Николай Горькавый - Небесные механики
Такие ослепительные моменты выпадают раз в жизни – и то далеко не в каждой. Кеплер был счастлив до слёз.
* * *В 1609 году Иоганн Кеплер публикует книгу «Новая астрономия», в которой содержатся два закона небесной механики, известных сейчас как первый и второй законы Кеплера:
1. Форма планетной орбиты – эллипс, в одном из фокусов которого находится Солнце.
2. Скорость движения планеты по орбите меняется так, что линия, соединяющая планету с Солнцем, заметает одинаковую площадь за каждую единицу времени. (Другими словами, скорость орбитального движения планеты больше возле Солнца и меньше вдали от него.)
– Что такое «заметает»? – спросила Галатея.
– Возьми линейку и проведи её ребром по пыльной поверхности. Всё, что станет почище, – это и есть площадь, которуя «замела» твоя линейка, – пояснила Никки.
– Линейка у меня есть, но где мне взять такую пыльную поверхность? – задумалась Галатея.
– Я легко помогу тебе в этом, – успокоил брат сестру, и Никки продолжила:
– «Новая астрономия» содержала 900 страниц трудоёмких математических вычислений. В середине этого математического моря Кеплер оставил плавать такое эмоциональное замечание: «Если этот утомительный метод вызывает в вас отвращение, то пусть он также вызовет ваше сочувствие ко мне, потому что я проделал эти выкладки не менее семидесяти раз…»
Благодаря точнейшим наблюдениям Браге и математическому гению Кеплера, гелиоцентрическая система Коперника всего за шестьдесят лет обрела совершенное математическое воплощение и превосходное наблюдательное подтверждение, чего теория Птолемея не смогла достичь и за полторы тысячи лет.
Коперниканская теория сумела прекрасно объяснить движение Земли и пяти видимых планет, известных с незапамятных времён.
Кеплер не смог выполнить завещание Тихо Браге и подтвердить его теорию строения планетной системы. Но он восславил своего старшего коллегу не как теоретика, а как великого наблюдателя.
Девятью годами позже Кеплер добавил к двум первым законам небесной механики ещё и третий закон, связавший среднее расстояние и период обращения планеты.
Никки обратилась к детям:
– Хотите самостоятельно открыть третий закон Кеплера?
– Хотим! – воскликнул Андрей.
– Э-э-э… да! – поддержала его Галатея.
Никки кивнула и принялась писать на листке бумаги цифры, по ходу дела поясняя:
– Если принять среднее расстояние от Земли до Солнца за единицу (она называется астрономической единицей и обозначается – а. е.), то средние расстояния от Солнца и периоды обращения шести планет, известных во время Кеплера, будут таковы:
Меркурий: 0,387 а. е., 0,241 года;
Венера: 0,723 а. е., 0,615 года;
Земля: 1,000 а. е., 1,000 год;
Марс: 1,524 а. е., 1,881 года;
Юпитер: 5,203 а. е., 11,862 года;
Сатурн: 9,539 а. е., 29,458 года.
Никки протянула листочек детям и сказала:
– Завтра вооружитесь калькулятором и попробуйте обнаружить изумительную закономерность, спрятанную в приведённых выше числах.
(Вы тоже это можете сделать, читатель. Если же вам недосуг открывать законы неба, и вы просто хотите проверить закон, найденный Кеплером, то вычислите куб среднего расстояния планеты от Солнца и разделите его на квадрат периода обращения планеты – и вы получите, что у ВСЕХ планет Солнечной системы эта величина практически одинакова – даже если рассчитать эту величину для Урана и Нептуна, неизвестных во времена Кеплера, или для любого из сотен тысяч открытых ныне астероидов!)
Никки, озадачив ребят, продолжила:
– С помощью своих законов Иоганн Кеплер сумел точно предсказать положения всех планет на небе на сотни лет вперёд. Кеплер, основываясь на наблюдениях Тихо Браге, опубликовал за свой счёт «Рудольфовы таблицы», которые пользовались огромной популярностью и были надёжным инструментом астрономов и моряков в течение двухсот лет.
Достижения Кеплера этим далеко не исчерпываются. Например, переписываясь с Галилеем, он предложил новый тип телескопа, который вскоре вытеснил схему телескопа самого Галилея.
Многие из этих научных достижений пришлись не на пражский период, а на заключительную и очень беспокойную часть жизни Кеплера.
