В XIII веке в Толедо сообщество европейских и мавританских ученых, трудами которых руководил король Кастильский, составило «Альфонсовы таблицы» (1252), - планетные таблицы, заменившие сильно устаревшие птоломеевы расчеты. Тогда же западные астрологи получили для своих вычислений подробные руководства с Востока. Приблизительно тогда же англичанин Сакробоско (Джон Голливуд, умерший в 1256) обнародовал свой «Трактат о планетном круге», в котором были собраны все необходимые для изучения астрономии геометрические сведения; трактат сделался классическим руководством в университетском преподавании.
Альфонс X, король Кастильский (1226–1284) был знаменит своими материальными пожертвованиями в пользу астрономии, а еще более тем, что едва ли не первым понял несообразность птоломеевой системы. Рассказывают, что круги и эпициклы Птоломея надоели ему до того, что он заявил: « Можно было бы создать мир по простейшему плану». Он собрал в Толедо знаменитых астрономов своего времени - христиан, иудеев и мавров, и поручил им исправить арабские астрономические таблицы, сделанные «по Птоломею». Все это не мешало ему твердо верить астрологии.
Как видим, это европейское достижение - «Альфонсовы таблицы» - явилось миру в Испании, населенной прежде всего арабами. Таблицы явились в свет в 1252 году, в тот самый день, в который Альфонс наследовал трон своего отца, а впервые были напечатаны в Венеции в 1483 году.
В XIV столетии работы в области астрономии в Европе практически не проводились. Возможно, это связано с пандемиями чумы этого времени. И тогда, и позже суеверные люди считали, что «заразу» приносят кометы и метеориты.
В XV веке исследования начались в Германии. Родоначальником знаменитых немецких астрономов был Георг Пеурбах (1432–1461), уроженец маленького верхнеавстрийского городка. Он учился в венском университете (основанном в 1365) под руководством Иоганна Гмунденского, и в конце концов стал преемником своего учителя в университете. Пеурбах был превосходным наблюдателем; он занимался преимущественно проверкой данных древних астрономов и исправил прежние переводы «Альмагеста».
Ни телескопов, ни зрительных труб все еще не было.
Пеурбахом написана «Теория планет», которая была принята в качестве руководства для преподавания астрономии; он также положил начало новой тригонометрии. Эту его работу завершил Региомонтан, самостоятельно отыскавший те методы, которые были придуманы арабами, но еще не были известные на Западе.
Иоганн Мюллер, называемый обыкновенно Региомонтаном (1436–1476), был наиболее выдающимся учеником Пеурбаха. Он поступил к Пеурбаху на пятнадцатом году своей жизни, с намерением посвятить себя астрономии, и после смерти учителя занялся осуществлением задачи, которую тому не довелось выполнить. Он изучил греческий язык и перевел на латынь не только «Альмагест», но и много физических сочинений, важнейшие из которых - «Пневматика» Герона, трактаты о музыке и оптике Птоломея и некоторые работы Аристотеля. Перевод сочинения Архимеда (принадлежащий Герхарту Кремонскому) был тоже исправлен им.
В 1471 году Региомонтан поселился в Нюрнберге, где в богатом аристократе Вальтере нашел не только щедрого покровителя наук, но и способного и прилежного ученика. Устроенная ими обоими обсерватория была первой в Западной Европе. Наблюдения, произведенные здесь, дали Региомонтану такую славу, что папа Сикст IV вызвал его в Рим для обсуждения исправления календаря и даже сделал его регенсбургским епископом, но в Риме ему не пришлось долго пожить. Он умер в 1476 году, и работа по улучшению календаря осталась не выполненной еще в течение 100 с лишним лет.
Быстрое распространение сочинений Пейрбаха и Региомонтана и влияние, которое они оказали, можно объяснить только сильным интересом, который возбуждала в то время астрология. Надо заметить, что вплоть до XVIII века астрономы могли добывать себе средства существования, находить покровителей и обеспечивать продажу своих сочинений только потому, что сведения о небесных явлениях считались в то время необходимым для предугадывания будущей судьбы людей. Если бы эта иллюзия не была повсеместной, то Пейрбах и Региомонтан именно в силу своего умственного превосходства остались бы одинокими и неизвестными.
