Владимир Владимирович Березняковский
Астрономия в кармане

© Владимир Владимирович Березняковский, 2020

ISBN 978-5-4498-9669-8

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Введение

Для многих людей астрономия либо осталась на обложках учебников, либо является той далекой частью физики, которую с неохотой изучают в старших классах и институтах. Современному человеку, окруженному всевозможными раздражителями и живущему в бешеном темпе мегаполиса, с каждым днем становится все труднее найти время для самого себя, для вопросов к самому себе.

С раннего детства и до глубокой старости с нами неизменно остается лишь одна движущая сила – стремление к познанию неизведанного. Форма познания с возрастом меняется, но жажда мозга к новой информации остается той же. В детстве мы познаем мир всеми возможными способами, и любая информация является новой и интересной, но, взрослея, мы с трудом находим качественную пищу для своего мозга, несмотря на то что запросы остаются теми же.

Многие философы и мыслители называли науку об устройстве Вселенной наукой о мироздании, понять которую пытались и будут пытаться тысячи великих умов. Правители и полководцы привязывали значимые даты событий к определенной расстановке звезд и планет в пространстве, прекрасно понимая значение и последствия своих действий. А изучение такой науки, как астрономия, всегда было редкой возможностью, ведь знания о космосе и его устройстве практически никогда не были общедоступными.

Как и любая наука, астрономия имеет своих первооткрывателей, свои главные объекты изучения и свои спорные темы. Но любая наука имеет свои границы, и главное отличие науки астрономии от других заключается в том, что эти границы – границы Вселенной, самые широкие во всех смыслах этого слова. Все, что когда-либо было и будет создано человеком, заключено в границы нашей планеты, Солнечной системы и Вселенной. Нарушить и выйти за эти границы не в силах никто, но изучить их свойства и особенности – главная задача астрономии. Именно поэтому многие великие умы человечества были одержимы идеей постичь первозданные законы Вселенной.

Название «Астрономия в кармане» выбрано неслучайно, ведь эта книга представляет собой совокупность самой важной информации о космосе, звездах, планетах и их первооткрывателях.

I. ВЕЛИКИЕ ПЕРВООТКРЫВАТЕЛИ

Египет

В Древнем Египте существовала сложная мифология с множеством богов, и астрономические представления египтян были тесно связаны с ней. Египетские жрецы были мудрейшими астрономами того времени. Уже тогда был введен так называемый схематический календарь, в нем год делился на 12 месяцев и содержал 365 дней, но египтяне знали, что истинный год на 6 часов больше. Египетски жрецы должны были совершать ночные богослужения богу Ра, поэтому с целью определить время не только днем, но и ночью около 1500 г. до н. э. были созданы так называемые звездные часы на основе положения светил на ночном небе.

Конечно, нельзя не сказать о пирамиде Хеопса, грани которой были сориентированы точно по сторонам света, а четыре угла пирамиды указывали на четыре знака зодиака: тельца, льва, скорпиона и водолея. Самые яркие звезды в этих созвездиях – Альдебаран, Регул, Антарес и Фомальгаут – сохраняют одинаковое расстояние друг от друга и даже сейчас используются в качестве стабильных ориентиров. Нельзя не заметить, что египетские астрономы могли с огромной точностью измерять расстояние между звездами и их положение в космосе, ведь расположение пирамид Хеопса, Хефрена и Микерина в комплексе пирамид в Гизе совпадает во всех отношениях с расположением звезд Альнитак, Альнилам и Минтака в созвездии Ориона. Древние египтяне делили небо на созвездия, пользовались гномоном*, измеряли высоту Солнца над горизонтом, знали шесть планет и даже смогли разделить их на группы. Казалось бы, египтяне, оседлый народ, не нуждались в астрономии, ведь сроки сельскохозяйственных работ им показывала река Нил, тем не менее именно на египетской земле в Александрии позднее трудились Аристарх Самосский, Эратосфен, Тимохарис, пользуясь трудами жрецов, а схематический календарь египтян использовали в своих расчетах Птолемей и даже Коперник. Нам же стоит помнить, что один час, равный 1/24 длины суток был предложен миру именно древними египтянами.

* Гномон – древнейший астрономический инструмент, представляющий собой вертикальный предмет (обелиск, шест), позволяющий по длине его тени определить угловую высоту Солнца. Гномоном также называют часть солнечных часов, по тени от которой определяется время.

