13-09-2023
| О вращении небесных сфер |
|
| De revolutionibus orbium coelestium | |
|
|
|
| Автор: | |
|---|---|
| Жанр: | |
| Язык оригинала: | |
| Оригинал издан: |
1543 |
| Издательство: | |
| Страниц: |
405 |
«О вращении (или: вращениях) небесных сфер» (лат. De revolutionibus orbium coelestium) — основной труд астронома XVI века Николая Коперника, опубликованный в 1543 году в Нюрнберге. Распространены также варианты перевода названия: «Об обращении (или: Об обращениях) небесных сфер» (или: небесных кругов).
В этой книге была впервые в христианской Европе предложена гелиоцентрическая модель мира с центром в Солнце и движущейся Землёй, вместо общепризнанной на тот момент геоцентрической модели Птолемея, где центром была неподвижная Земля. Книга Коперника оказала огромное влияние на развитие научной революции в Европе Нового времени. На неё опирались продолжатели, развивавшие коперниканскую систему мира — Галилей, Кеплер и Ньютон.
Содержание |
В средневековой Европе считалось общепризнанной истиной, что Земля неподвижно размещается в центре Вселенной, а Луна, Солнце и планеты совершают вокруг Земли движения нескольких типов (суточные, годовые и собственные). Для математического описания неравномерного движения планет Клавдий Птолемей предложил во II веке н. э. чрезвычайно сложную модель, которая давала практически приемлемую точность, однако многим казалась искусственной.
Вопрос о том, кто из античных или средневековых учёных повлиял на формирование у Коперника гелиоцентрической идеи, до конца не выяснен. Сам он в предисловии к книге ссылается на мнение древнегреческого философа V века до н. э. Филолая и трёх античных учёных IV века до н. э.: Гераклида Понтийского, Экфанта и Никиту Сиракузского (Гикета). Непосредственный античный предшественник Коперника Аристарх Самосский в книге не упоминается, хотя взгляды Аристарха несомненно были Копернику известны из трудов Архимеда и Плутарха. Как обнаружили историки, в черновике рукописи имя Аристарха присутствует, но позднее было вычеркнуто[1].
Из средневековых учёных нерешительные попытки рассмотрения возможности движения Земли делали Николай Орем и Николай Кузанский. Долгое время эти идеи не получали развития. Современник Коперника, итальянский профессор Челио Кальканьини (Celio Calcagnini, 1479—1541) в своей восьмистраничной брошюре высказал мнение, что Земля совершает суточное вращение; это мнение поддержал авторитетный итальянский астроном Франческо Мавролико[2]. Труды обоих итальянцев появились почти одновременно с книгой Коперника, но вполне вероятно, что задолго до печати эти гипотезы обсуждались в научной среде. Более смелая идея вращения Земли вокруг Солнца до Коперника открыто не высказывалась и не обсуждалась.
Замысел новой, более простой и естественной, чем у древних, астрономической системы возник у Коперника, видимо, уже в 1500-е годы, когда он был студентом в Италии[3]. Математическим преимуществом новой системы мира было то обстоятельство, что в ней каждое небесное светило совершало на два движения меньше, чем у Птолемея: суточный и годичный периоды становились кажущимися, возникающими из-за движения Земли. Коперник надеялся, что благодаря этому он сможет описать движение планет более точно и гармонично, чем это сделано в птолемеевом «Альмагесте» и общепризнанных на тот момент Альфонсовых таблицах (рассчитанных в XIII веке).
По возвращении из Италии (1506) Коперник поселился в прусском городе Фромборк (тогда называвшийся Фрауенбург) и начал книгу с описанием новой модели мира, обсуждая свои идеи с друзьями, среди которых немало его единомышленников (например, Тидеман Гизе, епископ Кульмский). В эти годы (примерно 1503—1512) Коперник распространял среди друзей рукописный конспект своей теории («Малый комментарий о гипотезах, относящихся к небесным движениям»), а позже его ученик Ретик опубликовал ясное изложение гелиоцентрической системы в 1539 году. По-видимому, слухи о новой теории широко разошлись уже в 1520-х годах. Работа над главным трудом продолжалась почти 40 лет, Коперник постоянно вносил в неё уточнения, проводил наблюдения в своей обсерватории, готовил новые астрономические расчётные таблицы. Личная рукопись труда Коперника была обнаружена в XIX веке в Праге, в бумагах его ученика Георга Иохима Ретика. Внимательное изучение рукописи помогло ученым реконструировать последовательность составления рукописи[4].