Сам Региомонтан до того верил астрологии, что в одном из своих сочинений сказал: «Я тружусь единственно для великого искусства». В своих Эфемеридах на 1499 год он определял положения Луны, благоприятные для кровопускания и объяснял, какие знаки зодиака оказывают влияние на разные части человеческого тела.
Его талантливый ученик Бернгард Вальтер (1430–1504) продолжал производить наблюдения на Нюрнбергской обсерватории до конца своей жизни. Его сочинения, как и сочинения Региомонтана, были выброшены невежественным душеприказчиком, а драгоценные астрономические инструменты, изобретенные им или значительно усовершенствованные, были проданы в лом, как старая медь.
Пеурбах, Региомонтан и Вальтер - последние выдающиеся астрономы, умершие с твердою верой в Птоломея. Но, с другой стороны, они же сами своими точными и многочисленными наблюдениями подготовили падение его системы.
Коперник был современником и даже прямым учеником Пеурбаха, но имел перед ним и Региомонтаном преимущество долгой жизни, в течение которой его идеи успели окончательно созреть.
Но прежде, чем великая астрономическая революция успела «сдвинуть с места» земной шар, старое учение испытало неожиданное потрясение от важного переворота на самой Земле.
Большинство людей в это время все еще продолжало представлять себе землю в виде плоского диска, на краях которого вода, воздух и облака смешивались в непроницаемую кашу. Из пяти земных поясов населенным считался только умеренный; под тропиками всякую жизнь должен был прекращать жар, у полюсов - холод. Несбыточность учения об антиподах была доказана отцами церкви, и тот, кто вместе с Аристотелем верил в шаровидность земли, остерегался высказывать свои убеждения слишком громогласно.
Когда Колумб после 18 лет напрасных поисков поддержки для своего великого предприятия явился, наконец, к испанскому двору, его отправили в саламанкский университет, а там не замедлили основательно ниспровергнуть все его доводы цитатами из Библии и святых отцов. Уверяют, будто там ему не советовали плыть слишком далеко, так как в случае правильности его предположений о шаровидности земли он встретит на обратном пути такую «гору», на которую ему, пожалуй, не удастся взобраться.
А после того, как Колумб действительно открыл новую часть света, вся старая система мира начала распадаться.
Французский врач Ж. Фернель (1528) в своей «Cosmotheoria» описывает градусное измерение, произведенное им в 1525 году. Определив высоту полюса в Париже, он направился к северу и продолжал путь, пока высота не уменьшилась на 1°. С этого места он по прямой линии вернулся обратно в экипаже, к колесам которого был приделан измерительный прибор. Несмотря на произвольную поправку на кривизну пути, Фернель случайно пришел к довольно верному результату. Измерение это представляет интерес только потому, что здесь в первый раз была употреблена точно известная нам единица длины, а не стадийнеизвестного размера.
Иероним Фракасторий (1538), врач, философ и поэт, живший в Вероне, высказался против эпициклической теории планетных движений. Изложение его было темным и никого не убедило, но само появление его книги свидетельствует о возрастающем сомнении в верности птоломеевой системы.
В 1543 году в Нюрнберге вышло в свет знаменитое сочинение Николая Коперника «Об обращении небесных кругов».
Коперник родился 19 февраля 1473 года в Торне. Воспитывался сначала в Кракове, а потом в Италии, где прожил около девяти лет, изучая математику, юриспруденцию и медицину. Возвратившись в свое отечество, получил должность каноника в Вармии, где и прожил до самой смерти, постигшей его 24 мая 1543 года.
Занятый самыми разнообразными делами, он не прекращал давно задуманной им переработки системы Птоломея. Свое сочинение, начатое еще в 1506 году, он закончил только к 1530-му. Через три года после этого было объявлено о предстоящем выходе книги, однако печатание задержалось и было начато только а 1541 году. Первый экземпляр отпечатанной книги, как гласит предание, был принесен автору, когда он лежал на смертном одре.
