Книга: Царство Солнца. От Птолемея до Эйнштейна

КОЛЬЦА САТУРНА

КОЛЬЦА САТУРНА

Телескоп Галилея усовершенствовался и улучшался в руках тех людей, которые жили после него. Он представлял собой просто трубу, которую приходилось  держать в руках или класть на подоконник. Позже астрономы стали использовать более крупные линзы и более длинные трубы,  получая большее увеличение. К 1650 г. было изготовлено несколько телескопов длиной в 45 метров. Астрономам пришлось делать  телескопам подпорки, устанавливать их так,чтобы они могли поворачиваться в разных направлениях.

Новые открытия делались постоянно и в огромных количествах. Можно было  получить более точное представление  относительно расстояний до планет, поскольку при наблюдениях в телескоп становилось  возможным измерение небольших параллаксов.  Например, когда Венера и Меркурий проходят точно между Землей и Солнцем (оба время от времени это делают), они выглядят как  маленькие круглые черные точки, движущиеся через Солнце. Это называется прохождением. Наблюдатели, находящиеся в разных точках Земли, могут заметить, когда именно Венера или Меркурий соприкоснулись с Солнцем, когда они отошли от него и по какой  траектории двигались. Такие наблюдения можно было использовать для определения  параллакса Солнца, так что стало возможным  определить расстояние и до него.

(Первое прохождение Венеры наблюдал в телескоп в 1634 г. юный Джеримайя Хороке, которого я уже упомянул в связи с открытием эллиптической орбиты Луны. Однако только во время прохождения 1769 г. измерения стали достаточно  точными, чтобы с их помощью стало возможно определить расстояние до Солнца. В тот год американский ученый Дэвид Риттенхауз, наблюдая прохождение, заметил, что у Венеры есть атмосфера. Это была первая атмосфера, открытая на другой планете.)

Даже с телескопом казалось  невозможным определение параллакса любой из звезд. Наконец, в 1838 г. несколько  астрономов одновременно объявили о  параллаксе некоторых звезд. Чтобы показать вам, насколько сложной была задача, скажу, что Солнце отстоит от Земли на 16 000 000  километров и для измерения его параллакса понадобился телескоп. Но даже ближайшая звезда находится на расстоянии в  приблизительно 80 000 000 000 000 километров, что примерно в 250 000 раз больше, чем расстояние до Солнца. Следовательно,  параллакс даже самой близкой звезды  действительно очень мал.

Однако эти параллаксы были все-таки не настолько малы, чтобы их нельзя было  измерить. Конечно, к 1838 г. ни одному  астроному и в голову не приходило усомниться в системе Коперника. Однако если бы кто- то все-таки усомнился, то окончательным доказательством того, что Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот, стал бы тот факт, что некоторые звезды меняют свое положение, отклоняясь в течение полугода в одну сторону, а потом в течение  следующего полугода в обратную. Этот факт  убедил бы даже Тихо Браге.

Телескоп также продолжал увеличивать Солнечную систему, делая возможность  открывать новые небесные тела в ее пределах. Мы теперь называем эту систему Солнечной потому, что в ее центре находится Солнце и вся она как бы ему принадлежит. Всю  систему, включая и Землю, можно представить себе как царство Солнца.

В попытках получить все большее  увеличение телескопы становились такими  длинными, что в конце концов их стали  изготавливать без труб. Линзы подвешивались в воздухе в определенных местах. Такие  телескопы назывались воздушными. Однако чем длиннее становились такие телескопы, тем труднее было с их помощью найти какую-то определенную звезду или планету.

Голландский астроном Христиан Гюйгенс в 1655 г. изучал с помощью телескопа Сатурн и обнаружил, что его окружает сверкающее кольцо, которое вращается вдоль экватора планеты, не прикасаясь к ней. Это явление за сорок лет до этого едва не обнаружил  Галилей. В тот же год Гюйгенс также открыл крупный спутник, вращающийся вокруг  Сатурна. Он оказался не таким большим, как два самых крупных спутника Юпитера, но все равно крупнее нашей Луны. Гюйгенс  назвал его Титаном за его размер, потому что титанами звались мощные гиганты, которых древние греческие мифы связывали с  Сатурном (Кроном).

Помимо этого он открыл, что Юпитер не идеально круглый, а шире на экваторе.

