Николай Коперник родился в маленьком прусском городке Торунь, расположенном на берегу Вислы. Его воспитывал дядя, который был достаточно влиятельным епископом. Он постарался дать племяннику хорошее образование: сначала послал в школу, а затем и в Краковский университет. После окончания университета молодой Коперник несколько лет путешествовал по Италии, где изучал греческий язык и церковное право. Астрономические знания он получил, читая оригинальные тексты на греческом. В 26 лет Коперник посетил Рим; известно, что в Вечном городе он прочитал курс лекций по математике. Вернувшись в возрасте тридцати лет с небольшим на родину, он стал каноником в кафедральном соборе города Фромборка и всю оставшуюся жизнь прожил в этом городе, занимаясь церковными делами, медицинскими консультациями и построением новой системы мира.

Система Коперника

Бурный XV век был временем не только смены эпох (на смену феодализму готовился придти модерн), но и предвестником научной революции. Появление в городах Европы нового типа человека — рационального, с трезвым и пытливым умом — требовало обновления всего жизненного уклада, в том числе обновления науки. Астрономия не была исключением.

путь Сатурна по небу в 2013 году

Изогнутая линия на карте — это видимое движение Сатурна на фоне звезд в течение 2013 года. Начиная с февраля и до середины лета Сатурн движется навстречу Солнцу, то есть, попятно, затем разворачивается и до конца года движется прямо. Для древних такое поведение планет было загадочным. Рисунок: Астрономический календарь/Александр Козловский

В то время в астрономии правила геоцентрическая система Птолемея, в рамках которой Земля считалась неподвижной и помещалась в центр Вселенной. Система эта постепенно переставала удовлетворять наиболее просвещенные умы. Во-первых, она была избыточно сложна: для того, чтобы объяснить попятные движения планет на небе, астрономам древности пришлось ввести огромное количество эпициклов. Во-вторых, система попросту переставала соответствовать наблюдениям (качество их значительно повысилось в эпоху великих географических открытий).

эпициклы

Странное поведение планет древние ученые пытались объяснить тем, что планеты, двигаясь вокруг Земли, находятся не на орбитах, а на эпициклах, которые в свою очередь, «привязаны» к орбитам. Чем больше было эпициклов, тем точнее геоцентрическая теория описывала видимое движение планет. В результате эпициклы начали множиться как грибы после дождя, достигая в некоторых теориях многих десятков. Рисунок: vzgljadnamir.narod.ru

Коперника поразило, насколько могла стать проще система Птолемея, если бы в ее центре была бы не Земля, а Солнце.

Предположив далее, что Земля наравне с другими планетами участвует в движении вокруг Солнца, можно было бы одним махом избавиться от всех эпициклов и заменить их простыми круговыми орбитами (спустя полвека после Коперника немец Иоганн Кеплер доказал, что планеты вращаются вокруг Солнца по эллипсам). Тогда попятные движения Марса, Юпитера и Сатурна объяснялись бы только тем, что:

  • Планеты эти вращаются вокруг Солнца по большим круговым орбитам, чем Земля
  • Скорость их движения меньше скорости Земли.
  • В результате Земля догоняет их в движении по орбите, что наблюдателем трактуется как поворот планеты на фоне звезд на 180°

Венера и Меркурий двигаются по небу несколько по-другому, чем Марс, Юпитер и Сатурн. Они никогда не удаляются далеко от Солнца и уж тем более не бывают в противостоянии с Солнцем. Коперник предположил, что эти планеты находятся ближе к Солнцу, чем Земля.

Разместив планеты по порядку удаления от Солнца, Коперник сумел впервые геометрически вычислить относительные радиусы их орбит. (В системе Птолемея планеты могли располагаться не в строгой очередности — Меркурий, Венера, Земля и так далее, а совершенно произвольно.) Так, на основе простых измерений положения Венеры на небе Коперник выяснил, что расстояние от этой планеты до Солнца составляет лишь 0,72 расстояния от Солнца до Земли (в то время точное расстояние от Солнца до Земли было не известно). Аналогично он нашел расстояние от Солнца до Меркурия и даже до внешних по отношению к Земле планет.

