Астрономическая картина мира и ее творцы

      Свой метод расчета механических движений путем рассмотрений бесконечно малых приращений величин - характеристик исследуемых движений Ньютон назвал «методом флюксий» и описал его в сочинении «Метод флюксий  и бесконечных рядов с приложением его к геометрии кривых» (опубликовано в 1736  году). Вместе с методом Лейбница он составил основу современных дифференциального и интегрального исчислений. В математике Ньютону принадлежат такие  важнейшие труды по алгебре, аналитической и проективной геометрии.

      В то время как существование упорядоченной планетной системы уже в XVII веке из ранга гипотез перешло в ранг доказанных фактов, мир звезд оставался целиком загадочным. Даже гениальный Кеплер предполагал, что все звезды сосредоточены в тонком сферическом слое вокруг Солнца, допуская даже, что этот слой состоит из твердого прозрачного вещества вроде льда... Хотя в другом месте Кеплер высказывал мысль о... рождении звезд из тонкой материи Млечного Пути. Мы видели, что  колоссальная протяженность  и сложность звездного  мира впервые проглянули сквозь телескоп Галилея, но и его основное внимание было поглощено проблемой планетной системы - гелиоцентризма. К тому же для детального изучения мира звезд нужна была еще целая эпоха развития самих телескопов.

     В отличие от единолично создававшихся фундаментальных направляющих идей, создание фактического, наблюдательного фундамента для их возникновения с развитием астрономии становилось делом все более коллективным. Умозрительная картина бесконечно удаленной сферы звезд, неподвижно закрепленных на этой сфере, уже не удовлетворяла исследователей неба второй половины XVII - начала XVIII века. Предпринимавшиеся в течение всей истории  астрономии, особенно в период утверждения гелиоцентризма, попытки изменения звездных параллаксов оставались безрезультатными до первой трети XIX века.        

     В  первые десятилетия XVIII века в поле  зрения астрономов стали все  более настойчиво вторгаться новые таинственные объекты - туманности. Несколько их было отмечено еще Птолемеем, который называл их «туманными звездами».Часть их уже Галилей разложил на звезды. Несколько туманностей отметил в XVII  веке Я. Гевелий(1611-1687).

     Для дальнейшего развития астрономической картины мира   исключительно важным было то, что  Галлей привлек впервые внимание астрономов к  туманностям как особым самосветящимся космическим образованьям, играющим, по-видимому, существенную роль в структуре Вселенной. В статье 1715 года посвященной этому вопросу, оспаривая мнения некоторых астрономов о том, что самосветящимися  могут  быть лишь звезды, Галлей описал шесть таких туманностей. Они были открыты разными наблюдателями, начиная со второй половины XVII века в различных созвездиях  или их частях: в Мече Ориона, в Поясе Андромеды, в Стрельце, Центавре, в Антиное и в Геркулесе. Галлей заключи что таких  объектов во Вселенной много больше, а поскольку они не имеют заметных годичных параллаксов (то есть очень далеки от нас), то «они не могут  занимать огромных пространств».Размер туманных пятен, как писал Галлей, «быть может, не меньше, чем вся наша Солнечная система», и потому они представляют, добавлял он, чрезвычайно богатый материал для размышлений естествоиспытателям и особенно астрономам.

     Имя шведского ученого, философа, Эммануэля Сведенборга (1688-1772) связывается обычно с его мистико-религиозными попытками исследовать несуществующий мир «духов», познать «истинного Бога» менее известна другая сторона деятельности Сведенборга - исследования во многих областях естествознания и техники, которые приходятся на первую половину его жизни. Между тем эта часть его деятельности позволяет назвать Сведенборга выдающимся ученым, идеи которого нередко опережали свое время, а некоторые перекликаются с научными идеями XX века. С его именем связано немало исследований в  области математики, физики, астрономии, химии, геологии, анатомии, физиологии, минералогии, а также техники. Большая часть его работ по естествознанию технике была написана до 40-х годов XVIII века. Между прочем, именно Сведенборгу принадлежи первая вихревая модель атома как системы сложных частиц.

     Астрономические сочинения Сведенборга (первое вышло 1707) касались различных вопросов, например, злободневной тогда проблемы определения долготы на море с помощью наблюдений Луны. Но основным вкладом его в эту науку, вернее, в астрономическую картину мира стала его космолого-космогоническая концепция разрабатывавшаяся с 1722 года и опубликованная в 1729 и 1734 годах.

