История науки
Оптически кратные звезды в ранней астрономии
А.В. КУЗЬМИН,
кандидат физико-математических наук Институт истории естествознания и техники им. С.И. Вавилова РАН
В статье «Загадка "Уранометрии" И. Байера» (Земля и Вселенная, 2007, № 4) автор представил историческое свидетельство использования оптических инструментов при наблюдениях звезд, на основе которых впоследствии создавались карты атласа "Уранометрия". В частности, был дан перечень некоторых объектов и выявлен их общий признак -визуальная, или оптическая, кратность. Почему же были выделены именно эти объекты?
Наиболее интересные кратные объекты на звездных картах Атласа (И. Байера - V Стрельца, г Рака, п Козерога, о Козерога и а Козерога. Они расположены вблизи эклиптики и поэтому идеально подходят для реализации известного геометрического способа доказательства годового движения Земли вокруг Солнца - метод измерения параллаксов звезд Г. Галилея. Рассматриваемые звезды могли иметь непосредственное отношение к наиболее важному для астрономов рубежа ХУ1-ХУ!1 вв. выбору между гео- и гелиоцентрической моделями мира.
"БЛИЗКИЕ" ЗВЕЗДЫ
Оптические пары, в более широком смысле - кратные звезды (скопления), были отмечены вниманием на протяжении практически всей письменной истории, всегда вызывали интерес наблюдателей, в том числе практический. Например, Алькор и Мицар - визуально двойная система, идеально подходящая для тестирования остроты зрения. Если человек видит Алькор, значит у него хорошее зрение. Плеяды, в которых различаются шесть звезд, а седьмая находится на пределе восприятия, описаны у Гомера как один из основных навигационных указателей.
Руль обращая, он бодрствовал;
сон на его не спускался
Очи, и их не сводил он с Плеяд,
с нисходящего поздно
В море Воота, с Медведицы,
в людях еще Колесницы
Имя носящей и близ Ориона
свершающей вечно
Круг свой, себя никогда не купая
в водах океана.
"Одиссея", песнь пятая, перевод В.А. Жуковского
70
© Кузьмин А.В.
В начале XVII в. не различали оптически кратные и физически кратные звезды. Понятие двойной и кратной звезды, компоненты которых связаны тяготением, появилось лишь в 1802 г. у В. Гершеля. Двойная (кратная) звезда в современной астрономии - система. Различают непосредственно наблюдаемые визуально-двойные, спектрально-двойные (по периодическим изменениям спектров), затмен-но-двойные (по периодическим изменениям яркостей), астрометрически двойные (по периодическим возмущениям собственных движений). В начале своих наблюдений все близкие звезды В. Гершель считал оптическими парами, случайно расположенными на луче зрения. И только точность его наблюдений позволила сделать важное открытие. Эта маленькая революция в осознании звездного разнообразия началась в 1781 г. и завершилась в 1802 г. Ранее предполагалось, что бо-
Карта созвездия Козерога из Атласа звездного неба "Уранометрия"И. Байера. 1603г.
лее слабая звезда в паре находится на более далеком расстоянии, чем более яркая.
МЕТОД ГАЛИЛЕЯ
Для доказательства годового движения Земли вокруг Солнца достаточно определить параллакс звезды, близкой к экватору. Эту задачу можно решать двумя путями: измеряя небесные координаты звезды в течение года (способ малоэффективен) или сравнивая годовые изменения координат двух близко расположенных звезд, имеющих разные расстояния до Земли. Нельзя утверждать, что второй метод разработали в XVI в., но он Г. Галилею был известен. Однако Г. Галилей, как
и Тихо Браге, не могли его реализовать ввиду невозможности измерения расстояния до звезд. Г. Галилей описывает второй метод определения параллакса звезды в Дне третьем "Диалога о двух главнейших системах мира" (1632): "Сальвиати: ...не исключена возможность того, что с течением времени среди неподвижных звезд будет найдено что-либо, из наблюдения над чем можно будет сделать заключение о годовом обращении, так что звезды не меньше планет и самого Солнца захотят явиться перед судом, свидетельствуя о таком движении в пользу Земли. Я не думаю, чтобы звезды были рассеяны по сферической поверхности и равно удалены от центра, и считаю, что их расстояния от нас различны, что одни звезды могут быть в два и три раза больше удалены, чем некоторые другие, так что, если бы нашлась посредством телескопа какая-нибудь
Фрагмент карты созвездия Козерога из Атласа звездного неба "Уранометрия"И. Байера. 1603 г. Хорошо различимы выделенные звезды п, о и о.
очень маленькая звезда совсем близко от одной из более крупных и если бы первая притом была очень высока, то может случиться, что в их расположении и произойдет какое-нибудь ощутимое изменение, соответственно тому, что происходит с верхними планетами. Вот что нужно было пока сказать, в частности, о звездах, находящихся на эклиптике". (Отметим, что теория зрительной трубы была уже достаточно разработана И. Кеплером и изложена в его "Диоптрике", изданной в 1611 г.) Если такая звезда находится на эклиптике, то она, подобно верхней планете, опишет маленькую петлю, а слабая звезда должна остаться неподвижной.
