Системы мира (от древних до Ньютона) - Г. Гурев

По Копернику, все планеты движутся вокруг Солнца по концентрическим кругам, причем порядок расположения известных ему планет от Солнца таков: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер и Сатурн. «В этом расположении светил, — подчеркивал он, — мы находим такую гармоническую связь, какой нигде более найти нельзя». Действительно, при помощи своей системы мира Коперник с замечательной простотой объяснил «второе неравенство», т. е замысловатые, запутанные пути планет, доставившие столько труда древним астрономам. Оказалось, что различие между видимым движением так называемых нижних планет (Меркурия и Венеры) и верхних планет (Марса, Юпитера и Сатурна) вызвано тем, что нижние планеты являются внутренними планетами, а верхние — внешними, т. е. орбиты первых расположены внутри земной орбиты (ближе к Солнцу, чем Земля), а орбиты вторых — вне земной орбиты (дальше от Солнца, чем Земля). Своеобразные остановки, петли и обратные направления в движениях планет есть кажущееся явление, порожденное не нагромождением эпициклов, а обращением Земли и планет вокруг Солнца. Все эти особенности объясняются тем, что земной наблюдатель рассматривает движение планет не из центра, вокруг которого планеты движутся, т. е. не такими, какими они в действительности происходят, а с движущейся в свою очередь Земли, т. е. из разных точек пространства. Выходит, таким образом, что все «странности» в путях планет перестали бы существовать для наблюдателя, оказавшегося на Солнце, в центре планетных орбит: для него все планеты обращались бы постоянно в одном и том же направлении. Поэтому Луна, у которой не обнаружено никаких петель, остановок и т. д., должна обращаться вокруг Земли в качестве ее спутника или планеты второго порядка.

Фиг. 31. Объяснение сложного видимого движения «верхней» (внешней) планеты по Копернику. Когда Земля занимает положение T1, а планета положение Р1, то планета должна казаться на небосводе в точке Р1. Планета движется медленнее Земли; когда Земля переместится из положения Т1 в Т2, планета передвинется из точки P1 в Р2 и мы ее увидим в направлении Т2Р2 в точке небосвода Р2, т. е. планета передвинется между звездами справа налево, по направлению стрелки № 1. Когда Земля занимает положение Т3, то планету мы увидим по направлению Т2Р3 в точке небосвода Р3, так что планета в точке небосвода Р2 как бы остановилась, а затем пошла вспять, слева направо, по стрелке № 2. Таким образом стояние и обратное движение планеты — кажущиеся явления, происходящие вследствие движения Земли по орбите.

Расстояния планет от Солнца и скорости их движения по орбите различны.

Поэтому планеты описывают свои орбиты в различные промежутки времени.

Чем дальше планета от Солнца, тем больше времени она тратит на полный оборот вокруг Солнца. От совокупности движений Земли и планет вокруг Солнца происходят кажущиеся нам весьма неравномерными и извилистыми планетные движения, хотя на самом деле движение планет довольно несложно.

Поэтому становится понятным, почему теория Птолемея до известной степени удовлетворительно представляла видимое движение планет: это движение кажется состоящим из двух круговых движений, причем первое из них — результат движения планет вокруг Солнца, а второе — результат орбитального движения Земли, с которой мы наблюдаем планеты.

Планеты Марс, Юпитер и Сатурн, находящиеся за пределами земной орбиты, кажутся нам движущимися в обратном направлении, т. е. с востока на запад, когда Земля и одна из этих планет находятся по одну сторону Солнца, так как в этом случае Земля при своем движении вокруг Солнца обгоняет эту планету (которая вообще перемещается по своей орбите медленнее Земли). Аналогичное явление мы замечаем, когда обгоняем на пассажирском поезде товарный, идущий в том же направлении, но гораздо медленней. Движение Меркурия и Венеры, находящихся в пределах земной орбиты, кажется нам обратным, когда планета находится между Землей и Солнцем, потому что она движется по орбите быстрее Земли. Словом, в виду того, что перемещение всякой планеты наблюдается нами с движущейся Земли, а не из центра ее орбиты — Солнца, то линия зрения (прямые, проведенные между Землей и планетов) либо движется по направлению с запада на восток, т. е. прямо, либо по противоположному направлению, т. е. обратно, либо же делается касательной к планетной орбите, т. е. неподвижна.[21] Движение планеты бывает прямым, когда эти линии зрения пересекаются между Землей и планетой; обратное движение происходит тогда, когда эти линии пересекаются вне планетной орбиты для внешних орбит и вне земной — для внутренних, и планета кажется остановившейся, когда эти линии параллельны.