     В области космогонии Солнечной системы Сведенборг опирался на вихревую концепцию Вселенной Декарта, будучи одним из последних сторонников и защитников картезианской физики и философии. Однако его  космогоническая планетная концепция отличается от картезианской. Планеты  в ней предполагались образующимися из самого солнечного вещества. Эта идея, возможно, независимо многократно возрождалась в дальнейшем в гипотезах Бюффона, Канта, Лапласа, Чемберлена и Мультона и прочно укрепилась в космогонии планетной системы. По  гипотезе Сведенборга, планеты сформировались в результате возникновения в солнечном веществе и постепенного развития вихря материи, который, ускоряясь, расширялся  под действием центробежных сил. От внешних частей его в некоторый момент отделилось кольцо материи, разбившееся затем на отдельные массы - родоначальницы планет. Аналогично представлялось возникновение спутников из вещества протопланет. Движение планет вокруг Солнца у Сведенборга объяснялось в духе Кеплера - Декарта - увлечением их околосолнечным вихрем. Ошибочное с точки зрения законов механики, космогоническая гипотеза Сведенборга содержала  в то же время ценную идею эволюции материи во Вселенной.

      Рождение концепции островных вселенных, которая с середины XVIII и  до первых десятилетий XX века была предметом острых дискуссий, прочно связывается в истории  астрономии с именем английского астронома - самоучки Томаса Райта (1711-1786). Космологической проблеме посвящены три работы Райта. Одна, представлявшая материал для публичной лекции и написанная  в 1734 году осталась в рукописи, обнаруженной лишь в 1967 году; две другие были опубликованы в 1742 и 1750 годах.

     О концепции Райта известно главным образом по изложению ее у Канта. Истинные мотивы и содержание размышлений  и построений Райта были раскрыты лишь в 1970 году английским историком астрономии М. Хоскином. В космологии Райта нашло яркое  отражение характерное для начальных этапов развития науки нового времени астрономо-теологическое содержание. Аналогичной была и над вопросом о наиболее общих закономерностях Вселенной, о ее упорядоченности. Это видно, например, в сочинениях английского астронома и теолога В. Уистона  (1667-1752), по которым учился Райт. Одна из книг Уистона так и называлась: «Астрономические принципы религии».Вместе с тем, видимо, из этих книг Райт узнал о законе всемирного тяготения и о том, что в случае конечности Вселенной все звезды, если они вначале были неподвижны, должны были бы сблизится и в конце концов упасть друг на друга в центре Вселенной. Райт знал также об открытии Галлеем собственных движений у трех ярких звезд. Из этого Райт сделал первый правильный вывод, что звезды должны обращаться вокруг общего центра тяготения, чтобы не упасть на него. Но центр звездной Вселенной Райт представлял как «божественный» источник  самой правильности, упорядоченности Вселенной.

     Великий немецкий философ и ученый Иммануил Кант (1724-1804) создал первую универсальную концепцию эволюционирующей Вселенной в рамках гравитационной ньютоновской картины мира. Наиболее широко ее вторая, космогоническая часть под неточным названием «небулярной космогонической гипотезы Канта». Вся концепция изложена в его главном естественнонаучном сочинении «Всеобщая естественная история и тория неба».

     В сочинении Канта сначала излагалась гипотеза Райта об устройстве Вселенной. Однако знакомый только с кратким рефератом сочинения Райта, он использовал именно  приведенную там картину  плоского слоя звезд. В своей основе, по содержанию и целям концепция Канта существенно отличалась от гипотезы Райта и противопоставлялась теологическим целям последнего. Из конкретных построений Райта Кант намерен был «развить плодотворные выводы» на чисто механической основе, отрицая равно и начальный божественный толчок, допускавшийся Ньютоном.

     Существенный вклад в формирование современной нам астрономической картины мира внес в средние XVIII века первый русский ученый-энциклопедист Михаил Васильевич Ломоносов(1711-1765).Значение вклада Ломоносова в развитии естествознания состояло прежде всего в глубоких научно- философских обобщениях и разработке метода научного исследования, а также в стремлении использовать достижения науки для экономического развития России.

     Естественнонаучные исследования Ломоносова охватывают огромный круг вопросов- от проблемы строения вещества до насущных задач современной ему техники. Надежной опорой ему в этих изысканиях служило его материалистическое понимание окружающего его мира, твердая убежденность в единстве основных законов природы и в познаваемости этих законов, умение видеть связь, казалось бы, далеких друг от друга явлений и сочетать экспериментальные исследования с глубоким теоретическим осмыслением явлений.

     Интерес к небесным явлениям возник у Ломоносова еще в детстве, при наблюдении величественных картин полярных сияний. Широта интересов и умение анализировать явления в их взаимосвязи привели его к ряду важнейших выводов, открытий, изобретений в области астрономии. Обогнав эпоху на столетия, он в числе немногих современников обратился к решению вопросов о физической природе небесных объектов, исходя из убеждений в единстве ее у земли и небесных тел.     Ломоносов высказал ряд правильных идей астрофизического характера. Изучая вместе со своим другом академиком Г. В. Рихманом явления атмосферного электричества, он выдвинул интересную идею возникновения его за счет трения восходящих и нисходящих теплых и холодных токов воздуха. Эта идея легла также и в основу его объяснения полярных сияний. Свои представления об атмосферном электричестве Ломоносов распространил на природу свечения кометных хвостов. Небезынтересно отметить, что при всей примитивности формы этих первых представлений именно они перекликаются  с современными теориями образования и свечения некоторых типов кометных хвостов в результате взаимодействия «атмосфер» комет и «солнечного ветра».

