Расширяя границы Вселенной: история астрономии в задачах - Евгений Гусев

Что касается невысокой точности определения в XIX веке средней плотности Урана и Нептуна, то она связана с трудностями измерения их диаметра: поперечник этих планет виден под углом всего в несколько секунд.

5. Заблуждения и озарения учёных

5.1. Из всех разделов естествознания именно практическая астрономия изучает наиболее простые и наглядные явления, для которых сравнительно легко можно создать математическую модель (например, календарь), что и было сделано уже несколько тысячелетий назад. В то же время, как математическая дисциплина она наименее абстрактна, ибо по большей части имеет дело с реально наблюдаемыми явлениями. Например, сферическая геометрия развивалась только в рамках астрономии и связанной с ней географии.

5.2. Ксенофан считал Землю плоской, бесконечной, уходящей своими корнями в бесконечную глубину. Поэтому светила не могут обращаться вокруг Земли, а должны ежедневно рождаться и гибнуть (или удаляться в бесконечность). Для объяснения различий в видимом движении Луны и Солнца на разных широтах Ксенофан вынужден был предполагать существование целого «набора» одновременно существующих светил.

5.3. По мнению Аристотеля и Птолемея, центр Мира совпадает с центром Земли; но если бы наблюдатель оказался на Луне, то тела падали бы к центру Луны, где влияние центра Мира уже отсутствует.

5.4. Высказывание Анаксимена — это мнение учёного, обладающего весьма неполными данными об объекте исследования. Анаксимен был уверен в материальности небесных объектов. Звёзды он считал твёрдыми телами, находящимися на одинаковом расстоянии от Земли. Чтобы исключить их взаимное перемещение и падение на Землю, он считаел необходимым наличие твёрдой, но невидимой, опоры — «ледообразной» небесной сферы («Фрагменты…», 1989, с. 132).

5.5. Весьма точны высказывания Анаксагора о причине свечения Луны и её рельефе. Солнце признаётся им очень крупным раскалённым телом, что в целом также верно. Поразительно точно угадана и причина свечения Млечного Пути. Хотя рассуждения о природе звёзд и причине их разогрева довольно примитивны, но Анаксагор прав, признавая звёзды материальными телами. Наконец, признаётся возможность падения «камней с неба». Вот как об этом пишет Плиний в «Естественной истории»:

Греки сообщают, что Анаксагор, благодаря своим познаниям в астрономии предсказал, в какие дни упадёт камень с Солнца, что и произошло среди бела дня в области Фракии возле реки Эгоспотамы (камень этот показывают и по сей день: он величиной с гружёный воз и опалённого цвета), причём в те ночи на небе пылала комета. Если поверить в то, что он и впрямь это предсказал, придётся также признать, что провидческая способность Анаксагора была совершенно удивительной; сама наша способность к пониманию природы вещей окажется под угрозой и всё спутается, если допустить, что Солнце либо само камень, либо на нём когда‑либо находился камень. Однако сам факт частого падения [камней с неба] не подлежит сомнению. Один такой, небольших размеров, и по сей день заботливо сохраняется в Абидосском гимнасии; рассказывают, что его падение на материке было предсказано тем же Анаксагором.

Разумеется, даже в нашу эпоху учёным ещё не дано предсказывать падение на Землю метеоритов (хотя в недалёком будущем это представляется вполне возможным). Но при чтении приведённого выше фрагмента не может не поразить ясность, материалистичность и здравый смысл в мышлении древнегреческих философов и обывателей.

5.6. Как видим, эти сообщения не во всём согласуются между собой: материалом для твёрдого неба указан, в первом случае, воздух, во втором — вода, а в третьем — эфир. Но все три их объединяет одна мысль, вероятно, действительно принадлежащая Эмпедоклу: «мир материален и он эволюционирует». С ней вполне согласится современный учёный.

Весьма актуально также звучит сообщение о взглядах Эмпедокла, дошедшее до нас от Диогена Лаэртия. Воззрения его таковы: «элементов четыре: огонь, вода, земля и воздух, и ещё Любовь, которой они соединяются, и Распря, которой они разделяются». Как видим, присутствует не только Пятый Элемент, но и шестой.