Так же просто и наглядно, без всяких эпициклов, Коперник впервые объяснил образование «узлов» в видимом движении планет. Оказалось, что это основное «неравенство» в движении планет стоит в связи с величиной радиусов их орбит, причем каждый из узлов есть не что иное, как отражение в пути планеты орбиты Земли, с которой мы ее наблюдаем. Если, например, планета Юпитер обращается вокруг Солнца почти в 12 лет, описывает на своем пути 11 «петель», то это происходит потому, что каждая петля в пути планеты соответствует одному обороту Земли вокруг Солнца. Величина же петель зависит от отношения расстояний от планеты до Солнца и от Земли до Солнца. Чем дальше планеты отстоят от Земли, тем меньше петля, а чем ближе она к Земле, тем они больше.

Отсюда Коперник вывел, — и это одна из самых замечательных его идей, — что по величине петли можно вычислить сравнительное расстояние планеты от Солнца, принимая расстояние Земли от Солнца, т. е. радиус земной орбиты, за единицу. Ведь та часть планетной орбиты, которая с Земли кажется петлей, для наблюдателя, находящегося на Солнце, представляется дугой, частью круга, ибо все видимые явления в движениях планет обусловливаются движением планет и Земли вокруг Солнца. Если Птолемей объяснил эти петли с помощью большого или главного эпицикла, центр которого скользит по окружности деферента, то по Копернику этот эпицикл является как бы отражением земной орбиты, между тем как роль деферента в этом случае играет действительная орбита планеты. Поэтому Коперник пришел к 'заключению, что отношение радиуса деферента к радиусу эпицикла равно отношению расстояний от планеты до Солнца и от земли до Солнца.

Построив отношения радиусов эпициклов и деферентов, найденных Птолемеем, Коперник впервые получил сравнительные расстояния планет о т Солнца, выраженные в радиусах земной орбиты.

Что же касается среднего расстояния Земли от Солнца, то Коперник на основании вы числений, произведенных по методу, ведущему начало от Аристарха, принял его равный 1197 земным радиусам, тогда как на самом деле оно почти в 20 раз больше. Но если Коперник и не знал настоящих размеров солнечной системы, то относительные расстояния планет он знал уже довольно точно, и это было весьма важным достижением астрономии.

Фиг. 32. Объяснение видимого движения „нижней" (внутренней) планеты по Копернику. Планета движется быстрее Земли Т и движение ее прямее от М" до М"’, обратное от М'" до М" и переходит в стояние у М" и М"'. Она кажется качающейся около Солнца, причем радиус ее орбиты определяет размах этого качания и другие особенности ее видимого движения.

В системе Птолемея порядок распределения планет при их воображаемом движении вокруг Земли не мог быть установлен из наблюдений и был намечен без достаточных оснований, т. е. расстояния планет оставались совершенно неопределенными (было известно лишь расстояние от Земли до Луны). Наоборот, система Коперника представляет собой строго организованное целое, и именно поэтому она сразу выяснила план солнечной системы, определив из наблюдений все расстояния, и тем внесла порядок во все построение. Конечно, Коперник не мог не сознавать вполне ясно, что преимущество своей системы мира и в этом обстоятельстве видел одно из главнейших доказательств правильности этой системы.

XV. ОСОБЕННОСТИ КОПЕРНИКОВОЙ СИСТЕМЫ

Несмотря на все свои значительные преимущества, гелиоцентрическая система Коперника в том виде, как она выразилась в его сочинении, заключала в себе значительные астрономические погрешности. Эти недостатки вызваны были тем, что Коперник не порвал окончательно с аристотелевой физикой, т. е. не критически воспринял целый ряд старых представлений. Но в этом следует обвинять не его самого, а его время, так как тогда физика, механика и другие дисциплины не ушли далеко вперед по сравнению с античной наукой.

Одним из важнейших недостатков системы Коперника было признание не двух родов движения Земли (около о си и около Солнца), а трех, причем третье он называл «движением по склонению». Он считал, что оно совершается в обратном направлении относительно порядка зодиакальных созвездий, т. е. от востока к западу, и служит для объяснения смены времён года, для приведения во всякий момент, оси Земли в положение, параллельное тому, какое эта ось занимала прежде. Вот почему Коперник считал нужным придумать это последнее движение.