Далее, нанеся планеты на карту в соответствующем масштабе, Коперник определил их положения в прошлом, настоящем и будущем. Оказалось, что его система неплохо соответствовала реальности. Впрочем, Коперник беспокоился о том, что его гелиоцентрическая теория слишком умозрительна. Ведь каждый на опыте, собственными глазами наблюдая за небом, мог убедиться, что Земля покоится, а Солнце и другие планеты (и даже звезды!) вращаются вокруг нее. Помещать Солнце в центр мира только на основании того, что такая система была проще, — не слишком ли революционный шаг?!

Тогда Коперник привел дополнительные аргументы правильности своей теории:

  1. Если Меркурий и Венера ближе к Солнцу, чем Земля, то, глядя на них, мы должны видеть не всю планету, а только ту сторону, которая освещена Солнцем. Проще говоря, эти планеты должны иметь фазы, подобные лунным. Через 70 лет после смерти Коперника с началом эры телескопов его предсказание блестяще подтвердилось.
  2. Люди давно подметили, что блеск Марса претерпевает значительные изменения в зависимости от его положения на небе. Когда Марс находится на небе напротив Солнца, то его блеск максимален, когда же он неподалеку от Солнца, то очень тускл. Средневековых астрономов этот факт ставил в тупик. Коперник, однако, объяснил его очень просто: блеск Марса зависит от расстояния до Земли, а расстояние, в свою очередь, меняется в пределах от суммы двух радиусов орбит (Земли и Марса) до их разности. Блеск Красной планеты наибольший, когда Марс и Земля находятся на минимальном расстоянии друг от друга — по одну сторону от Солнца.
  3. Звезды находятся гораздо дальше планет, но теперь можно было попытаться определить расстояние до них: коль скоро Земля движется по орбите вокруг Солнца, совершая за год круг, звезды также должны слегка смещаться, покачиваться в небе с периодом в один год. Измерив угол, на который смещаются звезды, можно было бы вычислить расстояния до звезд в радиусах земной орбиты. Именно так сегодня и вычисляются расстояния до звезд.
  4. Простое объяснение получила и прецессия — путешествие полюса мира по созвездиям. Теперь поворачивалась не громоздкая конструкция небесной сферы с ее звездами и планетами, эпициклами и деферентами, а сама Земля, вернее, ее ось вращения.
Николай Коперник

Николай Коперник. Портрет начала XVI века. Источник: Wikipedia

Коперник совершенствовал свою систему на протяжении 20 лет. В это время он становится довольно известным астрономом и математиком; тезисное изложение его системы распространяется по Европе, а ученики просят его опубликовать свои открытия. Но Коперник, будучи человеком осторожным, опасался конфликта с церковью, тем более, что и сам был ее служителем. Он много лет не открывал миру свою теорию и лишь незадолго до смерти описал ее в специальной книге. Книга «Об обращении небесных сфер» была посвящена папе римскому и вышла из печати, когда Коперник лежал на смертном одре.

В книге не только приводилось подробное описание новой системы мира, но давались таблицы звезд и инструкции по наблюдению за планетами, а также необходимые сведения по тригонометрии и сферической астрономии. Уже после смерти Коперника на основе его данных о продолжительности года папа Григорий XIII ввел новый более точный календарь — григорианский — взамен старого юлианского. Именно по григорианскому календарю мы сейчас с вами и живем.

Вклад Коперника в астрономию

В чем же заключается вклад Коперника в астрономию? Главное, что он сделал, так это, по меткому выражению Эрика Роджерса, «остановил» Солнце, поместив его в центр планетной системы. Таким образом Солнце лишило центрального положения Землю и тем самым поставило ее в один ряд с другими планетами. Собственно, именно тогда Земля и стала одной из планет. (До принятия системы Коперника это было далеко не очевидно!)

После этого пропала нужда в сфере звезд, ведь вращалась Земля, а не небо! Это значило, что звезды, в принципе, могли находиться от нас на разных расстояниях, даже на самых удаленных, и открывало перед человеком огромную, поистине безграничную Вселенную.

Знал ли Коперник о том, какой переворот в сознание людей внесет его система мира? Вряд ли. Он был добропорядочным и скромным сыном своего века, придерживаясь тех же взглядов, что и другие ученые средневековья. Жизнь его была небогата на внешние события, едва ли он мечтал совершить нечто исключительное. Однако в итоге Коперник сделал много больше: перевернул мировоззрение всей цивилизации.

Подпись Николая Коперника. Источник: www.bj.uj.edu.pl