В 1530-х годах значительная часть книги была завершена, но Коперник не спешил её публиковать. В 1539 году Георг Иохим Ретик, молодой математик из Виттенберга, прибыл во Фромборк к Копернику, воодушевился его идеями и стал преданным сторонником. Прочитав рукопись труда Коперника, Ретик сразу же написал конспект его идей в форме открытого письма, адресованного Иоганну Шёнеру, его учителю астрологии в Нюрнберге. Он опубликовал это письмо под названием «Narratio Prima» в Данциге в 1540 году (второе издание Narratio вышло в Базеле в 1541 году). Встретив всеобщий интерес, Коперник согласился на отдельную публикацию в 1542 году своего трактата по тригонометрии — второй части будущей книги О вращении небесных сфер.
Уступив уговорам Ретика и Тидемана Гизе, Коперник наконец согласился опубликовать книгу целиком. Он передал рукопись Ретику через Тидемана Гизе, и книга была опубликована в 1543 году в Нюрнберге, незадолго до смерти Коперника. Книга состояла из 196 страниц крупного размера (формат in folio).
Коперник скончался 24 мая 1543 года. Некоторые биографы (например, Пьер Гассенди и Тидеман Гизе[5]) утверждают, что автор незадолго до смерти успел увидеть свой труд напечатанным. Но другие доказывают[6], что это было невозможно, так как последние месяцы жизни Коперник находился в тяжёлой коме.
Книга Коперника открывается предисловием, в начале которого стоит посвящение папе Павлу III. В предисловии автор признаёт, что идеи его труда, противоречащие многовековой традиции, вызовут у многих неприятие и насмешки, так что он долго колебался, стоит ли предавать их публичной огласке. Коперник заранее оговаривает, что отвергает всякую вненаучную критику: «Если и найдутся какие-нибудь пустословы, которые, будучи невеждами во всех математических науках, всё-таки берутся о них судить и на основании какого-нибудь места Священного Писания, неверно понятого и извращённого для их цели, осмелятся порицать и преследовать это моё произведение, то я, ничуть не задерживаясь, могу пренебречь их суждением, как легкомысленным»[7].
Нюрнбергский теолог Андреас Озиандер, которому Ретик поручил печатание книги Коперника, из осторожности снабдил её вторым предисловием «К читателю. О предположениях, лежащих в основе этой книги». В этом обращении Озиандер объявил новую модель «нелепым», но полезным математическим приёмом, придуманным для сокращения вычислений: «нет необходимости, чтобы эти гипотезы были верными или даже вероятными, достаточно только одного, чтобы они давали сходящийся с наблюдениями способ расчёта». Одно время это предисловие приписывалось самому Копернику, хотя тот в ответ на просьбу Озиандера сделать подобную оговорку отказался[8]. Тидеман Гизе в письме Ретику выразил своё негодование этой «бесчестной и преступной» вставкой и призвал перепечатать первые листы книги.
По структуре труд «О вращении небесных сфер» почти повторяет «Альмагест» в несколько сокращённом виде (6 книг вместо 13).
Гелиоцентрическая система в варианте Коперника выглядит следующим образом.
В центре Вселенной располагается Солнце, вокруг него расположены восемь сфер. Внешняя сфера состоит из неподвижных звёзд, внутренние семь несут на себе планеты и Луну в следующем порядке: Меркурий, Венера, Земля с Луной, Марс, Юпитер, Сатурн. Характерно, что Коперник, в отличие от своих современников, Солнце и Луну не называет планетами[9].
