Астрономы наблюдают

В центре Вселенной Птолемей поместил шарообразную Землю, а Луну и Солнце водворил на концентрические круговые орбиты, общий центр которых совпадает с центром Земли. Для Птолемея, как и для всех его современников, величайшим авторитетом в области философии природы был Аристотель — знаменитый древнегреческий мыслитель, живший в IV веке до н. э. Аристотель учил, что Вселенная делится на две радикально различные части. Одна из них — Земля и все земное, где господствуют несовершенство, смерть и разрушение. Наоборот, небо и все небесное — идеальная сфера бытия. Эта область Вселенной характерна чистотой и совершенством. Идеально чисты и совершенны все небесные тела. Совершенны и их движения — непременно круговые и равномерные. Именно эта умозрительная и, по существу, неверная идея Аристотеля на много веков затормозила развитие астрономии. Она прочно владела умами всех астрономов от Птолемея до Коперника и лишь Кеплер в XVII веке рискнул посягнуть на, казалось бы незыблемый, авторитет Аристотеля — он ввел для небесных тел неравномерные и некруговые движения.

Рис. 8. Система Птолемея.

Птолемей поступил иначе. Для объяснения сложного, петлеобразного и притом неравномерного видимого движения планет, он предположил, что планеты равномерно обращаются по малым окружностям (эпициклам), а центры эпициклов опять же равномерно движутся вокруг Земли по большим окружностям — деферентам. Если предположить, что плоскости эпициклов несколько наклонены к плоскости деферентов, легко понять, что в этом случае земному наблюдателю покажется, что планеты на фоне далеких звезд описывают сложные петли.

Это было гениальное решение проблемы. Неравномерные и некруговые движения рассматривались как результат сложения двух круговых и равномерных движений. На рис. 8 показано строение Вселенной по Птолемею, который математически доказал, что при соответствующем подборе радиусов эпициклов и деферентов, а также при надлежащем выборе скоростей их равномерных движений удается объяснить видимые движения планет. В то же время сохраняется и «совершенство небес» — все движения там вполне «идеальны» в том смысле, как это понимал Аристотель.

Единственное, в чем могли упрекнуть Птолемея его современники, так это в непонятной сложности его системы, где планеты двигались не вокруг каких-либо тел, а вокруг геометрических точек — центров эпициклов. К сожалению, и эту громоздкую систему мира пришлось позже еще более усложнить. В последовавшие за Птолемеем века выяснилось, что видимые движения некоторых планет очень сложны и одного эпицикла для их объяснения недостаточно. К XIII веку, например, пришлось предположить, что у Марса, по-видимому, есть не один, а 200 эпициклов! Сам Марс движется по 200-му эпициклу, центр которого обращается по 199-му эпициклу и т. д. Система мира получалась запутанной, сложной и физически непонятной. Когда в XIII веке в Толедо состоялся, говоря по-современному, съезд всех известных астрономов того времени, Кастильский король Альфонс X, выслушав их дебаты, заявил, что «если бы он присутствовал при творении мира, он посоветовал бы богу сотворить мир попроще». Эта неосторожная «богохульная» острота стоила Альфонсу короны.

Поддерживаемая авторитетом церкви, птолемеева система мира просуществовала до Коперника, который, как и Птолемей, в своей гелиоцентрической системе мира оставил лишь «идеальные» движения и для Земли, и для других планет. Поэтому, как это ни парадоксально, на первых порах (то есть до Кеплера) система Коперника хуже объясняла видимые движения планет, чем громоздкая система Птолемея. Но ведь именно в этой «громоздкости» и заключалась потенциальная сила птолемеевой системы, способной в принципе даже в наши дни с любой степенью точности предсказывать не только движения планет, но также видимые движения межпланетных космических станций!

Секрет этого парадокса прост. По существу, Птолемей изобрел так называемый гармонический анализ за полтора тысячелетия до Фурье, который считается его первооткрывателем. Суть же этого анализа заключается в том, что любое сложное движение в природе можно разложить на сумму круговых и равномерных движений, причем такое представление может быть как угодно точным — для этого надо взять в указанной сумме лишь достаточно большое количество членов. Таким образом, ложная в своей физической основе птолемеева система мира с чисто математической стороны оказалась весьма совершенной теоретической схемой, увенчавшей древнюю астрономию. Что же касается старинных астрономических угломерных инструментов и практики работы с ними, то наибольшие результаты в этой области были достигнуты великими астрономами-наблюдателями XV и XVI веков — Улугбеком и Тихо Браге.

Внук Тимура