Компьютер древних астрономов. Астролябия
Старейший астрономический прибор, созданный две тысячи лет назад, в те времена, когда Земля считалась центром Вселенной, называется астролябия. Этот древний «компьютер», предназначенный для определения широты, был изобретен в Древней Греции. Через пять столетий христианская Европа объявила прибор «сатанинским», он был повсеместно запрещен на много веков. В это время астролябией продолжали пользоваться на Востоке, применяя ее для расчетов продолжительности дня и ночи и для составления астрологических таблиц. В эпоху Возрождения астролябия вернулась в Европу и стала одним из главных инструментов астрономов.
Что же представляет собой астролябия? Это плоская круглая «тарелка» с градусами по краю, диском внутри и линейкой, которую поднимают вертикально для измерения расстояния между светилами и их высоты над горизонтом.
№ 80
Звезды на глобусе. Экваториальная система координат
Для того чтобы найти звезду или созвездие на небе, нужно знать координаты. Чем же отличаются небесные координаты от земных? В первую очередь тем, что для них нужно учитывать дополнительные факторы: сферическую форму Земли и ее вращение.
С нашей точки зрения, звезды постоянно движутся. Но при этом их расположение относительно друг друга не меняется на протяжении сотен тысяч лет. Чтобы можно было находить их на небе, был создан небесный глобус. По внешнему виду он напоминает земной, только на нем изображены не материки и океаны, а скопления звезд, видимые с Земли.
Ось глобуса звездного неба проходит через Северный и Южный полюсы. Вокруг этой оси происходит вращение всех небесных объектов. Есть у небесного глобуса и свой экватор, он перпендикулярен оси и совпадает с земным. Экватор разделяет сферу неба на два полушария, северное и южное. Чтобы понять, как располагаются и движутся звезды по небу, нужно представить, что земной шар находится внутри небесного глобуса.
Система координат звездного неба схожа с земной, здесь тоже есть широта и долгота, только называются они по-другому. Координата, аналогичная широте, — это склонение. На экваторе звездного глобуса склонение равно 0°, на полюсе — 90°. При этом если светило располагается в южном полушарии, то склонение приобретает отрицательное значение, то есть на Южном полюсе оно равно –90°.
Вторая важная координата на небесной сфере — прямое восхождение — это аналог земной долготы. Отсчитывают ее по экватору от 0 до 360°. Нулевой отметкой для прямого восхождения считается точка весеннего равноденствия, то есть место, где Солнце пересекает экватор 20 марта, когда день равен ночи.
Итак, Земля не является плоской, как думали Эмпедокл и Анаксимен, ни тимпанообразной, как считал Левкипп, ни ладьеобразной, как у Гераклита…
— Николай Коперник № 81
Земля — не пуп Вселенной. Гелиоцентрическая система Коперника
В то время, когда жил Коперник, господствовала геоцентрическая система мира. Земле отводилось место неподвижного центра Вселенной, вокруг которого вращаются Солнце, Луна и планеты.
Если считать Землю неподвижным объектом, то видимое движение планет кажется очень причудливым: они перемещаются между звездами, на первый взгляд, совершенно хаотично. Птолемей придумал этому объяснение: планеты движутся не непосредственно вокруг Земли, а вокруг некоей точки. А точка вращается вокруг Земли по круговой орбите. Изучая таблицы Птолемея, Коперник обнаружил: вся система неверна. Планеты должны двигаться по простым орбитам, но не вокруг Земли, а вокруг Солнца. А наша планета — это не центр мира, а один из многих объектов, вращающихся вокруг светила.
Коперник много лет вел наблюдения и сделал следующие выводы: Земля не только движется по орбите вокруг Солнца, но и вращается вокруг своей оси. Благодаря этому на планете происходит смена дня и ночи и видимое изменение положения звезд, Луны и Солнца. Вращением Земли вокруг Солнца объясняется его перемещение в течение года среди созвездий. Планеты находятся на разном расстоянии от Солнца и поэтому движутся вокруг него с разной скоростью. При наблюдении с Земли кажется, что они делают по небу петлеобразные движения. Все эти «зигзаги» объяснялись при помощи гелиоцентрической системы очень просто, и не нужны были запутанные птолемеевские вычисления.
Труд Коперника «Об обращении небесных сфер», изданный в 1543 году, сразу после его смерти, стал поворотным в истории астрономии. Идеи, изложенные в книге, казались современникам фантастическими, а церковь сочла книгу еретической и запретила ее.
Тем, кто… слишком малодушен, чтобы без ущерба для своей набожности верить Копернику, я могу лишь посоветовать покинуть школу астрономии…
— Иоганн Кеплер № 82
Приблизить звезды. Кто придумал первый телескоп?
В начале XVII века голландские стеклодувы придумали невиданную диковину: они укрепили внутри полой трубки пару линз, и это позволило приближать далекие объекты. Изобретение, в тот момент еще несовершенное, взяли на вооружение моряки и военные. А еще о нем прослышал итальянский астроном Галилео Галилей. Он сразу понял, какие возможности зрительная труба может дать астрономам, и взялся за ее совершенствование.
Несколько лет он проводил эксперименты с линзами разной шлифовки, большими или меньшими диаметрами трубы. В итоге у него получилась зрительная труба, увеличивающая объекты в 32 раза. Это было невероятным прорывом. Галилей первым в истории человечества направил телескоп в небо и сразу сделал массу удивительных открытий: Млечный Путь состоит из отдельных звезд, у Юпитера есть спутники, а поверхность Луны испещрена горами и впадинами.
№ 83
Битва линз и зеркал. Рефракторные и рефлекторные телескопы
Первый в мире телескоп, созданный Галилеем, был рефракторным, то есть линзовым. Чтобы усовершенствовать его, астрономы применяли все более крупные линзы и увеличивали длину трубы, но им не удавалось избавиться от главного недостатка — размытости изображения. Исаак Ньютон нашел решение этой проблемы: он стал использовать вместо линзы, собирающей свет, металлическое зеркало — сплав меди, мышьяка и цинка. Зеркальные телескопы стали именоваться рефлекторными.
Это случилось в XVIII веке, и на протяжении следующих трех столетий между рефлекторными и рефракторными телескопами велась нешуточная война. Для каждого вида находились новые технологические решения, позволяющие еще больше приблизить объекты и улучшить изображение. Размытость рефракторов была устранена, когда придумали двухлинзовые объективы. А главный прорыв для рефлекторов случился тогда, когда для зеркал стали использовать стекло, теперь можно было строить телескопы с огромными зеркалами. Именно благодаря огромным рефлекторным телескопам в начале XX века в астрономии случился прорыв: стало очевидно, что Вселенная имеет невообразимо огромные размеры.
