Наблюдение неба с примитивными инструментами. XIII век.
Понятно, что в древние времена еще не было синхронной работы обсерваторий на таких больших базах, и поэтому не могло быть достаточных точностей определения. Тем не менее Гиппарху, по-видимому, впервые удалось определить параллакс Луны, используя то обстоятельство, что солнечное затмение 129 года до нашей эры в Геллеспонте было полным, а в Александрии было закрыто 4/5 солнечного диска. Зная расстояние между этими пунктами, Гиппарх смог найти значение параллакса, а значит, и расстояние от Луны до Земли.
Стоунхендж — обсерватория бронзового века. 2000 год до нашей эры. Реконструкция.
Быть может, одной из самых древних известных истории обсерваторий являются знаменитые развалины Стоунхенджа в Англии. Этому сооружению около 4 тысяч лет, и, по-видимому, его арки являются огромными визирами, позволявшими с точностью более 1° отмечать восходы и заходы Солнца и Луны в дни солнцестояний и равноденствий. Нельзя исключить того, что еще более древние «обсерватории» были на территории Армении. А первая настоящая астрономическая обсерватория появилась в Европе лишь в XVI веке.
Тихо Браге и другие
Знатный датский дворянин Тихо Браге провел довольно бурную молодость. Он дрался на дуэли и в результате носил на переносице протез из золота и серебра, так как во время дуэли лишился носа — весьма заметной части человеческого лица. Астрономией Тихо заинтересовался в 14 лет, на первом курсе наблюдал затмение Солнца. В это время он учился в Копенгагенском университете.
Слава Тихо Браге как астронома связана, в частности, с его наблюдениями новой звезды, появившейся на небе в созвездии Кассиопеи в 1572 году. Заметим, что эта вспышка поколебала веру многих образованных людей того времени в учение Аристотеля, утверждавшего, что все неизменно в этом мире. Тихо Браге проводил тщательные измерения положения «новой» звезды на небе, изменения ее яркости и цвета и в 1573 году опубликовал книгу о своих наблюдениях, хотя поначалу сильно сомневался, совместимо ли это с его дворянским достоинством.
Король Дании Фредерик отдал в распоряжение Тихо Браге небольшой островок Хвен неподалеку от Копенгагена, где Браге и выстроил себе обсерваторию, оборудованную новыми измерительными инструментами для определения положения светил на небе и расстояний между ними. Браге сам изобретал эти инструменты, квадранты и секстанты, а искусный механик швед Й. Бюрги изготавливал их.
Здание обсерватории Тихо называл «Небесным замком», «Дворцом Урании», музы — покровительницы астрономии. Обсерватория представляла собой в плане точный квадрат, ориентированный по сторонам света. «Дворец Урании» был трехэтажным зданием. На первом этаже в трех комнатах жила многочисленная семья астронома, четвертая комната использовалась как гостиная, хотя в ней находился один из лучших инструментов Браге — большой стенной квадрант. На этом же этаже располагались кухня и музей. Там же Тихо Браге соорудил небольшую «насосную станцию», подававшую воду во все помещения обсерватории. Не каждый королевский дворец в то время мог похвастаться водопроводом. На втором этаже были отведены специальные комнаты для короля и королевы на случай их визита на остров. И самое главное — на втором этаже находились четыре обсерватории. В помещениях третьего этажа жили ученики и сотрудники великого астронома, а в подвале размещалась химическая лаборатория.
К 1584 году возникла необходимость сооружения еще одной обсерватории, и вскоре рядом с «Небесным замком» — Ураниеборгом вырос «Звездный замок» — Стьернеборг. Над входом в подземное помещение Стьернеборга было выбито латинское изречение: «Non fasces nec opes sola artis sceptra perennant» — «Ни власти, ни богатства, а только науки скипетр вечен».
Тихо прожил на острове в окружении учеников и помощников более 20 лет, с 1576 по 1597 год, выполнив огромный объем наблюдений. В них он достиг поразительной точности. Ведь совсем недавно, во времена Коперника, ошибки при наблюдениях составляли примерно 10′ (10 минут). Тихо улучшил эту величину более чем на порядок! Такая величина ошибки для дотелескопической астрономии приближалась к теоретическому пределу. Например, средняя ошибка при определении положения некоторых фундаментальных звезд была всего 32″,3.
Датский астроном Тихо Браге (1546–1601) проводит наблюдения в обсерватории.
Интересно, что великий астроном не признавал гелиоцентрической системы Коперника, считая его, однако, выдающимся астрономом. Правда, не настолько, чтобы поместить его портрет в ряду портретов величайших астрономов мира, висевших на стенах Стьернеборга, — Тимохариса, Гиппарха, Птолемея, Альбаттани и… самого Тихо.
К числу выдающихся достижений Тихо следует отнести его наблюдения за кометой 1585 года. Измеряя параллакс кометы, он установил, что она находится гораздо дальше от Земли, чем Луна. Этим он полностью опроверг утверждение Аристотеля о том, что кометы — образование подлунных сфер.
Браге вел многолетние и систематические наблюдения звезд и планет. Он составил впервые после Гиппарха и Птолемея каталог, который почти сто лет оставался самым лучшим и надежным справочников для любого астронома. Браге непрерывно занимался определением положения Луны и планет, и здесь его данные также были лучшими для своего времени.
Обсерватория «Ураниеборг» на острое Хвен, где работал Тихо Браге.
После смерти короля Фредерика Браге вынужден был покинуть Данию и переселился в Прагу, где в то время правил император Рудольф II — большой любитель алхимии и астрологии. В последний год своей жизни Браге взял к себе в помощники молодого И. Кеплера, который и получил пост директора императорской обсерватории в 1601 году, после кончины наставника.
Если Браге мы называем величайшим астрономом эпохи дотелескопической астрономии, то Кеплер — основоположник теоретической астрономии. Основу его исследований бесспорно составили наблюдения Тихо Браге. Он первым опроверг древний астрономический канон, согласно которому планеты имеют круговые орбиты, и показал, что движение планет происходит по эллиптическим траекториям.
«Это было так, как будто я бы проснулся и увидел новый свет», — воскликнул Кеплер после того, как убедился в правильности проделанных вычислений, результат которых сейчас во всех учебниках называется первым законом Кеплера. Это правило он получил, обрабатывая данные наблюдения за положением Марса. Но именно исследование Марса открыло Кеплеру общие закономерности планетных движений.
Законы Кеплера.
В 1618 году вышла его книга «Краткое изложение коперниковой астрономии» — первый полный учебник астрономии. В этом учебнике в форме вопросов и ответов приводились впервые правильные данные о Солнечной системе, давались элементы орбит планет. Кеплер был не только блестящим математиком, по своему духу он был прежде всего физиком, всегда стремился к тому, чтобы найти правила, по которым построен окружающий мир. Три таких правила ему удалось открыть: это три знаменитых закона, носящих его имя.
Сам Кеплер считал это главным результатом всей своей жизни. «Я писал свою книгу для того, чтобы ее прочли, теперь или после — не все ли равно? Она может сотни лет ждать своего читателя, ведь самому богу пришлось тысячи лет дожидаться того, кто постиг его работу».
Интересно, что в 1612 году Кеплером впервые была разработана оптическая теория телескопа, и один из типов телескопа был назван его именем, хотя сам Кеплер никогда не занимался практическим изготовлением оптических инструментов.