Системы мира

Гурев Г. А.

Одним из важнейших недостатков системы Коперника было признание не двух родов движения Земли (около о си и около Солнца), а трех, причем третье он называл «движением по склонению». Он считал, что оно совершается в обратном направлении относительно порядка зодиакальных созвездий, т. е. от востока к западу, и служит для объяснения смены времён года, для приведения во всякий момент, оси Земли в положение, параллельное тому, какое эта ось занимала прежде. Вот почему Коперник считал нужным придумать это последнее движение.

Коперник впервые показал, что смена времен года может быть объяснена лишь при условии, когда земная ось при движении вокруг Солнца постоянно остается параллельной себе. Но он не знал механического закона инерции, открытого почти через столетие Галилеем,

и поэтому он, подобно другим ученым своего времени, находился под влиянием аристотелевого учения об естественных и насильственных движениях. Согласно этому учению, какое-нибудь тело может обращаться вокруг другого тела только тогда, когда оно поддерживается каким-нибудь твердым телом, например, хрустальной сферой, в поверхность которой оно вставлено. В таком случае к центру вращения будет обращена постоянно одна и та же сторона тела при всех положениях; какие, будут принимать соответствующие точки сферы во время ее вращательного движения. Выходит, таким образом, что Земля должна находиться по отношению к Солнцу в таком же положении, как Луна по отношению к Земле, т. е. она должна иметь постоянно одни и те же части обращенными к дневному светилу. Но так как этого нет, то Коперник предположил, что сверх вращения вокруг своей оси и обращения вокруг Солнца наша Земля наделена третьим движением, благодаря которому она принимает такие постепенные положения, что ось остается постоянно параллельного самой себе.

Таким образом Коперник не знал еще, что два движения Земли (вокруг оси и вокруг Солнца) совершенно незави- с и м ы одно от другого. Эта независимость вытекает из замечательных опытов Галилея над инерцией тел.

В то время как Земля движется вокруг Солнца, ось земная не меняет своего направления и остается параллельной своему прежнему положению в пространстве.

Преемники Коперника довольно скоро заметили эту его ошибку и отбросили третье движение Земли, вследствие чего гелиоцентрическая система мира приняла более простой, более естественный вид.

Фиг. 33. Коперниково объяснение времени года. Рисунок из его книги, показывающий, что ось вращения Земли FH остается во время обращения вокруг Солнца «параллельной самой себе» и сохраняет с плоскостью земной орбиты постоянный наклон. А, В, С, D — центры Земли в начале четырех времен года, т. е. около 23 декабря, 21 марта, 22 июня и 22 сентября.

Трудно было устранить другую астрономическую погрешность системы Коперника, касавшуюся характера движения небесных тел.

Дело в том, что, заменяя своею, гелиоцентрическою системой мира геоцентрическую систему, Коперник все-таки не только не изгнал еще идеи об эпициклах, лежащей в основе птолемеевой системы, но и сам пытался при помощи эпициклов объяснить наблюдаемые неравномерности в скорости движения планет. Он целиком сохранил положение о равномерном круговом движении планет, которое для него, как и для других астрономов того времени имело еще силу неопровержимой истины.

Как мы видели, Коперник решительно отказался от эпициклов, когда дело шло о разъяснении «второго неравенства», т. е. главных, наиболее загадочных особенностей планетных движений — обратных направлений, стояний и узлов. Однако сделанное Коперником допущение, что Земля движется вокруг Солнца, не дало возможности объяснить «первое неравенство» — неравномерность скорости движения планет. Он не знал, что это неравенство вызвано тем, что планеты (в том числе и Земля) обращаются вокруг Солнца не- по кругам, а по эллипсам, и следовательно представляет собой свойство планетных движений. Он думал, что это только кажущееся явление, порожденное круговым движением светил, и поэтому в его планетную систему вторглась некоторая сложность и запутанность.