Сферы совершают сложные равномерные вращения, увлекая связанные с ними планеты. Суточное движение Солнца — иллюзорно, и вызвано вращением Земли вокруг своей оси, которая всегда остаётся параллельной самой себе. Аналогично иллюзорным является годовое перемещение Солнца среди созвездий — Земля (вместе с Луной), как и другие планеты, обращается вокруг Солнца, и поэтому перемещение светил по Зодиаку — не более чем эффект годового движения Земли.
В рамках гелиоцентризма сразу нашли простое решение многие научные проблемы. С точки зрения движущейся Земли становится понятным и видимое попятное движение планет, а смена времён года на Земле объясняется точно так же, как и в наши дни. Коперник первым нашёл правильное объяснение явления предварения равноденствий, о котором астрономы спорили 18 веков — причиной оказалось периодическое смещение земной оси, из-за чего сдвигается небесная система координат.
Несмотря на плохую точность своих астрономических инструментов, Коперник сумел изложить теорию движения Луны, гораздо более точную, чем птолемеевская. По теории Птолемея, видимый диаметр Луны в перигее должен быть вдвое больше, чем в апогее; этот нелепый вывод противоречил всем наблюдениям, но долгое время обходился молчанием. Коперник привёл свои расчёты, по которым разница составляла 8' (по современным данным, около 5')[10].
Все эти положения подробно аргументируются, а доводы Аристотеля и других геоцентристов подвергаются критике. Например, Коперник сначала доказывает, что расстояние между планетами и Солнцем ничтожно по сравнению с расстоянием до неподвижных звёзд, и этот факт он использует для доказательства суточного вращения Земли — ведь если Земля неподвижна, то суточный оборот совершает сфера звёзд, а тогда, с учётом её удалённости, придётся приписать звёздам немыслимую скорость[11]. Вывод о чрезвычайной удалённости звёзд помог Копернику решить ещё одну проблему. Если Земля совершает движение вокруг Солнца за год, то должны существовать годичные параллаксы звёзд: конфигурация созвездия должна меняться с периодом в один год. Однако этого явления во времена Коперника никто не наблюдал. Коперник пояснил, что раз расстояния до звёзд намного превосходят радиус земной орбиты, то годичные параллаксы оказываются слишком незначительными, чтобы их можно было измерить. Аналогичный ответ на тот же вопрос давал и Аристарх Самосский в III веке до н. э. Надёжно зафиксировать параллакс удалось только в 1838 году.
В ряде рассуждений Коперника усматривается зарождение новой, неаристотелевой механики. Примерно в тех же выражениях, как позднее Галилей, он формулирует принцип относительности движения: «Всякое изменение места происходит вследствие движения наблюдаемого предмета, или наблюдателя, или, наконец, вследствие неодинакового перемещения того и другого… При движении корабля в тихую погоду всё находящееся вне его представляется мореплавателям движущимся, как бы отражая движение корабля»[12]. При этом Коперник близко подходит к закону инерции, указывая, что падающие тела и прилежащие слои атмосферы участвуют в движении Земли, хотя никакие силы это движение специально не поддерживают (механика Аристотеля не признавала движения без поддерживающих сил). Коперник даёт одну из первых формулировок закона всемирного тяготения: «Повидимому, тяжесть есть не что иное, как естественное стремление, которым Творец Вселенной одарил все частицы, а именно — соединяться в одно общее целое, образуя тела шаровидной формы. Вероятно также и то, что Солнце, Луна и прочие планеты одарены таким же свойством»[13].
Модель Коперника позволила автору впервые в истории астрономии рассчитать с хорошей точностью расстояния от Солнца до планет[14]:
| Планета | Расстояние по Копернику (в астрономических единицах) |
Современное значение (среднее) |
|---|---|---|
| Меркурий | 0,3763 | 0,3871 |
| Венера | 0,7193 | 0,7233 |
| Земля | 1,0000 | 1,0000 |
| Марс | 1,5198 | 1,5237 |
| Юпитер | 5,2192 | 5,2028 |
| Сатурн | 9,1743 | 9,5389 |
Коперник дал также оценку размеров Солнца и Луны, указал верное значение периода обращения Меркурия вокруг Солнца: 88 дней.
