Ренессанс и формирование научной традиции: невероятная оптика и новая космология

В эпоху Возрождения бурному развитию натурфилософии, астрономии и биологии предшествовало появление совершенно новых оптических инструментов, которые позволили человеку заглянуть как вглубь себя, так и далеко за пределы Земли. Именно эти приборы помогли доказать ряд восхитительных теорий, описывающих движение всех наблюдаемых космических объектов.

Оптика, позволившая увидеть Вселенную

Создание первого микроскопа приписывается голландскому мастеру по изготовлению очков — Хансу Янсену. В 1590 году он вместе со своим сыном Захарием Янсеном изобрел составной микроскоп из двух линз: первая (вогнутая) предназначалась для получения изображения, а вторая (выпуклая) — для его увеличения.

Янсен, очевидно, был не первым, кто описал оптический эффект увеличения изображения путем комбинирования двух линз, так как еще в 1538 году соответствующий эффект описывал Джироламо Фракасторо — лекарь из итальянского города Верона. Тем не менее, Янсены стали первыми, кто сконструировал на основе этого знания полноценный прибор, впоследствии названный микроскопом.

Понимание принципа оптического линзирования, который лежал в основе работы микроскопа, позволило оптику Иоганну (Гансу) Липперсгею создать в 1608 году первый прототип оптического телескопа-рефрактора. Поступающий на объектив телескопа луч света проходил через систему линз, вызывающих его преломление (рефракцию), в результате чего достигался эффект оптического увеличения. Иоганн называл свое изобретение kijker (в переводе с голландского: смотрящий), и описывал свое устройство как «позволяющее видеть удаленные объекты вблизи, словно они находятся перед вами».

Ганс Липперсгей так и не смог договориться с правительством Нидерландов о патенте на свое изобретение, поскольку за патентами на аналогичные подзорные трубы обратились сразу несколько претендентов, среди которых был и его соотечественник из Мидделбурга — Захарий Янсен. Спор о том, кто же на самом деле придумал первую технологию телескопа, не разрешен и по сей день.

Элементарная по своей простоте конструкция телескопа быстро уходит в народ, и уже год спустя, в 1609-м, флорентийский астроном Галилео Галилей сконструировал свою модификацию телескопа с вогнутым окуляром и выпуклым объективом.

Телескоп-рефрактор Галилея обладал десятикратным зумом (который впоследствии астроном доработал до 32-кратного), что позволяло ему наблюдать ранее невидимые космические тела. В 1610 году, впервые наблюдая космос через окуляр своего телескопа, Галилео делает ряд открытий. В частности, он обнаруживает четыре прежде неизвестных спутника Юпитера: Ио, Ганнимед, Европу и Каллисто, а также впервые видит рельеф Луны, состоящий из системы кратеров и каньонов. Галилей наблюдает и описывает эффект лунной либрации — слабые колебания спутника, вызванные воздействием на него земной гравитации и орбитального вращения.

Технологию телескопа-рефрактора в 1668 году доработал Исаак Ньютон, внедрив в его конструкцию механизм отражающего зеркала (рефлектора). Нововведение Ньютона позволило решить главную проблему предшествующих ему телескопов-рефракторов — избавиться от эффекта хроматической аберрации, который существенно снижал четкость наблюдаемого через прямолинейную трубу телескопа изображения.

Механика небесных тел: Коперник, Браге, Кеплер

Наблюдая через свой телескоп за фазами Венеры, Галилей понял, что единственный возможный способ описать поведение планеты на ночном небосводе — принять за истину предположение о том, что она вращается вокруг Солнца, а не вокруг Земли. И хотя это открытие и противоречило церковным представлениям о мироустройстве (из-за чего последние девять лет своей жизни Галилей провел под домашним арестом), оно хорошо соотносилась с трудами другого польского астронома, Николая Коперника, опубликованными 66 годами ранее.

Не обладая настолько продвинутыми средствами для наблюдения за ночным небом, как Галилей, Коперник, тем не менее, смог умственно заключить, что Земля не является центром Вселенной, опровергнув тем самым представление о геоцентризме, сформированное еще во времена Аристотеля. Согласно расчетам, произведенным Коперником, в центр нашей Солнечной системы лучше вписывалось именно Солнце, а не Земля. Итоги своих наблюдений Коперник привел в своей «Шестой книге о вращении небесных сфер» (De Revolutionibus orbium coelestium libri VI), впервые опубликованной в 1543 году.

Новая гелиоцентрическая система Коперника была революционной, однако некоторые его выводы во многом были неверными. В частности, сегодня не подтверждается третье движение Земли, которое Коперник называл деклинационным (движением по склонению). Помимо этого, Коперник считал, что наблюдаемые с Земли звезды неподвижны, а их смену положения в пространстве он объяснял эффектом смещения, вызванным вращением Земли.

Коперник также опирался на Птолемея, когда полагал, что орбиты планет, которые вращаются вокруг Солнца, круглые. Это никак не сходилось с данными астрономических наблюдений, полученными датчанином Тихо Браге. В 1572 и 1577 годах астроном обнаружил на небосводе две новые звезды, чем подтвердил собственные догадки о том, что Вселенная не является статичной, а пребывает в постоянном движении. Наблюдая в свой телескоп кометы, Браге полностью развенчал представление о невидимых небесных сферах, которые приводят планеты в движение. Молодой ученик Браге Иоганн Кеплер расставил все точки над «і», и благодаря математическим расчетам сумел подытожить двадцатилетние наблюдения за космосом своего учителя.

Круговым орбитам Кеплер противопоставил орбиты в форме эллипса, результатом чего стали три закона Кеплера, сформулировавшие гелиоцентрическую систему в том виде, какой мы ее знаем сегодня:

1. Каждая планета Солнечной системы движется по эллипсоидным орбитам, в фокусе которых находится Солнце.

2. Каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца. Причем за равные промежутки времени радиус-вектор, соединяющий светило и планету, описывает собой равные площади.

3. Квадраты периода обращения планет вокруг Солнца относятся друг к другу, как кубы больших полуосей орбит планет.

Выводы Коперника, позднее доработанные Браге и Кеплером и подтвержденные оптическими наблюдениями Галилея, перевернули представление людей эпохи Возрождения о своем месте в этой Вселенной. Эти открытия положили начало эпохе научной революции, которая впоследствии разворачивается в Европе, символизируя начало исторического периода Нового времени.