Основная идея Коперника: Земля вращается вокруг своей оси и вместе с пятью планетами обращается вокруг Солнца, стоящего неподвижно. Аналогичные взгляды Аристарха Самосского (о котором Коперник мог не знать) излагались а виде гипотезы в некоторых отношениях довольно удобной, но которую никак нельзя было доказать. Даже после Коперника гелиоцентрическая система оставалась гипотезой, пока не были установлены принципы небесной механики, а это было сделано только Ньютоном. Если бы Коперник ограничился поиском аргументов в пользу правдоподобия своей системы, то старания его остались бы такими же бесплодными, как бесплодны были попытки его византийского предшественника.
Главнейший недостаток астрономии Птоломея заключался в том, что гипотезы этого астронома относительно движения Луны и планет были не только запутаны и произвольны, но и несовместимы друг с другом; они не совпадали с данными наблюдений (в особенности с данными, касающимися изменения видимого диаметра Луны). Вот из-за чего возникла необходимость исправить все гипотезы Птоломея и установить новые правила для вычисления астрономических таблиц. В этом и заключалась самая важная часть работы Коперника. Он сумел выполнить ее с таким успехом, что предложенные им правила вычислений были тотчас же приняты астрономами; первые таблицы, вычисленными по принципам Коперника, были выполнены в 1551 году.
Его гелиоцентрическая система находилась с этими правилами только в косвенной связи, но она также привлекла внимание, хоть и не слишком большое. Сначала взгляды Коперника завоевали себе немногих последователей. Лишь позже пришло время, и изучение его системы сделалось обязательным.
К ниспровержению прежней системы мира Коперник привлек и астрономические, и физические соображения. Первые основывались на страшной сложности геоцентрической системы и на той простоте, с которой планетные движения могут быть объяснены гелиоцентрической теорией. Пример - Луна, для которой эпициклический путь при обращении вокруг Солнца совместно с Землей выглядит естественным, а вращение, подобно другим планетам, только вокруг Земли не может быть объяснено. Физические соображения заставляли усомниться в возможности той неимоверной быстроты, с которой старая система заставляла отдаленнейшие планеты описывать свои круги в 24 часа. Коперник заменил суточное вращение небесного свода вращением Земли вокруг оси, движение Солнца по эклиптике - обращением Земли вокруг него, и заставил все остальные планеты обращаться вокруг Солнца, как центрального светила.
Тем не менее, новая система заключала в себе еще значительные астрономические погрешности, да и с точки зрения тогдашней физики она открывала возможность для возражений.
Астрономические недочеты были устранены ранее других. Коперник понимал, что земная ось при движении вокруг Солнца должна постоянно оставаться параллельной себе, для того чтобы смена времен года была вообще объяснима. Но не зная еще механического закона инерции и находясь под влиянием учения Аристотеля о естественных и насильственных движениях, он предполагал, что земная ось, предоставленная самой себе при движении Земли, должна сохранять постоянным наклонение к оси эклиптики и, следовательно, описывать вокруг последней коническую поверхность, и потому приписал Земле сверх-вращения вокруг своей оси и вокруг Солнца еще третье движение, поддерживающее параллельность земной оси при всех положениях.
Преемники Коперника очень скоро заметили его ошибку и отбросили это третье движение. Труднее было устранить другую астрономическую погрешность: Коперник, приняв эксцентрические круги птоломеевой системы без изменения, учил, что планеты описывают вокруг Солнца круговые пути. Тихо де Браге заметил, что круговые пути не соответствуют истинному положению, но был не в силах разрешить этого вопроса. Только Кеплер после долгих утомительных попыток нашел, что планетные орбиты имеют форму эллипсов, весьма близких к кругу.