С современной точки зрения, модель Коперника недостаточно радикальна. Все орбиты в ней круговые, движение по ним равномерное, так что для согласования с реальными наблюдениями пришлось сохранить искусственные птолемеевы эпициклы — правда, их стало несколько меньше. Представлению о Солнце как о рядовой звезде (уже в конце XVI века его отстаивал Джордано Бруно) и оценкам истинных масштабов Вселенной также ещё предстояло созреть.
Механизм вращения планет Коперник оставил прежним — вращение сфер, с которыми связаны планеты. Но тогда ось Земли в ходе годичного вращения должна поворачиваться, описывая конус; чтобы объяснить смену времён года, Копернику пришлось ввести третье (обратное) вращение Земли вокруг оси, перпендикулярной эклиптике; этот же механизм Коперник использовал для объяснения причины предварения равноденствий.
Ещё одним анахронизмом был особый статус Земли — хотя у Коперника она из центра мира стала обычной планетой, однако центр всех планетных орбит совпадал не с Солнцем, а с центром земной орбиты.
Птолемеев эквант Коперник упразднил; неравномерность движения по эклиптике (зодиакальное неравенство в движении планет) Коперник объяснял тем, что на движение по большой окружности (деференту) накладывается движение по малому эпициклу, который и переносит на себе планету. Этот эпицикл в одних точках тормозит, в других ускоряет движение планеты. Аналогичные теории (только в рамках геоцентрическое системы мира) разрабатывали астрономы средневекового Востока (см. статью Марагинская революция). Так, теория движения внешних планет у Коперника совпадала с теорией Ал-Урди, теории движения Луны и Меркурия — с теорией Ибн аш-Шатира; фигурирует у Коперника и «пара Туси», использованная для объяснения зодиакального неравенства Насир ад-Дином ат-Туси.
Устранение экванта привлекло к теории Коперника внимание астрономов XVI века. Однако теория Коперника не привела к существенному увеличению точности расчета движения планет: реальное движение планет не является ни круговым, ни равномерным. Только лишь открытие законов Кеплера позволило сделать качественный скачок в увеличении точности планетных теорий.
Другой причиной неточности была крупная ошибка Коперника в оценке величины астрономической единицы: он принял значение 1142 земных радиуса вместо правильного 23440[14]. Эту ошибку он, впрочем, разделял со всей наукой своего времени.
Сразу же по выходе в свет книги Коперника у неё обнаружились как убеждённые сторонники, так и непримиримые противники. Известный виттенбергский астроном Эразм Рейнгольд, коллега Ретика, опубликовал рассчитанные на основе системы Коперника астрономические «Прусские таблицы» (лат. Tabulae Prutenicae, 1551 год). Таблицы Рейнгольда служили более 70 лет, пока не появились гораздо более точные Рудольфовы таблицы Кеплера (1627). Главным в теории Коперника Рейнгольд считал то, что в ней устраняется птолемеев эквант. Однако Рейнгольд хранил полное молчание относительно главного, что, с нашей точки зрения, есть в книге Коперника: гелиоцентрической гипотезы, как будто он её попросту не заметил.
В Англии апологию Копернику «Совершенное описание небесных сфер, соответствующее древнейшему учению пифагорейцев, недавно восстановленному Коперником и доказанным геометрическим способом» издал в 1576 году астроном Томас Диггес. В начале XVII века на сторону Коперника встали величайшие деятели научной революции: Галилей, Кеплер и Декарт.
Католическая церковь, занятая борьбой с Реформацией, первоначально снисходительно отнеслась к новой астрономии, тем более что вожди протестантов (Мартин Лютер, Меланхтон) отзывались о ней резко враждебно[15]. Это снисходительность была связана и с тем, что для предстоящей реформы календаря были полезны наблюдения Солнца и Луны, содержащиеся в книге Коперника. Папа Климент VII в 1533 году благожелательно прослушал лекцию о гелиоцентрическом подходе, подготовленную учёным кардиналом Вигманштадтом. Однако несколько епископов выступили с яростной критикой гелиоцентризма как опасной богопротивной ереси.