Европа

Самым древним в Европе мегалитическим памятником, связанным с астрономией, считается Ньюгрейндж в Ирландии, неподалеку от Дублина. Датируется Ньюгрейндж примерно 3000 г. до н. э. и представляет собой курган высотой в 13,5 метров, диаметром в 85 метров. 19-метровой туннель ведет в погребальную камеру, основу которой составляют вертикально поставленные каменные монолиты весом от 20 до 40 тонн. Стены Ньюгрейнджа расписаны странными различными кругами и спиралями, символизирующими кольца времени. Туннель ориентирован на юго-восток – точно на место восхода Солнца в день зимнего солнцестояния. В отличие от возведенного гораздо позже Стоунхенджа (около 1750 г. до н. э.), который представляет собой 82 мегалита, весом 5 тонн каждый, 30 каменных блоков (25 тонн каждый) и 5 огромных трилитов, весящих 50 тонн, в функции Ньюгрейнджа входила лишь одна астрономическая операция: определение начала года, которое его строители связывали с 21 декабря; в то время как Стоунхендж являлся древней астрономической обсерваторией, в которой велись наблюдения за Солнцем, Луной и другими планетами. Тем не менее до сих пор у археологов и астрономов остается много вопросов о технологиях постройки таких сооружений и их функциональности.

Ньюгрейндж

Новый Свет

На равнинах Северной Америки обнаружено огромное количество археологических памятников в виде каменных кругов на вершинах холмов. Самым древним является круг в Махорвилле в Канаде, который был сооружен около 2500 г. до н. э.

Биг-Хорн, один из самых важных астрономических памятников, находится в штате Вайоминг, США. Биг-Хорн представляет собой большую группу камней, из который выходят «лучи» длиной около 12 метров, по концам которых проведена каменная окружность. На концах каждого из шести лучей насыпаны каменные груды, а направление юго-западной груды камней совпадает с направление восхода Солнца в день летнего солнцестояния. На Биг-Хорне также можно было наблюдать и изучать восходы Сириуса, Ригеля и Альдебарана.

«Звездные» пирамиды Эквадора тоже являются той частью истории, которая очень интересует как археологов, так и астрономов. Недалеко о столицы Эквадора Кито расположен комплекс из 15 усеченных пирамид различных высот и площадей. Предполагаемая дата постройки 700—1200 г., но что интересно, все пандусы подходят к пирамидам с северо-востока и наклонены под углом в 10°, а самый большой достигает 300 метров в длину. Именно в этом направлении можно было видеть восход звезды Алькаид, которая расположена на конце созвездия Большая Медведица. Эта звезда восходит последней из семи звезд созвездия, но интерес индейцев в действительности был связан с урожаем, ведь, так как Альгина появляется на высоте в 10°, а ее восход приходится на конец октября, для индейцев это событие означило наступление сезона дождей и начало сельскохозяйственного года. Сезон этот в тропической зоне приходит внезапно, грозя застать врасплох землевладельцев, поэтому жителям Эквадора были так важны астрономические методы предупреждения стихии.

«Звездные» пирамиды Эквадора

Жрецы-астрономы майя

Древних индейцев пламени майя принято считать подлинными интеллектуалами доколумбовой Америки. Жрецы-астрономы майя всю жизнь вели наблюдения из каменных обсерваторий – караколей (раковин), знали пять планет, и только от жрецов шли указания о начале сельскохозяйственных работ. О хозяйственном направлении астрономической науки майя говорит то, как они называли месяцы: «сбор» (убор урожая), «олень» (сезон охоты), «облачный» (сезон дождей). Жрецы майя даже умели рассчитывать солнечные и лунные затмения, делая вид, что многие явления природы им подвластны. Астрономия в их руках была инструментом власти, который держал народ в страхе и повиновении. Календарь майя состоял из 13-дневной недели, 20-дневного месяца и 365- или 366-дневного года. Невероятно, но это был самый точный календарь из всех существующих. Лишние сутки по сравнению с истинным годом набежали бы в нем только через 10 тысяч лет. Для сравнения: календарь Цезаря за 128 лет давал ошибку в сутки, и даже наш современный – григорианский – календарь за 3 тысячи лет дает погрешность в сутки.