Гюйгенс также первым создал  действующие часы с маятником, использовав  открытый Галилеем принцип маятника. Благодаря этому астрономы смогли проводить свои наблюдения, зная их точное время. Значит, два астронома, находящиеся в разных  местах, могли знать, когда они проводили свои наблюдения одновременно. Это оказалось чрезвычайно полезно для развития науки. Для астронома хорошие часы важны почти в той же степени, как и хороший телескоп.

Учеником Гюйгенса стал датчанин Оле Рёмер. Он показал, как телескоп можно  устанавливать на земле при помощи колеса,  которое позволяло его поворачивать. Используя маятниковые часы Гюйгенса для точного  определения времени, телескоп можно было  направлять в таком направлении, что нужные спутники или планеты оказывались в поле зрения автоматически. Огромные воздушные телескопы моментально вышли из моды. Рёмер измерил движение спутников Юпитера и разработал формулы, по которым можно было предсказать, когда они пройдут позади Юпитера. Естественно, каждый из четырех спутников двигался по-своему.

Однако, определив эти перемещения, Рёмер обнаружил, что, когда Земля  находится с Юпитером по одну сторону от Солнца, каждый спутник уходил за Юпитер чуть раньше, чем следовало. А когда Земля и Юпитер оказывались по разные стороны от Солнца, спутники уходили за Юпитер чуть позже. В обоих случаях «ошибка» для всех спутников была одинаковой, и Рёмеру не удавалось создать такие способы расчета, которые бы эту погрешность устранили.

В 1675 г. Рёмер решил, что эти  погрешности должны были обусловливаться тем, что для движения света необходимо время. Когда Земля и Юпитер находились но  разные стороны от Солнца, свету требовалось дополнительное время (оно оказалось  равным 16 минутам) для того, чтобы пересечь орбиту Земли. Спутники не заходили  слишком рано или слишком поздно. Дело было только в том, что свет, который сообщал об этом, долетал до глаз астронома чуть  раньше или чуть позже.

Используя диаметр орбиты Земли и  отрезок времени, на который задерживалось  затмение спутников Юпитера, Рёмер смог  объявить полученную им величину скорости света. Он получил число, которое очень близко к тому, которым принято пользоваться сейчас. В то время определение этого числа могло  показаться не слишком важным, однако  скорость света оказалась ключом к современной физике. Следовательно, Рёмеру удалось  добиться большего, чем он рассчитывал.

Сейчас самое точное современное  значение составляет примерно 300 000  километров в секунду. Это огромная скорость. Свет от Земли достигнет до Луны за 1 1/4  секунды, а до Солнца — за 8 минут. Однако до ближайшей звезды свет будет идти уже больше 4 лет.

Еще одним астрономом, изучавшим  Юпитер с помощью телескопа, был итальянец Джованни Доменико Кассини. Его работы принесли ему известность, и Людовик XIV, король Франции, пригласил его в Париж. В Италии Кассини определил время  оборота Марса и Юпитера вокруг своей оси и обнаружил тени, которые отбрасывали на Юпитер его спутники; во Франции он  сосредоточил свое внимание на Сатурне.

В 1675 г. — в тот год, когда Рёмер  определил скорость света, — Кассини заметил, что кольца Сатурна двойные. Там оказалась темная линия, которая разделяла их на широкую внутреннюю часть и более узкую  наружную. Ее до сих пор называют делением Кассини. До этого, в 1671-м и 1672 гг.,  Кассини открыл два спутника Сатурна и  позднее, в 1684-м, еще два.

Он попытался назвать их Людовиками в честь Людовика XIV, точно так же, как  Галилей пытался с помощью своих спутников  оказать честь Медичи. И эта попытка польстить правителю не удалась. Открытые Кассини спутники сейчас известны как Тефия, Диона, Рея и Япет. Все это — имена титанов,  которых греческие мифы связывали с Сатурном (Кроном). Ни один из этих четырех  спутников не достигает величины Титана или Галилеевых лун Юпитера. Самый крупный из них имеет диаметр чуть больше 1800 километров. Однако они все равно остаются довольно крупными объектами по сравнению с теми, которые были открыты позднее.

Кассини также занимался определением параллакса Марса и в результате этого  получил более точные расстояния до этой  планеты и других тел Солнечной системы.

Как бы то ни было, все это было теми  деталями, которые должны были увеличить сокровищницу человеческих знаний в  результате использования телескопа. Однако теперь к ней добавилось нечто совершенно новое и удивительное: это сделал гений  человека, который родился в Рождество того же года, в котором умер Галилео Галилей. Человеком этим был Исаак Ньютон.