Вилли Лей: Ракеты и полеты в космос

Рис. 1. Представления Коперника и Кеплера о движении Земли вокруг Солнца

Кеплер сделал еще один шаг вперед. Изучая многочисленные наблюдения Тихо Браге за положениями Марса, он неизменно приходил к совершенно поразительному результату: сколько бы он ни оперировал с большим кругом и эпициклом, Марс не вписывался в эту схему. Когда же Кеплер изобразил положения Марса на большом листе бумаги, начала вырисовываться совсем другая картина. Кеплер сначала не был уверен в себе: ему казалось, что путь обращения Марса вокруг Солнца должен быть идеальным кругом. Но вместо этого получалась другая фигура-эллипс, имеющий не один центр, как круг, а два фокуса (рис. 2). Кеплер, по-видимому, утешал себя в потере «идеального» круга тем, что и сам круг является особым случаем эллипса — эллипса с совмещенными в одной точке фокусами. Во всяком случае, он пришел к выводу, что планеты движутся по эллиптическим орбитам, а Солнце для каждой из них находится в одном из фокусов эллипса. Этот вывод известен сейчас как «первый закон» Кеплера.

Рис. 2. Эллипс с эксцентриситетом 0,5. Основным свойством эллипса является то, что сумма расстояний от точки Р на кривой эллипса до двух фокусов F 1, и F 2должна быть величиной постоянной и независимой от положения точки на кривой. Чем больше сближаются точки F 1и F 2, тем меньше эксцентриситет эллипса; наименьший эксцентриситет возможен тогда, когда F 1и F 2совпадают в одной точке; в этом случае эллипс превращается в окружность.

Исследуя скорость движения по эллипсу, Кеплер открыл и «второй закон» движения небесных тел. Линия, соединяющая один из фокусов (Солнце) с точкой на эллипсе (планета), называется радиус-вектором. Кеплер обнаружил, что Марс движется быстрее, находясь вблизи Солнца, и сформулировал это наблюдение следующим образом: «радиус-вектор описывает равные площади в равные отрезки времени» (рис. 3). «Третий закон» Кеплера, открытый позднее, устанавливает связь между расстоянием от планеты до Солнца и временем полного обращения планеты вокруг Солнца.

Рис. 3. Второй закон Кеплера. Истинная орбита Земли настолько близка к окружности, что если начертить круг диаметром 100 см, то он отличался бы от истинного эллипса только на толщину линии. На рисунке изображена орбита Земли (эллипс с эксцентриситетом 0,5); цифры 1, 2, 3 и т.д. указывают начало месяцев

Коперник и Кеплер упорядочили схему устройства солнечной системы, а Галилео Галилей с помощью самодельного телескопа, который он, по существу, изобрел сам (для этого он изучил принципы, на которых было основано устройство первой «волшебной трубы» голландца Яна Липпершея), населил эту систему различными мирами. Он увидел то, о чем бесплодно велись дискуссии в течение десятков столетий, он увидел, что все планеты имеют форму дисков при наблюдении их через телескоп. Это доказывало, что, отличаясь друг от друга размерами, они все являются мирами, сопоставимыми с Землей и Луной. Все это, вместе взятое, создало новую солидную основу для мечтаний о межпланетных путешествиях. Первым следствием этого было пятикратное переиздание Лукиана на греческом языке. Для менее образованных читателей книга была переведена Кеплером и другими на латынь, а для остального люда были сделаны переводы на «простонародные языки». Первое английское издание Лукиана появилось в 1634 году. В том же году был напечатан посмертно и труд Кеплера «Сон», написанный в минуты досуга или во время перерывов в работе, связанных с периодически обострявшейся болезнью ученого (Кеплер умер в 1630 году в возрасте около 60 лет).

Книга Кеплера представляет собой фантастическое описание Луны; в ней много интересных деталей и юмористических заметок о Тихо Браге, человеке, произведшем наиболее выдающиеся и надежные наблюдения из всех, что были сделаны до него. Эти наблюдения дали возможность Кеплеру отбросить надуманное представление о кругах, характерное для античного периода и разделявшееся позже Коперником, и предложить собственные выводы об эллиптических орбитах.

В начале книги Кеплер изображает себя, лежащего в постели; он отдыхает после долгих трудов над бесконечными вычислениями. Вскоре ему начинает сниться сон, будто он купил книгу, где повествуется о юном исландце Дуракоте, совершающем длительное путешествие к Тихо Браге для того, чтобы усвоить то, что астрономы знают о Луне. Спустя несколько лет он возвращается на родной остров и рассказывает своей матери, которая слывет ведьмой, о Тихо и его учениях. К своему крайнему удивлению, он узнает, что его мать знает о Луне значительно больше, чем все астрономы мира, вместе взятые.