Календарь майя

Античная астрономия

Античная астрономия является очень важной страницей в истории науки, ведь именно в Древней Греции на протяжении почти восеми столетий закладывались фундаментальные основы мироздания и устройства Вселенной. Математические методы античных астрономов впоследствии использовались как средневековыми арабами, так и европейскими астрономами.

Выдающимся ученым IV столетия был Евдокс. Он был одним из виднейших математиков древности: он разработал общую теория пропорций и стал предшественником современного интегрального исчисления. С большой вероятностью именно Евдоксу принадлежат те доказательства о шарообразности Земли, которые приводил Аристотель, и даже Архимед упоминает вычисленное Евдоксом отношение расстояний до Луны и Солнца (1:12).

Нельзя не сказать об Аристотеле, авторитет которого в Средневековье по-настоящему сдерживал прогресс астрономии. Теория о том, что Земля является центром Вселенной, к которому стремятся все объекты, была очень популярна и принималась за незыблемую истину. Но в то же самое время именно в комбинации с этой теорией Аристотель в своей книге «О небе» доказал шарообразность Земли, используя в качестве аргументов затмения Луны и наблюдения за звездами.

Еще один античный ученый, который внес огромный вклад в науку, – Эратосфен. Он впервые довольно точно измерил длину земной окружности, используя самодельный прибор – скафис. Эратосфен заключил, что длина земной окружности составляет 39 690 километров. Если учитывать ненадежность исходных данных и грубость измерительных приборов, Эратосфен в действительности приблизился в цифре в 40 тысяч километров, равной длине окружности Земли.

Аристарха Самосского, жившего в III в. до н. э., по праву можно назвать Коперником античного мира, ведь он первым предложил и попытался доказать гелиоцентрическую модель устройства Солнечной системы. Он установил, что Луна обращается вокруг Земли, а Земля, помимо того что обращается вокруг своей оси, обращается еще и вокруг Солнца, и такое движение характерно для всех планет. Также Аристарх впервые заявил, что все звезды на ночном небе подвижны, и только из-за их удаленности нам кажется, что они неподвижны. Теория Аристарха не могла быть принята его современниками, слишко многое пришлось бы менять. Для ученых было невозможно поверить, что Земля тоже является небесным телом, подобным Марсу и Венере, ведь тогда бы рухнула тысячелетняя идея Неба. Отвергнув гелиоцентризм, современники ученого обвинили его в богохульстве и изгнали из Александрии. Почти через пять столетий Птолемей найдет доводы, опровергающие движение Земли. Потребуется несколько эпох, чтобы гелиоцентризм был принял людьми.

Николай Коперник

Николая Коперника по праву можно считать человеком, остановившим Солнце и сдвинувшим Землю, ведь он был первым в Европе, кто сформулировал и научно обосновал гелиоцентрическую систему мира.

Рано осиротев, Коперник получил образование в Италии. Во время учебы в университете Николай Коперник показал великолепные результаты по математике и богословию, но именно тогда он особо увлекся астрономией. А получив степень доктора канонического права, в 30 лет Коперник вернулся на родину – в Польшу. Все свои записи Коперник делал на латыни или на немецком языке – не известно ни одной бумаги, которую он бы сделал на польском языке. Коперник в совершенстве владел древнегреческим языком, более того, первый в истории перевод текста с древнегреческого на польский язык был сделан именно им.

Первые труды Коперника, раскрывающие механику небесных тел, распространялись свободно и даже вызывали восхищение в церковных кругах, однако как только Церковь поняла, что его работы «подрывают устои», книги были запрещены. Основные утверждения в гелиоцентрической системе Коперника были следующими: небесные сферы и орбиты не имеют общего центра, как утверждал Аристотель; центр Земли является лишь центром масс и центром орбиты Луны, а не центром Вселенной; расстояние между Землей и неподвижными звездами гораздо больше, чем расстояние между Землей и Солнцем, а все планеты движутся по орбитам, центрами которых является Солнце. Эти утверждения полностью противоречили господствовавшему на тот момент представлению об устройстве мироздания, согласно которому центральное положение во Вселенной занимает неподвижная Земля, вокруг которой вращаются Солнце, Луна, планеты и звезды. В 1616 г. при папе Павле V Католическая церковь официально запретила придерживаться теории Коперника и защищать гелиоцентрическую систему мира, поскольку такое истолкование противоречит Писанию, хотя гелиоцентрической моделью по-прежнему разрешалось пользоваться для математических расчетов движения планет. Также Коперник одним из первых высказал мысль о всемирном тяготении.