* * *В 1611 году спокойная жизнь императорского астронома Кеплера закончилась: его старший сын умирает от оспы, а жена – от эпилепсии. В это же время император теряет корону, и Кеплер переезжает в Линц – столицу Верхней Австрии, где женится второй раз на дочери столяра.
Жизнь продолжает испытывать Кеплера на прочность.
Мать Кеплера, живущая в Леонберге, обвиняется в колдовстве, её сажают на железную цепь у городских ворот.
– Пожилую женщину сажают на цепь у ворот? – переспросила недоверчиво Галатея.
– Обвинение в колдовстве было смертельно опасно в семнадцатом веке: только за одну зиму в Леонберге сожгли шесть женщин, объявленных ведьмами. Тётка матери Кеплера была сожжена по тому же обвинению.
Кеплер защищает свою мать и добивается её оправдания. Но, измученная долгой неволей, Катарина Кеплер умирает через год после освобождения.
Позже Линц попадает в осаду восставших крестьян-протестантов и сгорает в пламени религиозной войны.
Кеплер снова переезжает – уже в немецкий город Ульм. Он не подозревает, что через двести пятьдесят лет в этом местечке родится Эйнштейн – человек, который сможет уточнить законы Кеплера и вывести небесную механику на уровень небесной физики.
Финансовые дела у Иоганна Кеплера идут всё хуже. Он всё ещё является придворным астрономом, но зарплату ему уже многие годы не выплачивают: у нового императора слишком много военных расходов.
Вся Европа охвачена кровопролитной Тридцатилетней войной.
Осенью 1630 года Кеплер отправляется к императорскому двору, надеясь получить хотя бы часть жалованья. Стоит слякотный холодный ноябрь. По дороге Иоганн Кеплер сильно простужается и умирает…
На его могиле высечены латинские строки, написанные самим Кеплером:
Я небеса измерял;Ныне тени Земли измеряю.Дух мой жил на небе;Здесь же тень тела лежит.
* * *Наследникам Кеплера досталась поношенная одежда, двадцать два флорина наличными, тридцать тысяч флоринов невыплаченного жалованья и архив научных рукописей, большая часть которых в восемнадцатом веке была приобретена Петербургской академией наук.
Через несколько лет после смерти Кеплера была опубликована последняя и неожиданная книга великого учёного: научно-фантастическое повествование об астрономе, который летит на Луну и наблюдает небо с гораздо более выгодной точки, чем Земля. Видимо, это было первое в истории научно-фантастическое произведение (с ударением на «научное»).
– Эй, хочу почитать эту книгу! – воскликнул Андрей.
Никки задумчиво сказала:
– Кеплер был болезненным и небогатым человеком. Он сам и его семья страдали от войн и эпидемий, религиозных преследований и инквизиции. Но одновременно он был очень счастливым учёным, который открыл истинные законы механики неба.
Кеплер сумел преодолеть все трудности и вывести точные законы, которые до сих пор используют астрономы и небесные механики. Именем Кеплера названы кратеры на Луне и Марсе, астероид номер 1134 и сверхновая звезда, университет в Линце и станция венского метро, а также космический телескоп НАСА, созданный для поиска планет возле других звёзд – и действительно открывший многие сотни новых планет. Но самое главное – стоит вам зайти в обсерваторию или в астрономический институт – и вскоре вы услышите привычное среди астрономов выражение: «Согласно закону Кеплера…» Для настоящего учёного это высшая из наград.
Андрей сказал:
– Да, «согласно закону Андрея Шихина» звучало бы здорово.
Никки улыбнулась и встала с кресла, собираясь покинуть детскую спальню.
– В 1609 году, когда Кеплер опубликовал свою книгу и совершил переворот в небесной механике, произошла революция и в наблюдательной астрономии – был изобретен телескоп. Совершил эту революцию Галилей, один из основателей современной науки. Но это тема для другой истории, которую я вам расскажу в следующий раз.
Никки вышла и аккуратно затворила за собой дверь.
Примечания для любопытных
Вильям Гильберт (1544–1603) – английский физик и придворный врач. Изучал магнитные явления. Ввел термин «электрический».
Иоганн Кеплер (1571–1630) – выдающийся немецкий астроном, математик и оптик. Открыл точные законы движения небесных тел.
Галилео Галилей (1564–1642) – великий итальянский учёный, создавший первый телескоп.
Альберт Эйнштейн (1879–1955) – знаменитый учёный, создавший общую теорию относительности, заменившую в двадцатом веке теорию гравитации Ньютона.