     Великий английский астроном Вильям Гершель (1738-1822) вошел в историю науки как знаменитый конструктор уникальных для его эпохи телескопов - рефлекторов с диаметром зеркала почти в 0,5 и 1,5 метра, как виртуозный наблюдатель и глубокий мыслитель, основатель звездной астрономии, родоначальник наблюдательного изучения нашей звездной системы - Галактики и открытого им безграничного мира «туманностей».

     В мире звезд Гершель установил существование двойных и кратных звезд как физических систем, уточнил оценки блеска у трех тысяч звезд, обнаружил переменность у некоторых из них, первым отметил различное распределение энергии в спектрах звезд в зависимости от их цвета. Методом «черпков» в результате огромной наблюдательной работы Гершель к 1785 году установил общую форму нашей Галактики, довольно точно оценив ее сжатие (1/5) и сделал правильный вывод о ее изолированности в пространстве как одного из  «островов» Вселенной.

     Идею гравитационной конденсации как бы наглядно демонстрировалось при наблюдениях Гершелем колоссального разнообразия форм и вида туманностей. В результате он построил в 1791-1811 годах первую в истории науки общую звездно-космогоническую концепцию развития материи во Вселенной. Далеко не последнюю роль в этом сыграли его философские взгляды, сформировавшиеся в юности под влиянием выдающегося английского философа Джона Локка (1632-1704) - одного из первых материалистов. Еще в 80-е годы XVIII века Гершель много размышлял над общими проблемами строения и свойств материи, характера и причины различных сил, действующих в природе. В дальнейшем он убедился на собственном опыте астронома - наблюдателя в справедливости идеи развития все объектов в природе, в том числе космических.

     Размышляя над причиной разнообразия внешнего вида млечных туманностей, он пришел к идее «сада», допустив, что эти объекты мы видим в разных стадиях их жизни, подобно деревьям. Под влиянием этой идеи он временно отошел от своих первоначальных более правильных представлений о природе и, следовательно, масштабах туманностей, приняв многие млечные туманности с яркими ядрами за одиночные протозвезды или группы протозвезд. Несмотря на эти конкретные ошибки сам метод морфологического подхода к изучению состояния космических объектов прочно вошел в астрономию и оказался плодотворным.

     Последняя треть XVIII и первая четверть XIX веков в истории астрономии, да и не только в ней, были временем утверждения теории тяготения Ньютона. Вместе с тем по мере увеличения точности наблюдения появлялись новые отклонения движений планет от строго кеплеровых. Это вызывало порой сомнения в справедливости закона всемирного тяготения и, по крайней мере, в устойчивости Солнечной системы. В свое время уже Ньютон указывал, что эти отклонения - следствие того же закона и что дело здесь в сложном взаимодействии многих взаимно притягивающихся тел, искажающим, или, как стали говорить, так «возмущающем» правильное эллиптическое движение планет. Однако он не был уверен, что при этом сохранится навеки сама планетная система, что она устойчива. К концу XVIII века были созданы основы классической небесной механики, объяснившей сложную картину возмущенных движений небесных тел на единой основе закона всемирного тяготения. Эта грандиозная работа связано с целым созвездием блистательных имен, среди которых особенно ярки имена Ж. Л. Д. Аламбера, Л. Эйлера, А. Клера, Ж. Л. Лагранжа, но в первую очередь - П. С. Лапласа (1749-1827).

     Проблема природы звезд и источника неиссякаемой энергии была поставлена по меньшей мере более 2000 лет тому назад, но решалась долгие века чисто умозрительно. Уже некоторые древнегреческие натурфилосолфы считали звезды раскаленными телами. Но прочно идея горячих звезд, подобных Солнцу, утвердилась лишь как одно из следствий революции Коперника.

     Открытия в середине XIX века закона о сохранении энергии остро поставила вопрос о физическом источнике энергии Солнца и звезд. Первой попыткой его решения была гипотеза Р. Майера (1848 год) о разогреве Солнца за счет падения на него метеоритов. Но к более обоснованному научному исследованию проблемы можно было приступить лишь после открытия Г. Кирхгофом и Р. Бунзеном в 1859 году спектрального анализа. В результате уже в 1861 году был дан ответ на вопрос, еще недавно считавшийся неразрешимым: Кирхгоф первым определил химический состав солнечной атмосферы. Так была создана почва для формирования научно обоснованной  картины природы звезд.