Автор может достоверно утверждать лишь то, что Тихо Браге пытался измерять звездные параллаксы. Его выводы фигурируют в полемике Галилея и Сарси на страницах книги Г. Галилея "Пробирных дел мастера" (1623): «Дабы Вы, Ваша милость, могли убедиться в том, что я говорю это не без оснований, рассмотрим доказательство, которое начинается на странице 123 трактата Тихо о комете 1577 г., приведенного в заключительной части
его "Приготовления". В нем он ¡Тихо Браге] стремится доказать, что комета прошла не ниже Луны, сравнивая свои наблюдения с наблюдениями Тадеуша Хаека в Праге... Далее он [Тихо]пишет, что одна и та же неподвижная звезда видна из двух мест А и В, в одном и том же месте на восьмой сфере, поскольку вся Земля, не говоря уже о ее малой части АВ, - величина неощутимо малая по сравнению с огромными размерами звездной сферы».
Используя оптическую пару, можно кроме параллакса звезды обнаружить разницу параллаксов двух небесных объектов и кроме доказательства вращения Земли получить оценку толщины звездной сферы. В начале XVII в. предполагали, что "звездная оболочка" обладает определенной толщиной. Г. Галилей, как и Н. Коперник, стремился, по сути, доказать правоту идеи Джордано Бруно о бесконечности Вселенной, поэтому в этом случае никакой сферы звезд не может быть. Астрономы впоследствии пришли к выводу, что сферы неподвижных звезд действительно не существует.
Если взять пару звезд, кратность которых невозможно определить без использования простейших оптических приборов, изменение их взаимного положения в течение года будет более наглядным. Астрономические наблюдения не подтвердили такую возможность, что и стало причиной забвения этого метода. Тихо Браге считал созерцание неба сакральным действием, а результаты наблюдений, их обобщенное толкование становилось частью его труда, написание которого для ученого было равнозначно созданию Библии - Библии Природы, куда он включал только выверенные (канонические) положения, не подвергавшиеся сомнению в первую очередь им самим. Этим вполне можно объяснить отсутствие данных о предполагаемых нами попытках использовать, к примеру, оптические визиры в трудах, где Тихо Браге в величайших подробностях описыва-
Тихо Браге. Художник Т. Гимперлин. 1585г.
ет приборы Обсерватории Уранибор-га. Вероятно, он умышленно упоминал те звезды, с помощью которых пытался вычислить параллаксы, чтобы обратить на эти объекты особое внимание будущих исследователей.
Авторы книги "Николай Коперник" (1974) И.Н. Веселовский и Ю.А. Белый утверждают, что Тихо Браге благодаря лучшим инструментам, методике, систематичности, качеству обработки накопил ценнейшие данные, необходимые в развитии астрономии, "однако использовать накопленные им богатства Браге не смог, так как не смог подняться до восприятия коперникан-ской гелиоцентрической системы". Тихо Браге исходил из предположения о существовании сферы неподвижных звезд, диаметр которой сопоставим с расстоянием от Земли до Солнца. Он справедливо считал, что вращение Земли вокруг Солнца должно было бы стать причиной заметного изменения положения неподвижных звезд. Астрономам того времени никаких измене-
ний в годовом положении неподвижных звезд заметить не удалось. В 1589 г. Тихо Браге писал Христиану Ротма-ну, придворному астроному ландграфа Вильгельма IV Гессен-Кассельского: "... если принять систему Коперника, то... годовое движение Земли должно было бы отодвинуть сферу неподвижных звезд в такую даль, что путь Земли вокруг Солнца стал бы исчезающе мал по сравнению с этим расстоянием. Считаешь ли ты возможным, чтобы расстояние между Солнцем, этим предполагаемым центром мира, и Сатурном не составило бы даже 1/700 расстояния от сферы неподвижных звезд? К тому же это пространство должно быть пустым, лишенным звезд. А между тем так должно быть непременно, если годичный путь Земли, рассматриваемый с неподвижных звезд, должен составлять по величине только одну минуту. Но ведь тогда и неподвижные звезды третьей величины, видимый диаметр которых также равен минуте, должны были бы иметь размеры земной орбиты... "
Оптический эффект "раздваивания" впоследствии описан и объяснен Галилеем, не усомнившимся в том, что наблюдение подобных эффектов - несомненная заслуга зрительной трубы. (Галилей, будучи величайшим мастером умозрительного эксперимента, вообще не сомневался в объективности и истинности результатов экспериментов, которые отчасти мог проводить лишь в своем воображении, оказываясь правым и, кроме того, не боялся публиковать свои мысли в доступной форме.) Галилей, конечно же, был уверен, что можно разглядеть две близко расположенные звезды - безусловно, заслуга нового телескопического метода: "...В качестве другого примера мы нарисовали шесть звезд Тельца, называемых Плеядами (я говорю о шести, так как седьмая почти никогда не видна) и заключенных в небе внутри теснейших пределов; к ним прилегают и другие невидимые в количест-
ве большем сорока; ни одна из них не удаляется более чем на полградуса от любой из этих шести..."
СУДЬБА ИДЕИ
Все попытки
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.