13.4 Наблюдательная астрономия в Англии

13.4.1 Наблюдения и измерения в Солнечной системе

Как уже говорилось, приоритетный спор между Ньютоном и Лейбницем по поводу их первенства в изобретении математического анализа имел весьма неожиданные последствия, создав противостояние математиков континента (сторонников лейбницева анализа) и математиков-островитян (приверженцев ньютоновых флюент и флюксий). В результате «континентальная» математика, пошедшая по аналитическому пути, проторённому великим Эйлером, стала бурно развиваться во всех направлениях, тогда как ньютонова математика Англии, не имевшая столь могучего плеча (сам Ньютон в XVIII веке отошёл от разработки проблем математики и механики), на целый век затормозила своё развитие. Этот факт отчётливо демонстрирует, насколько простота и удобство математического аппарата может ускорять и расширять его практическое использование, а также помогать исследователям в открытии новых закономерностей и принципов. В результате английская математика, несмотря на наличие таких известных имён, как Тейлор, Маклорен, Муавр и др., ограничивалась традиционными исследованиями, характерными для XVII века: построениями и исследованиями бесконечных рядов, произведений и пр. Основные же успехи английской постньютоновской науки оказались связаны с наблюдательной астрономией , где выстроилась целая цепочка ярких имен, наибольшую известность из которых получили имена уже упоминавшихся Флемстида и Галлея, а также Брадлея и Гершеля.

Главным вкладом Флемстида в астрономию можно считать создание им знаменитой и поныне Гринвичской обсерватории . Именно он сумел в 1675 г. убедить короля Карла II в необходимости ее постройки и оснащения, чтобы посредством наблюдений небесных тел (главным образом Луны и Солнца) решить проблему определения географической долготы морских судов. Через год обсерватория была построена, а Флемстид стал ее директором, получив должность королевского астронома с очень скромным жалованьем. К тому же у него не оказалось помощников, а почти все астрономические инструменты ему пришлось либо приобретать на свои средства , либо получать в качестве подарков от состоятельных друзей. Чтобы свести концы с концами он был вынужден давать частные уроки родовитым недорослям, параллельно с этим занимаясь составлением обширного звездного каталога. С этой целью он провел весьма точные наблюдения движения Луны и Солнца, а также разработал самые точные для того времени методики оптической астрометрии, учитывающие рефракцию земной атмосферы. Именно поэтому его результаты оказались столь важными для Ньютона в его теоретических расчетах движения Луны согласно"закону обратных квадратов". И действительно, с помощью наблюдательных данных Флемстида он окончательно убедился в правильности этого закона. Здесь Флемстид сыграл для Ньютона ту же роль, которую 80-ю годами ранее сыграл Тихо Браге для Кеплера .

Ясно сознавая высокий уровень своих наблюдательных данных (уровень погрешности которых был в 6—8 раз ниже, чем у Тихо Браге ), маститый астроном крайне неохотно делился ими с Ньютоном, что вызывало у последнего негативную реакцию, приведшую впоследствии (в 1705 г.) к их острому конфликту по поводу издания и распространения звездного каталога (п.13.3.5). По поводу своих лунных данных, интересовавших Ньютона, Флемстид писал: "Сэр Исаак разработал руду, которую я откопал".

В последние годы жизни астронома его помощником стал нелюбимый им Эдминд. Галлей, (1656 — 1742)который после его смерти сам стал королевским астрономом, причем, как и его предшественник, посвятил жизнь именно наблюдательной астрономии. Родился он в семье знаменитого мыловара и всю жизнь оставался весьма обеспеченным человеком. Еще юношей он заинтересовался астрономическими наблюдениями и даже по заданию Ост-Индской компании ездил на остров Святой Елены (1676) для оптических наблюдений звезд, видимых в южном полушарии . В 1678 г.он издал каталог таких звезд, содержащий данные о 341 звезде. Большим успехом студента III курса Оксфорда стало обнаружение им неравенств в обращениях Юпитера и Сатурна (1676) у первого скорость вращения по орбите увеличивается, а у второго — уменьшается). Это открытие поставило на поверку дня острый вопрос об устойчивости и долговечности Солнечной систем, который до конца не решен и в настоящее время).

В 1677 г. Галлей занялся проблемой определения расстояния от Земли до Солнца путем наблюдений прохождения Меркурия по диску Солнца. Он выяснил, что для достижения нужной точности измерений более предпочтительно рассматривать прохождение Венеры по солнечному диску, которое происходит гораздо реже. Позднее, уже пользуясь теорией тяготения Ньютона, Галлей рассчитал , что ближайшие прохождения Венеры состоятся только в 1761 и 1769 гг. причем продолжительность их составит от 5 до 7 часов. Это, по оценке Галлея, позволило бы определить искомое расстояние с точностью до 0,2 %, если наблюдать прохождение из двух различных пунктов земной поверхности. Памятуя об этом, европейские астрономы XVIII века тщательно подготовились к долгожданному событию, организовав экспедиции в Тобольск, о. Св. Елены, на мыс Доброй Надежды и Индию (1761 г.), помимо наблюдений в основных европейских обсерваториях ( в Гринвиче, Париже, Вене, Упсале и пр.). Еще более широко проводились наблюдения в 1769 г. , когда станции наблюдения располагались от Сибири до Калифорнии , от Гудзонова залива до Мадраса и.т.д . В этих наблюдениях приняло участие американское Философское Общество, что явилось первым вкладом Америки в мировую науку. Активное участие в организации "Венерианских" экспедиций в России приняла императрица Екатерина II, причем в 1761 г. наблюдениями Венеры занимался и русский академик М.В.Ломоносов (п.14.2.4).