Вопреки распространенному мнению, Николая Коперника никто на костре не сжигал. Он прожил долгую жизнь, и в возрасте 70 лет скончался у себя дома. Могила великого ученого была обнаружена лишь в 2008 году, подлинность его останков подтвердил ДНК-тест.

Астрономия востока

Арабы, завоевав Аравийский полуостров, сформировали в VIII—X в. могучее государство – Арабский халифат. Еще в VII в. в руки арабов попали сокровища античной науки, но полностью перевести и использовать эти рукописи удалось лишь к VIII—IX в. Несмотря на это арабские ученые писали много энциклопедических работ и сочинений. В 1417—1420 г., внук знаменитого среднеазиатского завоевателя Тамерлана, Улугбек построил самую знаменитую на Среднем и Ближнем Востоке обсерваторию. Работая в этой обсерватории, арабские ученые вместе с Улугбеком достигли значимых результатов, определив и измерив экваториальные и горизонтальные координаты светил, наклон эклиптики к экватору, положение точки весеннего равноденствия, звездные координаты; была создана специальная таблица для вычисления лунных затмений.

Иоганн Кеплер

Иоганн Кеплер родился в германской земле Штуттгарт 27 декабря 1571 г. в бедной протестантской семье. В возрасте шести лет в 1577 г. Кеплер впервые увидел комету, эту же комету наблюдал и описал датский астроном Тихо Браге. В 1589 г. Кеплер окончил школу при монастыре Маульбронн, и за выдающиеся способности практически во всех науках городские власти назначили ему стипендию для помощи в дальнейшем обучении, однако Иоганн был очень болезненным, недуги преследовали его всю жизнь.

В конце XVI в. во многих городах Европы было открытое противостояние групп людей, которые имели разные представления об устройстве Вселенной. И в 1600 г. оба изгнанника – Кеплер и Браге – встретились в Праге, но вскоре выяснилось, что то, как Кеплер представлял астрономию, Тихо Браге разделял только отчасти. Чтобы сохранить уже относительно неактуальную модель устройства мироздания, согласно которой центральное положение во Вселенной занимает неподвижная Земля, Браге предложил компромиссную модель: все планеты, кроме Земли, вращаются вокруг Солнца, а Солнце вращается вокруг неподвижной Земли (гео-гелиоцентрическая система мира).

Сформированные Кеплером три закона движения планет дали ответы на многие вопросы, связанные с формой орбиты и скоростью движения планет.

Первый закон Кеплера (закон эллипсов): «Каждая планета Солнечной системы обращается по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце».

Второй закон Кеплера (закон площадей): «Каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причем за равные промежутки времени радиус-вектор, соединяющий Солнце и планету, заметает собой равные площади». Простыми словами, Солнце находится не в центре эллипса, по которому движутся планеты, поэтому чем ближе планета к светилу, тем быстрее она движется по своей орбите. Так, например, скорость Земли при обращении вокруг Солнца меняется каждые полгода примерно на 4000 км/ч.

Третий закон Кеплера (гармонический закон): «Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы больших полуосей орбит планет». Иными словами, когда планета приближается к Солнцу, радиус (полуось) ее орбиты уменьшается, но скорость, а следовательно, и время движения (период) – увеличивается.

Только в 1609 г. с большими мучениями Кеплеру удалось опубликовать свои труды, в которых ученый объяснял не только новую астрономию и физику неба, но и впервые выяснил, что является причиной океанических приливов. Кеплер абсолютно точно доказал, что причиной приливов служит Луна. Также именно Кеплер ввел в физику термин «инерция» как прирожденное свойство тел сопротивляться приложенной внешней силе, сформировав в ясном виде первый закон механики: «Всякое тело, на которое не действуют иные тела, находится в покое или совершает равномерное прямолинейное движение».

Труды Иоганна Кеплера об оптических явлениях можно считать началом оптики как науки. В своих работах он изложил геометрическую и физиологическую оптику, описал общую теорию линз, преломление света, рефракцию и понятие оптического изображения. Также Кеплер впервые выяснил роль человеческого хрусталика, описав причины близорукости и дальнозоркости, а углубленное изучение оптических законов привело Кеплера к схеме телескопической подзорной трубы (телескоп Кеплера).

В память о великом ученом были названы кратеры на Луны и Марсе, сверхновая звезда, орбитальная обсерватория и космический корабль.