Коперник находился всецело под влиянием аристотелевской физики. А согласно Аристотелю, 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 небесным телам. Коперник признавал все это, он только отверг различие между небесными телами и Землей: круговое движение должно быть присуще и ей. Прямолинейное движение происходит только, когда тела насильственно выводятся из своего положения, и в этих случаях они постоянно стремятся к соединению с однородными: земные тяжелые тела - с Землей, легкие пары - с воздухом. Нельзя не видеть смутного предчувствия законов тяготения в следующих словах Коперника:
«Мне кажется, что тяжесть есть не что иное, как естественное стремление, сообщенное божественным промыслом всем мировым телам, сливаться в единое и цельное, принимая форму шара. Это стремление к соединению присуще, может быть, и Солнцу, Луне и другим подвижным светилам и составляет вероятную причину их шаровидности».
Вопрос, почему земная ось, несмотря на ее движение вокруг Солнца, остается неизменно обращенной к одной и той же точке неба, Коперник старается разрешить указанием на ничтожность размеров земного пути сравнительно с громадным расстоянием неподвижных звезд. А против доводов об очевидности движения небосвода вокруг земли замечает, что при удалении корабля из гавани находящиеся на нем люди тоже не чувствуют собственного движения и могут подумать, что берег и города удаляются от корабля, стоящего на месте.
Необходимо заметить, что с системой Коперника почти неразрывно связано представление о бесконечности мирового пространства, в то время как, согласно геоцентрической гипотезе Птоломея, неподвижные звезды находятся на одном небесном круге, радиус которого не может считаться бесконечным. Но сам Коперник придерживался в вопросе о бесконечности вселенной взглядов Птоломея. Джордано Бруно (1550–1600) был первым ученым Нового времени, положительно утверждавшим, что мир бесконечен.
Коперник, очевидно, предчувствовал, какую бурю вызовут его опровержения старой системы, потому что говорил:
«Хотя я знаю, что мысли философа не зависят от мнения толпы, что его цель искать прежде всего истину, на сколько Бог открыл ее человеческому разуму, но тем не менее при мысли, что моя теория может многим показаться нелепой, я долго колебался, не лучше ли отложить обнародование моего труда и подобно Пифагору ограничиться одной устной передачей его сущности своим друзьям».
Творение Коперника было осуждено конгрегацией цензуры через 63 года после смерти ученого, 5 марта 1616 года, в папство Павла V. Акт подписали кардинал Сент-Сесиль, епископ Альба и брат Мадлейн по прозвищу Железная голова. Замечательно, что папа не подписал этого акта.
Через 45 лет после первого издания великого творения Коперника оно все еще не обратило на себя внимания нигде, кроме Германии. Но интерес немецких астрономов не привел к победам нового учения. Как ни удивительно, его успеху больше поспособствовала оппозиция ему со стороны такого выдающегося астронома, каким был Тихо Браге.
Он родился в 1546 году в шведской дворянской семье. В 1560 по желанию семьи отправился в Копенгагенский университет изучать право, но юриспруденция, по-видимому, была ему не по душе, и в 1562 он переселился в Лейпциг, где занимался астрономией, а в августе 1563 наблюдал противостояние Юпитера и Сатурна. Семья не сочувствовала таким недворянским затеям и, вероятно, положила бы им конец, если бы его не поддержал дядя, Стен Билле. Когда Тихо после нескольких лет странствований вернулся на родину, дядя этот устроил для него в своем имении маленькую обсерваторию и химическую лабораторию.
Наблюдения Тихо Браге над новой звездой, которая в 1572 году сияла ярче Венеры, а в 1574 исчезла, обратили общее внимание на молодого астронома. В 1574 году он уже читал лекции по астрономии в Копенгагене и был представлен датскому королю Фридриху II, который подарил ему остров Гвен в Каттегате и построил для него обсерваторию Ураниенбург, сделавшуюся впоследствии столь знаменитой.
Браге во время своих путешествий познакомился с лучшими мастерами механических приборов. Он сам тщательно исследовал все инструменты, особенно круговые деления, составил таблицы замеченных ошибок делений и по ним делал поправки к своим наблюдениям. Благодаря этому его наблюдения отличались точностью, которой до него не достигал никто. Надо помнить, что наблюдательная астрономия вообще не могла достигать больших успехов, поскольку не были еще изобретены увеличительные приборы.
