Как познавалась вселенная

Всехсвятский Сергей Константинович

Кеплер установил, что орбита Марса имеет форму эллипса. Солнце при этом располагается не в центре эллипса, а в одном из его фокусов — точке, лежащей на большой оси эллипса (рис. 3). Таким образом, планета, обращаясь вокруг Солнца, то приближается к нему, то несколько удаляется.

Рис. 3. Солнце находится в фокусе эллиптической орбиты планеты П; РА — большая ось эллипса; О — центр эллипса.

Проводя

дальнейшие исследования движения Марса, учёный установил, что планета имеет различную скорость на разных участках своего пути. Вблизи Солнца, например, она движется быстрее.

Оба вывода, полученные в результате изучения движения Марса, были в дальнейшем распространены учёным на все планеты и получили название законов Кеплера. Этими двумя законами устанавливалась форма планетных орбит и зависимость скорости планет от их положения на орбите.

Со времени Коперника было известно, что более далёкие планеты обладают большим периодом обращения вокруг Солнца. Это натолкнуло Кеплера на мысль, что здесь существует определённая закономерность. Вскоре она была установлена, и появился третий закон Кеплера, который определяет зависимость между расстояниями планет от Солнца и периодами их обращения вокруг него.

Заслуга Кеплера перед астрономией чрезвычайно велика. Открыв законы движения планет, он внёс полную ясность в систему мира Коперника.

Однако, какова же физическая причина движения планет? Почему эти небесные тела движутся вокруг Солнца по строго определённым путям, а не улетают от него прочь? Ответить на этот вопрос, который был наиболее серьёзным возражением церкви против движения Земли, Кеплер пытался. При этом он правильно полагал, что сила, движущая планеты, исходит от Солнца, но установить величину и характер действия этой силы учёный не смог.

Эту задачу решил великий английский учёный Ньютон (1642–1727 гг.) — основатель небесной механики, того раздела астрономии, в котором изучается движение планет под действием притяжения Солнца и взаимного тяготения.

Эпоха, в которую жил Ньютон, характеризовалась дальнейшим развитием капитализма. Рост промышленности и торговли требовал развития техники и механики.

Ещё в университете Ньютона привлекли вопросы, связанные с движениями планет. Здесь и началась его напряжённая научная работа, которая привела учёного к великим открытиям в механике, физике и астрономии.

Размышляя над причинами, вызывающими движение планет, Ньютон пришёл к мысли, что все тела испытывают силу притяжения или, как он называл, тяготения друг к другу. Тяготение тел, как установил Ньютон, является одним из основных, постоянно проявляющихся свойств материи. Эта сила тяготения и не позволяет планетам улетать прочь от Солнца, удерживая их на орбитах. Чем больше масса тел и чем они ближе друг к другу, тем с б'oльшей силой они притягиваются.

Ньютон установил закон, получивший название закона всемирного тяготения. По этому закону, ставшему одним из основных законов современного естествознания, сила притяжения двух тел прямо пропорциональна их массе (т. е. во сколько раз больше масса тела, во столько же раз больше и сила притяжения) и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними (это означает, что если расстояние между телами уменьшить вдвое, то они будут притягиваться друг к другу в 4 раза сильнее; если расстояние уменьшить в три раза, то притяжение станет в 9 раз больше).

Поскольку сила притяжения представляет собой взаимное действие тел друг на друга, то оба тела будут притягиваться друг к другу с одинаковой силой. Результат действия этой силы зависит от массы притягивающихся тел: тело с б'oльшей массой будет двигаться медленнее другого, менее массивного тела.

На поверхности Земли главной силой притяжения является сила притяжения самой Земли, поскольку масса Земли несравненно больше массы любого тела, находящегося на её поверхности. Поэтому все тела на Земле под действием её притяжения падают по направлению к её центру.

Сила притяжения удерживает на своей орбите и спутника Земли Луну, заставляя её обращаться вокруг Земли.

Ньютон убедился в правильности своих выводов на примере движения Луны. Затем он применил закон тяготения к движению всех планет вокруг Солнца и к движению спутников Юпитера и Сатурна.

Сила взаимного притяжения действует между Солнцем и всеми планетами. Но масса Солнца больше массы всех планет в 750 раз. Поэтому массивное Солнце почти не смещается силой притяжения планет, в то время как лёгкие планеты под действием силы притяжения со стороны Солнца движутся вокруг него.

Таким образом, учёный подтвердил, что законы движения являются едиными как на Земле, так и вне её.

После работ Ньютона учение Коперника получило полную стройность и закономерность.

Убеждённым сторонником гелиоцентрической системы мира Коперника был великий русский учёный М. В. Ломоносов (1711–1765 гг.). Несмотря на противодействие церковных и светских властей, Ломоносов в ряде своих сочинений защищал и развивал учение Коперника. Он писал:

«Астроном весь свой век в бесплодном был труде. Запутан циклами, пока восстал Коперник, Презритель зависти и варварству соперник. В средине всех планет он Солнце положил, Сугубое Земли движение открыл».

Учёный был твёрдо убеждён, что вселенная бесконечна и состоит из великого множества обитаемых миров:

«Уста премудрых нам гласят: Там разных множество светов; Несчётны солнца там горят, Народы там и круг веков».

В 1761 году Ломоносов наблюдал сравнительно редкое явление (например, в течение всего XX века этого не произойдёт): Венера, двигаясь вокруг Солнца, прошла точно между ним и Землёй. Когда маленький чёрный кружок Венеры пересёк солнечный диск и приблизился к его краю, вокруг Венеры появилась розоватая каёмка. Ломоносов правильно заключил, что это — атмосфера Венеры.

Своё открытие учёный выразил так: «Венера окружена знатною воздушною атмосферою, таковою (лишь бы не большею), какова обливается около нашего шара земного». Это открытие указывало на близкое сходство Земли и Венеры, что также подтверждало справедливость учения Коперника.

От механики к физике неба

После открытия Ньютоном закона всемирного тяготения перед астрономией встала задача — выяснить все особенности движения небесных тел, установить расстояния между Солнцем и планетами, определить размеры всей нашей планетной системы.