Чтение онлайн

Позже с помощью ньютоновского тяготения были с высокой точностью объяснены все наблюдаемые движения небесных тел.

Исаак Ньютон

Закон тяготения позволил решить не только проблемы небесной механики, но и ряд физических и астрофизических задач. Ньютон нашел метод определения массы Солнца и планет. Он открыл причину приливов – притяжение Луны (даже Галилей ошибочно считал приливы центробежным эффектом). Более того, обработав многолетние данные о высоте приливов, Ньютон вычислил массу Луны. Ещё одним следствием тяготения оказалась прецессия земной оси. Ньютон выяснил, что из-за сплюснутости Земли у полюсов земная ось совершает под действием притяжения Луны и Солнца постоянное медленное смещение с периодом 26 000 лет. Тем самым явление «предварения равноденствий» (открытое Гиппархом) нашло научное объяснение.

Кроме того, Ньютону принадлежат и фундаментальные открытия в оптике. Разлагая свет с помощью призм, он убедительно доказал, что белый свет не первичен, а состоит из цветных компонент с разной «степенью преломляемости» – то есть, говоря современным языком, разные участки спектра имеют разную длину световой волны, о которой можно судить по степени преломления. Фундаментальный труд Ньютона «Оптика» включал в себя следующие темы: принципы геометрической оптики, учение о дисперсии света и составе белого цвета с различными приложениями, включая теорию радуги, интерференция света в тонких пластинках, дифракция и поляризация света.

Но для астрономов-любителей важнее всего то, что Ньютон является изобретателем телескопа-рефлектора, в котором объективом служит вогнутое зеркало.

В телескопе, сконструированном Ньютоном в 1668 году, главное зеркало направляет свет на небольшое плоское диагональное зеркало, расположенное вблизи фокуса. Оно, в свою очередь, отклоняет пучок света за пределы трубы, где изображение рассматривается через окуляр или фотографируется. Главное зеркало параболическое, но, если относительное отверстие (отношение диаметра объектива к его фокусному расстоянию) не слишком большое, оно может быть и сферическим. Такая оптическая схема с тех пор носит имя Ньютона и остается самой распространенной среди рефлекторов, хотя потом были придуманы и другие.

Изобретая рефлектор, Ньютон ставил своей задачей избавиться от хроматической аберрации – цветных ореолов вокруг изображения, возникающих в телескопах-рефракторах как раз из-за того, что лучи разного цвета преломляются линзой по-разному. Действительно, зеркало, которое не преломляло, а отражало свет, позволяло этого добиться. Однако после у зеркальных телескопов обнаружилось еще множество преимуществ. В частности, до сих пор невозможно создать линзовый объектив (и, соответственно, телескоп-рефрактор) диаметром более 1 м – а все из-за того, что стекло деформируется под собственным весом – поэтому все крупные телескопы являются исключительно рефлекторами [6] .

Рефрактор Кеплера

Рефлектор Ньютона

Зеркальнолинзовый телескоп Кассегрена

Копия телескопа, сделанного Ньютоном

Многих людей, совершивших крупные научные открытия и изменивших научную картину мира, с современной точки зрения можно считать астрономами-любителями. Они строили телескопы и другие инструменты на собственные средства и не получали (во всяком случае в начале своей деятельности) никакой оплаты за свой труд. Между тем их труды способствовали становлению всей научной картины мира.

Он родился в 1738 году в Ганновере, в семье музыканта военного оркестра, и, как часто бывало в то время, продолжил дело отца: поступил на службу в военный оркестр (гобоистом) и в 1755 году в составе полка был командирован из Ганноверского куфрюршества [7] в Англию (эти два государства в то время были связаны личной унией) [8] . В 1757 году ушёл с военной службы ради занятий музыкой. Он играл также на скрипке, клавесине и органе. Работал органистом и учителем музыки в Галифаксе, затем переехал в курортный город Бат, где стал распорядителем публичных концертов.