В 1616 году, при папе Павле V, католическая церковь официально запретила придерживаться и защищать модель Коперника как систему мира, поскольку такое истолкование противоречит Писанию. В то же время гелиоцентрической моделью по-прежнему можно было пользоваться для практических расчётов движения планет. Теологическая комиссия экспертов по запросу инквизиции рассмотрела два положения, вобравшие в себя суть учения Коперника и вынесла следующий вердикт[16]:
Предположение I: Солнце является центром мироздания и, следовательно, неподвижно. Все считают, что это заявление нелепое и абсурдное с философской точки зрения, и кроме того формально еретическое, так как выражения его во многом противоречат Священному Писанию, согласно буквальному смыслу слов, а также обычному толкованию и пониманию Отцов Церкви и учителей богословия.
Предположение II: Земля не есть центр мироздания, она не является неподвижной и движется как целостное (тело) и к тому же совершает суточное обращение. Все считают, что это положение заслуживает такого же философского осуждения; с точки зрения богословской истины, оно, по крайней мере, ошибочно в вере.Оригинальный текст (лат.)Propositio I: Sol est centrum et omnino immobilis motu locali. Censura: omnes dixerunt dictam propositionem esse stultam et absurdam in philosophia et formaliter hereticam, quatenus contradicit expresse sententiis sacrae Scripturae in multis locis, secundum proprietatem verborum et secundum expositionem et sensum SS, Patrum et theologorum doctorum. Propositio II: Terra non est centrum mundi nec immobilis, sed secundum se totam movetur etiam motu diurno. Censura: omnes dixerunt hanc propositionem recipere eandem censuram in philosophia et spectando veritatem theologicam ad minus esse in fide erroneam.
— O. Pedersen, Galileo and the Council of Trent: The Galileo Affair Revisited, Journal for the History of Astronomy, p.1
Самым известным следствием этого решения в XVII веке стал суд над Галилеем (1633 год), нарушившим церковный запрет в своей книге «Диалоги о двух главнейших системах мира».
Вопреки устоявшемуся мнению, сама книга Коперника «De Revolutionibus Orbium Coelestium» была формально запрещена инквизицией лишь на 4 года, однако подверглась цензуре. В 1616 году она была внесена в римский индекс запрещённых книг с пометкой «до исправления»; перечень цензурных поправок был обнародован в 1620 году. Эти исправления в основном касались утверждений, из которых следовало, что гелиоцентризм является не просто математической моделью, но отражением реальности. Труды гелиоцентристов были исключены из римского Индекса запрещённых книг в 1835 году[17].
Некоторые астрономы XVI—XVII веков предпочли модифицированный вариант модели Коперника, в котором Земля была неподвижна, Солнце вращалось вокруг Земли, а все прочие планеты — вокруг Солнца. С точки зрения астрономических наблюдений, этот вариант ничем не отличался от коперниканского. Наиболее видным сторонником такой модели был Тихо Браге, который восторгался Коперником и его книгой, но движение Земли признавать отказался. Виднейшим продолжателем гелиоцентрических идей в XVII веке стал Иоганн Кеплер, хотя его система мира была уже во многом не похожа на коперникову: небесные сферы были упразднены, круговые орбиты планет Кеплер заменил на эллипсы, движение планет стало неравномерным. Благодаря открытиям Кеплера точность модели резко повысилась, а изданные Кеплером очень точные гелиоцентрические «Рудольфовы таблицы» стали торжеством гелиоцентризма.
В этот же период, благодаря изобретению телескопа, Галилей сделал ряд астрономических открытий (фазы Венеры, спутники Юпитера и др.), подтверждавших систему мира Коперника.
Несмотря на все свои (отмеченные выше) несовершенства, модель мира Коперника была крупным шагом вперёд и сокрушительным ударом по архаичным авторитетам. Низведение Земли до уровня рядовой планеты подготавливало (вопреки Аристотелю) ньютоновское совмещение земных и небесных природных законов. В конце XVII века Ньютон завершил разработку динамического фундамента небесной механики, и модель Птолемея окончательна отошла в историю.
О вращении небесных сфер.