Главный недостаток наблюдений состоял в несовершенстве способов измерять время. Браге пробовал употреблять клепсидры. Хорошо очищенная ртуть вытекала из малого отверстия, и время определялось весом вытекшего металла. Он употреблял также чистый свинец, превращенный в весьма мелкий порошок, но не скрывал неудобств своих клепсидров; он говорил:
«Лукавый Меркурий смеется и над астрономами и над химиками; Сатурн также обманывает, хотя служит получше Меркурия».
Каталог звезд Тихо де-Браге есть драгоценное наследство для астрономов; в нем содержится только 777 звезд, но для определения их положений датский астроном должен был трудиться долго и прилежно. Рассказывают, что Тихо содержал не менее двадцати сотрудников для наблюдений и вычислений.
Этот великий астроном верил в астрологию, и вот на каком основании:
«Солнце, Луна и звезды совершенно достаточны для наших нужд, и поэтому планеты, вращающиеся по удивительным законам, были бы творениями бесполезными, если бы они не имели влияния на судьбу людей, и если бы астрология не открыла их силы».
На портрете Тихо Браге всякий заметит какую-то уродливость. Во время своего второго путешествия по Германии он поссорился с одним из соотечественников из-за геометрической теоремы. За ссорой последовала дуэль, на которой астроном лишился большей части своего носа. А Марс еще задолго до этого предвещал ему потерю носа, как же не верить в гороскопы. Браге заказал себе восковой нос, и его-то живописец нарисовал со всей верностью.
Несмотря на приверженность астрологии, - даже перед тем, как начать наблюдения, он обязательно облачался в астрологическую мантию, - он обладал острой научной проницательностью. Если Аристотель ошибся в отношении звезд, так, может быть, он заблуждался и в размышлениях о кометах? Аристотель утверждал, что кометы, как и северное сияние полярных небес, находятся в верхней области воздуха. Между тем Браге знал арабское предположение, что «кометы принадлежат не воздуху, а небесам». Для проверки, кто прав, очень кстати появилась комета 1577 года, настолько яркая, что она была видна даже днем.
Наблюдения из одного места ничего дать не могли (то, что кометы движутся относительно звезд, было очевидно и так), но Тихо Браге сравнил видимые положения кометы, какими они были запечатлены в Вене, с одновременными наблюдениями, проводившимися в других европейских странах. Положение Луны относительно звезд заметно разнилось для двух обсерваторий, разделенных расстоянием в несколько сотен километров, но в положении кометы никакого различия не обнаружилось, из чего следовало, что она находится далеко по ту сторону Луны.
Более благочестивые астрономы стали спорить, но Тихо Браге столь тщательно вел все наблюдения, что ошибиться не мог. Так было развеяно еще одно заблуждение Аристотеля.
Более двадцати лет (с 1576 до 1597) Браге производил наблюдения в Ураниенбурге. Затем Фридрих II умер, четыре советника правили государством при малолетнем его наследнике Христиане IV; с одним из них у астронома были натянутые отношения, и враги воспользовались этим случаем, чтобы его выжить. Сначала он отправился в Копенгаген, а затем в Росток. В 1599 году по приглашению императора Рудольфа прибыл в Прагу в качестве императорского астронома, астролога и алхимика. Здесь он получил хорошее денежное содержание, дом в Праге, замок близ города для научных занятий и - что всего важнее, - нашел ассистента в лице молодого астронома Кеплера. Ему не удалось, однако, долго поработать на новом поприще: он умер 24 октября 1601 года.
Тихо Браге убедился в несостоятельности птоломеевой системы, и вследствие этого обратил особое внимание на планету Марс, путь которой всего менее согласуется с эксцентрическим кругом. Он вполне сознавал простоту и ясность, с которой система Коперника распутывала сложность планетных движений. Допускал даже, что это наиболее удобная гипотеза для вычислений, и не скупился на похвалы великому астроному. Но он не был готов признать, что эта система соответствует фактическому положению вещей, потому что никак не мог представить себе движение Земли!