Вильям Гершель

Интерес к музыкальной теории привел Гершеля к математике и к знакомству с Джоном Мичеллом, священником из деревни Торнхиллл, бывшим в то же время видным естествоиспытателем и геологом. Мичелл занимался астрономией, оптикой, небесной механикой, будучи одновременно теоретиком и экспериментатором. Открыл, в частности, волноподобную природу землетрясений, осуществил целый ряд оригинальных исследований в области магнетизма и гравитации. Особенно стоит отметить, что Мичелл предвидел возможность существования объектов, схожих с теми, которые позже назовут черными дырами. Письмо от 27 ноября 1783 года, которое он послал в Королевское общество [9] , содержало концепцию массивного тела, гравитационное притяжение которого настолько велико, что скорость, необходимая для преодоления этого притяжения (вторая космическая скорость), равна или превышает скорость света с расчётом, из которого следовало, что для тела с радиусом в 500 солнечных радиусов и с плотностью Солнца вторая космическая скорость на его поверхности будет равна скорости света. Таким образом, свет не сможет покинуть это тело, и оно будет невидимым. Мичелл предположил, что в космосе может существовать множество таких недоступных наблюдению объектов. Правда, «чёрная звезда» Мичелла не похожа на современные модели чёрных дыр, Мичелл не предполагал, что вещество в чёрных дырах может быть сжато до чудовищных плотностей.

Мичелл пробудил интерес Гершеля к астрономии, который окреп после знакомства с Невиллом Маскелайном, занимавшим в то время почетную должность Королевского астронома. Не имея денег на покупку крупного телескопа, Гершель стал изготавливать их самостоятельно, и с этих пор он тратил до 16 часов в день на шлифовку и полировку металлических зеркал. Гершель начал регулярные наблюдения в мае 1773 года, а 1 марта 1774 года начал вести астрономический журнал. Первые записи наблюдений в нем были посвящены Сатурну и Большой туманности Ориона.

Жизнь Гершеля теперь оказалась полностью посвящена двум главным делам: наблюдениям и созданию телескопов. За ночь он мог внимательно пронаблюдать несколько сотен объектов! А за всю свою жизнь он построил более четырехсот телескопов – как для себя, так и на продажу. Самым большим и самым известным из них был рефлектор с зеркалом диаметром 49,5 дюйма (1,26 м) и фокусным расстоянием [10] 40 футов (12 м). В 1789 году, вскоре после начала работы с этим инструментом, Гершель открыл с его помощью спутники Сатурна Энцелад и Мимас – далекие и крохотные небесные тела, диаметр которых по современным данным всего 500 и 400 км соответственно! Правда, из-за огромных размеров телескоп был неудобен в управлении. Большинство наблюдений Гершель сделал на меньшем инструменте – с диаметром зеркала 47 см и фокусным расстоянием 6,1 м.

Интересы Гершеля в начале его работы сосредоточились на поиске пар звезд, которые на небе казались очень близкими друг к другу. Астрономы того времени ожидали, что изменения во взаимном расположении этих звезд в течение года дадут возможность измерить параллакс – кажущееся смещение близких звезд на фоне более далеких – и определить расстояние от звезд до Земли. Гершель начал систематический поиск и обнаружил множество двойных и кратных звезд.

В 1797 году Гершель произвел измерения повторно и обнаружил изменения в их относительных положениях, которые не могли быть объяснены параллаксом, вызванным орбитальным движением Земли. Гершель сделал новаторский вывод о существовании звёздных систем (прежде предполагалось, что двойные звёзды лишь случайно расположены на небе таким образом, что при наблюдении оказываются рядом). В целом же Гершель обнаружил более 800 систем, состоящих из двух или нескольких звезд. Почти все они действительно связаны силами тяготения. Его теоретическая и наблюдательная работа служит основой для современной астрономии двойных звезд.