Ренесанс і формування наукової традиції: неймовірна оптика та нова космологія

В епоху Відродження бурхливому розвитку натурфілософії, астрономії та біології передувала поява абсолютно нових оптичних інструментів, які дозволили людині зазирнути як углиб себе, так і далеко за межі Землі. Саме ці прилади допомогли довести низку чудових теорій, що описують рух усіх спостережних космічних об’єктів.

Оптика, яка дозволила побачити Всесвіт

Створення першого мікроскопа приписується голландському майстру з виготовлення окулярів — Гансу Янсену. 1590 року він разом зі своїм сином Захарієм Янсеном винайшов складовий мікроскоп із двох лінз: перша (увігнута) призначалася для отримання зображення, а друга (опукла) — для його збільшення.

Янсен, вочевидь, був не першим, хто описав оптичний ефект збільшення зображення шляхом комбінування двох лінз, оскільки ще у 1538 році відповідний ефект описував Джироламо Фракасторо — лікар із італійського міста Верона. Утім, Янсени стали першими, хто сконструював на основі цього знання повноцінний прилад, згодом названий мікроскопом.

Розуміння принципу оптичного лінзування, що лежав в основі роботи мікроскопа, дозволило оптику Йоганну (Гансу) Ліпперсгею створити 1608 року перший прототип оптичного телескопа-рефрактора. Промінь світла, що надходив на об’єктив телескопа, проходив через систему лінз, які спричиняли його заломлення (рефракцію), в результаті чого досягався ефект оптичного збільшення. Йоганн називав свій винахід kijker (в перекладі з голландської: дивиться), і описував свій пристрій як “той, що дозволяє бачити віддалені об’єкти поблизу, ніби вони — перед вами”.

Ганс Ліпперсгей так і не зміг домовитися з урядом Нідерландів про патент на свій винахід, оскільки за патентами на аналогічні підзорні труби звернулися одразу кілька претендентів, серед яких був і його співвітчизник із Мідделбурга — Захарій Янсен. Суперечка щодо того, хто ж насправді придумав першу технологію телескопа, залишається невирішеною й донині.

Елементарна за своєю простотою конструкція телескопа швидко йде в народ, і вже за рік, у 1609-му, флорентійський астроном Галілео Галілей конструює свою модифікацію телескопа з увігнутим окуляром і опуклим об’єктивом.

Телескоп-рефрактор Галілея мав десятикратний зум (який згодом астроном вдосконалив до 32-кратного), що дозволяло приладу спостерігати раніше невидимі космічні тіла. 1610 року, вперше спостерігаючи космос через окуляр свого телескопа, Галілео робить низку відкриттів. Зокрема, він виявляє чотири раніше не відомі супутники Юпітера: Іо, Ганімед, Європу і Каллісто, а також вперше бачить рельєф Місяця, що складається з системи кратерів та каньйонів. Галілей спостерігає й описує ефект місячної лібрації — слабкі коливання супутника, спричинені впливом на нього земної гравітації та орбітального обертання.

Технологію телескопа-рефрактора 1668 року вдосконалив Ісаак Ньютон, впровадивши в його конструкцію механізм дзеркала, що відбиває (рефлектора). Нововведення Ньютона дозволило вирішити головну проблему попередніх телескопів-рефракторів — позбутися ефекту хроматичної аберації, що суттєво знижував чіткість зображення, яке можна було спостерігати через прямолінійну трубу телескопа.

Механіка небесних тіл: Коперник, Браге, Кеплер

Спостерігаючи через свій телескоп за фазами Венери, Галілей зрозумів, що єдиний можливий спосіб описати поведінку планети на нічному небосхилі — прийняти за істину припущення, що вона обертається навколо Сонця, а не навколо Землі. І хоча це відкриття і протирічило церковним уявленням про світоустрій (через що останні дев’ять років свого життя Галілей провів під домашнім арештом), воно добре співвідносилося із працями іншого польського астронома, Миколи Коперника, опублікованими на 66 років раніше.

Не маючи настільки передових засобів для спостереження за нічним небом, які були у Галілея, Коперник зміг розумом дійти висновку, що Земля не є центром Всесвіту, спростувавши тим самим уявлення про геоцентризм, сформоване ще за часів Аристотеля. Згідно з розрахунками, зробленими Коперником, у центр нашої Сонячної системи краще вписувалось саме Сонце, а не Земля. Підсумки своїх спостережень Коперник навів у своїй “Шостій книзі про обертання небесних сфер” (De Revolutionibus orbium coelestium libri VI), яку було вперше опубліковано 1543 року.

Нова геліоцентрична система Коперника була революційною, однак деякі його висновки багато в чому були невірними. Зокрема, сьогодні не підтверджується третій рух Землі, який Коперник називав деклінаційним (рухом по відмінюванню). Крім цього, Коперник вважав, що зорі, які спостерігаються з Землі, нерухомі, а їхню зміну положення в просторі він пояснював ефектом зсуву, викликаним обертанням Землі.

Коперник також спирався на Птолемея, коли вважав, що орбіти планет, що обертаються навколо Сонця, круглі. Це не збігалося з даними астрономічних спостережень, отриманими датчанином Тихо Браге. У 1572 і 1577 роках астроном виявив на небі дві нові зорі, чим підтвердив свої здогадки про те, що Всесвіт не є статичним, а перебуває в постійному русі. Спостерігаючи у свій телескоп комети, Браге повністю розвінчав уявлення про невидимі небесні сфери, які призводять планети до руху. Молодий учень Браге Йоганн Кеплер розставив усі крапки над “і”, та завдяки математичним розрахункам підсумував двадцятирічні спостереження за космосом свого вчителя.

Круговим орбітам Кеплер протиставив орбіти у формі еліпса, результатом чого стали три закони Кеплера, які сформулювали геліоцентричну систему в тому вигляді, якою ми її знаємо сьогодні:

1. Кожна планета Сонячної системи рухається еліпсоїдними орбітами, у фокусі яких перебуває Сонце.

2.  Кожна планета рухається в площині, що проходить через центр Сонця. Причому за рівні проміжки часу радіус-вектор, що з’єднує світило та планету, визначає рівні площі.

3. Квадрати періоду обігу планет навколо Сонця відносяться один до одного, як куби великих півосей орбіт планет.

Висновки Коперника, пізніше доопрацьовані Браге та Кеплером та підтверджені оптичними спостереженнями Галілея, перевернули уявлення людей епохи Відродження про своє місце у цьому Всесвіті. Ці відкриття започаткували епоху наукової революції, яка згодом розгортається у Європі, символізуючи початок історичного періоду Нового часу.