Против теории движения земли Тихо Браге приводит следующие возражения:
1) Непонятно, каким образом при вращении Земли камень, брошенный с высокой башни, может упасть у ее подножья.Это возражение весьма веское, ведь закон инерции был неизвестен. Коперник пытался опровергнуть подобные доводы допущением, что всем земным телам присуще совместно с Землей круговое движение.
2) Земля - большое, тяжелое, неприспособленное для движения тело, которому невозможно кружить по воздуху наподобие звезды.Упомянутый уже Ротман в ответ на это возражал, что по наблюдениям самого Браге Солнце в 140 раз, Юпитер в 14, Сатурн в 22 раза больше Земли и потому еще менее пригодны для вращения. Но Браге, определив размеры светил, очевидно, не думал об их тяжести.
3) Если земля пробегает такое огромное пространство, то неподвижные звезды должны изменять свое кажущееся положение.Коперник, предвидя это возражение, наперед опроверг его указанием на громадность расстояния до неподвижных звезд.
4) Нельзя указать силы, которая поддерживала бы параллельность земной оси при ее перемещении - довод весьма веский, как уже было отмечено выше.
5) Библия в книге Иисуса Навина, 10, 12, прямо опровергает учение о движении Земли: «Солнце, остановись в Гидеоне!».
Последний аргумент, по-видимому, окончательно убедил Тихо Браге в несостоятельности системы Коперника. Он придумал промежуточную систему, согласно которой, как и у Птоломея, Земля находится в покое, а Солнце и Луна вращаются около нее; прочие же планеты двигаются вокруг солнца, как у Коперника.
По мысли Тихо Браге, комета 1577 года двигалась по орбите вокруг Солнца, а само Солнце - вокруг Земли. Попытка примирить таким образом системы Птоломея и Коперника не удалась.
Итак, Тихо Браге отверг систему Птоломея, но и не перешел на сторону Коперника. Благодаря славе и уважению, которыми он пользовался, его система стала вскоре общеизвестной, и после него никто уже не решался отстаивать теорию Птоломея. Приходилось выбирать между половинчатой и цельной гелиоцентрическими системами. Всякий, чья совесть смущалась неподвижностью Солнца, или кто из страха перед церковью чуждался крайней революционности системы Коперника, с легким сердцем присоединялся к геогелиоцентрической системе Тихо Браге.
И только собственный его ассистент - Иоганн Кеплер, не мог согласиться с нею.
Во многих отношениях Кеплер не принадлежал к числу ученых Нового времени. Ему казалось, что система мира должна основываться на математических отношениях, полных таинственной гармонии и еще никем не отысканных. А вся важность законов Кеплера стала понятной только по прошествии 60 лет, когда Ньютон сделал из них выводы, приведшие его к установлению законов тяготения.
Однако ученые высоко ценили труды немецкого астронома уже при его жизни; открытия Кеплера были самыми важными из всех, сделанных в XVII веке как по огромности потраченного на них труда, так и по значению выводов, которые можно было из них сделать.
Иоганн Кеплер родился 27 декабря 1571 года в селе, находившемся недалеко от императорского города Вейля (в Швабии). Его отец, Генрих Кеплер, был сыном бургомистра этого города и считал себя дворянином, потому что один из Кеплеров был произведен в рыцари при императоре Сигизмунде. Его мать, Катерина Гульденман, дочь трактирщика, была женщина без всякого образования; она не умела ни читать, ни писать, и провела свое детство у тетки, которую сожгли за колдовство.
В восемнадцать лет Кеплер поступил в тюбингемскую семинарию и содержался там на казенный счет. Но при экзамене на степень бакалавра его не признали отличнейшим, и этому были причины: еще сидя на школьной скамье, он принимал деятельное участие в протестантских теологических спорах, и было решено, что он не достоин духовного звания.
Он был воспитан на счет герцога Вюртембергского и принял первую предложенную ему должность, а предложили ему преподавать математику и нравственную философию в Греце.