К сожалению, предсказанной Галлеем точности достигнуть не удалось – по полученным данным расстояние до Солнца, вычисленное в 1835 г. немецким астрономом И.Ф.Энке оказалось равным 153,5 млн.км, что почти на 4 млн.км больше истинного. Стоит упомянуть и об одном печальном эпизоде этого первого общеевропейского научного сотрудничества. В 1760 г. из Франции в Индию отправился астроном Лежантиль для наблюдения прохождения Венеры в1761 г. Однако в дороге его корабль оказавшись между воюющими сторонами, был вынужден изменить свой путь и к назначеному сроку опоздал. Как истинный ученый, Лежантиль остался ждать следующего прохождения 1769 года, приложив все силы к подготовке его наблюдения. Когда же долгожданный день приблизился, небо оказалось покрытым тучами. Однако к намеченному часу они стали рассеиваться и за несколько минут до прохождения небо почти полностью прояснилось. Обрадованный ученый кинулся к своим инструментам, как вдруг откуда-то появилось случайное облако и скрыло небесное светило. Этого удара несчастный астроном не перенес — он заболел и полуживым отправился в обратный путь. После прибытия во Францию, где его уже считали безвестно пропавшим , он вскоре скончался. Этот эпизод показывает, сколь большое значение придавалось в Европе XVIII века новым астрономическим фактам, событиям и открытиям.

Потерпев неудачу с точным определением солнечного параллакса, Галлей занялся наблюдениями комет, пытаясь определить причины и законы их движений в пространстве. В беседах со своими друзьями К. Реном и Р.Гуком он внимательно прислушивался к мнению последнего о том, что между небесными телами существует притяжение по "закону обратных квадратов". Познакомившись с Ньютоном и узнав о его давних размышлениях на эту тему, Галлей убедил его вернуться к этой проблеме (п. 13.3.3), а позднее спонсировал и редактировал издание его знаменитых "Начал". В результате именно Галлей стал первым (после Ньютона) пользователем великого закона Природы и, разумеется, не преминул применить его к расчету движения комет, став фактически первым теоретиком кометной астрономии. В его "Очерке кометной астрономии"(1705) вычислены орбиты 24 комет, самой знаменитой из которых стала "комета Галлея".

Из астрономических хроник он увидел , что она появлялась в небе в 1456 ,1531,1607 и1682 гг., после чего заявил ,что это была одна и та же комета с периодом обращения 75 лет, и предсказал ее появление в 1758—59 году. Ее появление в полном соответствии с этим прогнозом стало триумфом науки Ньютона и Галлея (хотя их давно уже не было на свете), произведя глубокое впечатление на научное сознание европейцев.

Помимо кометных наблюдений и открытий, Галлей наблюдал и изучал движения Луны и некоторых "неподвижных" звезд. За 16 лет наблюдений Луны он обнаружил (и доложил на заседании ЛКО (1693), что период ее обращения вокруг Земли со временем уменьшается, что вызвало понятную тревогу среди ученых, т.к. означало постепенное уменьшение радиуса ее орбиты. Эти опасения были полностью развеяны только Лапласом в его теории Луны (п.15.1.5).

Самым же выдающимся открытием Галлея стало обнаружение собственных движений звезд ( хотя аналогичные соображения на 1000 лет ранее высказывал китайский астроном И.Синь (683—727) на основе наблюдений некоторых звезд в созвездии Стрельца). Изучая античные звездные каталоги Гиппарха и Тимохариса, приведенные в "Альмагесте",Птолемея, и сопоставляя их с аналогичными европейскими каталогами IV и VI вв.а также с данными собственных наблюдений, (точность которых он сумел довести до 0,"1 ), Галлей явственно увидел , что три самых ярких звезды небосвода — Арктур,

Процион и Сириус — заметно изменили свою широту относительно эклиптики, причем смещение Сириуса было заметно даже со времени его наблюдений Тихо Браге. Спустя 100 лет немецкий астроном Фридрих Бессель(1784—1846) обнаружил у двух последних звезд наличие невидимых спутников.В 1721 г. Галлей высказал идею о существовании т.н. « фотометрического парадокса», получившего позднее наименование « парадокса Ольберса» (1758—1840). Помимо астрономических и геофизических интересов Галлей активно откликался и на потребности текущей жизни. Так в 1693 г. он по заказу страховой компании г. Бреславля составил таблицы смертности разных возрастных групп жителей города, ввел понятие средней продолжительности жизни и вычислил вероятный срок дожития, используемые и в настоящее время. Так что его можно считать одним из основателей теории актуарных расчетов в сфере страхования жизни.

Естественно, что карьерный рост ученого был блестящим : с 1703 г. он заведует кафедрой геометрии в Оксфорде, с 1713 г. — ученый секретарь ЛКО, а с 1720 г. — королевский астроном и директор Гринвичской обсерватории. Также он был избран иностранным членом ПАН. Его имя присвоено кратерам на Луне и Марсе.

Кроме этого в своей статье от 1715 г. Галлей дал описание 6 туманностей (2 из которых он сам и открыл) отмечая, что — самосветящиеся облака, размеры которых могут превышать размеры Солнечной системы. Кроме астрономических исследований Галлей уделял внимание вопросам геофизики и метеорологии. В 1686 г. он опубликовал статью о роли солнечного нагрева в образовании пассатов и муссонов, и даже составил карту ветров. Также он предложил свою модель магнитного поля Земли, а в 1698—1700 гг. руководил судном, выполнявшим магнитную съемку в Атлантическом океане. В 1701—1703 гг. составил первую карту магнитных склонений.