5.7. Главное в идее Д. И. Менделеева — указание на системную, иерархическую организацию вещества. Мир представляет собой иерархию систем объектов — полагал Менделеев и даже указывал на возможность сложной структуры самих атомов. Термин атом (от греч. неделимый, неразрезаемый) Менделеев считал неудачным и предпочитал ему термин индивидуум, как предполагающий не только обособленность, но и возможность сложной внутренней структуры. Менделеев разъяснял, что слово атом значит по — гречески то же, что индивид по — латински. Слово индивид издавна и постоянно прилагают и к человеку, и к любому животному и растению. Но кто же сомневается, что животные и растения делимы?

«А потому лучше было бы назвать атомы индивидуумами, неделимыми… Индивидуум механически и геометрически делим и только в определённом реальном смысле неделим. Земля, солнце, человек, муха суть индивидуумы, хотя геометрически делимы». Так утверждал Дмитрий Иванович в 1906 году. Разумеется, он был далёк от того, чтобы проводить прямую аналогию между объектами микро- и мегамира: приведённая цитата — лишь образная иллюстрация из книги Менделеева «Основы химии».

5.8. Газ представляет собой систему сталкивающихся корпускул, не обладающих заметными силами дальнодействия. В отличие от него, звёздный ансамбль — это система гравитационно связанных (эффект дальнодействия) не сталкивающихся тел. Однако многие механические проявления газовых и звёздных систем подобны.

5.9. Роль центральной массы в Галактике выполняет сгущение звёзд — галактическое ядро, в центре которого, по всей видимости, находится очень массивная чёрная дыра (около 2,5 млн. масс Солнца). Уже в 1948 году советские учёные получили изображение центральной части Галактики при помощи электронно — оптического преобразователя, чувствительного к инфракрасным лучам, для которых межзвёздная пыль — «завеса чёрного вещества» — не помеха.

5.10. Гюйгенс открыл Большую туманность Ориона, но суть открытия ещё долго оставалась непонятой. Позднее выяснилось, что до Гюйгенса, возможно, первым в Европе, в 1618 г. эту туманность наблюдал в телескоп швейцарский астроном Иоганн Цизат (1586–1657), но не обратил на неё должного внимания.

5.11. Речь идёт о внегалактических туманностях, или, по современной терминологии — галактиках.

5.12. Тёмные прогалы в Млечном Пути вызваны плотными облаками космической пыли, экранирующими излучение более далёких звёзд

Галактики. Одним из первых эту мысль сформулировал В. Я. Струве (1793–1864): продолжая изучение Галактики методом «звёздных черпков» Гершеля, он высказал уверенность в существовании межзвёздного поглощения света и оценил его величину в 0,5m/кпк. Лишь столетие спустя была доказана справедливость этого предположения и довольно высокая точность оценки Струве. Поглощение света стало первым свидетельством существования холодного межзвёздного вещества.

Ещё более определённое предсказание сделал «отец астрофизики» итальянец Анджело Секки (1818–1878), впервые систематически применивший спектроскоп в астрономии и давший в 1863 г. первую и довольно удачную спектральную классификацию звёзд. С помощью спектроскопа Секки установил различие между двумя типами туманностей: одни из них оказались звёздными системами, а другие — газовыми облаками. Всерьёз заинтересовавшись чёрными пустотами в Млечном Пути, которые Гершель считал «провалами в небесах», Секки настаивал на том, что это гигантские облака тёмных газов, проецирующиеся на светлый фон далёких звёзд. Однако ещё полстолетия астрономы склонны были разделять взгляды Гершеля и находили гипотезу Секки «маловероятной».

Для астрономов XX века существование межзвёздных газо-пылевых облаков стало вполне обыденной вещью и, кстати, главным препятствием при изучении далёких областей Млечного Пути. Из‑за наличия толстого слоя пыли в плоскости Галактики наблюдатель с Земли не может в оптических лучах увидеть галактическое ядро.

5.13. Число звёзд в наблюдаемой части Вселенной (Метагалактике) конечно, хотя и очень велико. Пространственная граница Метагалактики определяется моментом Большого взрыва и удалена от нас приблизительно на 13 млрд. световых лет. Однако вопрос об ограниченности объёма нашей Вселенной до сих пор остаётся открытым.

5.14. Ломоносов решил поставленную задачу небольшим (4°) наклоном главного зеркала к оси трубы. Это позволило вывести главный фокус за пределы трубы. Возникающая в такой системе кома минимальна в телескопах с большим фокусным расстоянием. Подобную схему применял и В. Гершель. В современной астрономии оптическая схема Ломоносова — Гершеля используется в солнечных телескопах.