Допуская, подобно древним астрономам, что движение планет вокруг Солнца является равномерно — круговым, Коперник должен был давать каждой планетной орбите особый центр. Выходило, что планеты движутся по эксцентрическим орбитам, т. е. Солнце находится не в геометрическом (общем) центре планетных орбит, а «сбоку», в известном расстоянии от этого центра (эксцентриситет земной орбиты Коперник нашел равным 1/30). Однако это допущение оказалось недостаточным для объяснения «первого- неравенства», и поэтому Коперник должен был прибегнуть к помощи теории эпициклов, т. е. рассматривать видимое неравномерное движение каждой планеты вокруг Солнца как результат сложения некоторых равномерных движений. Птолемеева система требовала больших эпициклов для объяснения основных движений («второго неравенства») планет, в соответствии с движением Земли вокруг Солнца, и эти-то главные эпициклы Коперник отбросил. Но для истолкования неравномерной скорости планетных движений («первого неравенства»), в соответствии с эллиптичностью орбит, он оставил меньшие эпициклы.

Всего Коперник сохранил в своей системе 34 эпицикла, вместо свыше 80 эпициклов в одном из последних вариантов птолемеевой системы, и в этом сокращении числа кругов он видел большое преимущество своей системы. «Достаточно всего 34 кругов, чтобы объяснить все строение мира, весь сложный танец светил», — с удовлетворением подчеркивал он в своей предварительной рукописной работе. Из этих 34 кругов четыре потребовалось ему для Луны, три для Солнца, семь для Меркурия (движение которого особенно неправильно) и по пяти для каждой из остальных планет. Таким образом, хотя система Коперника низвергла геоцентризм Птолемея, ее нельзя противопоставить птолемеевой системе эпициклов: она являлась не только гелиоцентрической, но и эпициклической, ибо допускала равномерно — круговое движение.

Поэтому при вычислении эфемерид, т. е. положения планет для отдельных моментов, система Коперника не имела тогда существенных преимуществ перед системой Птолемея. Оба вычислительных метода почти совпадали. По старой системе мира сперва определяли положение планеты на эпицикле, затем положение центра эпицикла на окружности деферента и, наконец, из этих двух величин выводилось положение планеты на небесной сфере. По новой же системе сперва устанавливалось положение Земли и положение планеты на их орбитах, а затем путем соединения этих двух положений получалось геоцентрическое, т. е. видимое с Земли положение планеты на небосводе.

Это совпадение вычислительных методов, вытекавшее из принципа равномерно — кругового движения небесных тел, было одной из важнейших причин неуспеха системы Коперника у профессиональных астрономов, для которых решающим было практическое значение теории. Тихо Браге (1546–1601) при точности своих наблюдений легко заметил, что круговые пути не соответствуют истинному положению вещей, но был не в силах разрешить этот вопрос. Как мы далее увидим, только Кеплер после долгих и утомительных попыток нашел, что планетные орбиты имеют форму эллипсов, весьма близких друг к другу, и таким образом освободил систему Коперника от его крупнейшего недочета.

Однако вначале ученых смущали не столько астрономические недочеты системы Коперника, сколько ее «кажущаяся» физическая несостоятельность, т. е. ее резкое противоречие основам аристотелевского учения о движении, которое учеными того времени признавалось неоспоримым.

Например, как мы знаем, Аристотель учил, что за исключением равномерного кругового движения светил и отвесных движений вверх и вниз тяжелых и легких земных тел, все прочие движения насильственны и должны прекращаться сами собой; и далее, что круговое движение, как совершеннейшее, присуще одним только небесным телам. Коперник, находившийся всецело под влиянием господствовавшей тогда аристотелевой физики, признает все это. Но несмотря на это, он решительно отвергал различие между небесными телами и Землей, считая, что круговое движение, свойственное всем небесным телам, должно быть присуще и Земле. Он смело отбросил освященное церковью аристотелевское представление о разделении мира на две совершенно различные части — «небо» и «Землю». Тем самым он подорвал старое учение о материи и движении и сделал большой шаг к созданию современной физики и механики.