на один час, то есть на 15° долготы.

Следующая сложность была сугубо технической: как узнать, что моряки правильно наблюдают затмения? Тогда Галилей сконструировал специальный прибор в виде перевернутого купола с телескопом, который должен был обеспечить неподвижность устройства во время наблюдения. Но эта попытка провалилась. Достаточно было легкого толчка, чтобы телескоп потерял равновесие, и спутники пропадали из фокуса. Ни один моряк даже при самом легком волнении не мог навести фокус и вычислить долготу. Галилей попробовал продать свое изобретение и даже устроил практические показы, на которых его помощник действительно отплывал на корабле, но ему так и не удалось убедить кого-либо в практической пользе устройства.

ВЕНЕРА, САТУРН... И УРАН?