Текст книги "Рассказы об астрономах"
Автор книги: Василий Чистяков
Жанры:
Биографии и мемуары
,сообщить о нарушении
Текущая страница: 4 (всего у книги 11 страниц)
Исаак Ньютон (1643–1727)
Значение Исаака Ньютона в области астрономии трудно переоценить. Он явился создателем оптической лаборатории, в которой весьма успешно работал над усовершенствованием стеклянных объективов без сферической и хроматической аберрации. В 25 лет ученый изобрел отражательный телескоп (рефлектор), в котором вместо линзы употребил вогнутое сферическое зеркало, не обладающее, как известно, сферической аберрацией. В 1671 году Ньютон направил свой отражательный телескоп в Лондонское королевское общество. Ученые высоко оценили этот телескоп. Рефлекторы системы Ньютона пользовались большой славой и в усовершенствованном виде применялись астрономами в их научной работе.
Но величайшей заслугой Ньютона перед наукой является то, что он сформулировал основные законы классической механики и открыл закон всемирного тяготения.
Три основных закона механики вошли теперь во все учебники. Эти законы положены в основу всей механики и стали исходными для решения весьма широкого круга задач.
Закон всемирного тяготения, открытый Ньютоном, формулируется так: всякие два тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. На языке математики это можно записать так:
где F – сила притяжения, М1 и М2 – массы двух тел, k – коэффициент пропорциональности, который находится опытным путем, d – расстояние между телами.
Ньютон доказал, что его закон всемирного тяготения носит универсальный характер и что движение небесных тел происходит строго по закону всемирного тяготения.
Существует легенда, что поводом для размышления о всеобщем законе тяготения явилось упавшее с дерева яблоко. Долгое время любопытным экскурсантам даже показывали дерево возле дома ученого, с которого якобы свалилось замечательное яблоко. Байрон в своем «Дон Жуане» об этом повествует так:
Астрономические открытия Ньютона нанесли сокрушительный удар по авторитету церкви и обнаружили полную несостоятельность религиозных догматов. Сам же Ньютон, оставаясь человеком своей эпохи, был верующим. Уподобляя Вселенную большому часовому механизму, он пришел к неправильному выводу, что этот «механизм» раз и навсегда когда-то «завел» бог, он же, по Ньютону, дал «первый толчок», и только после этого все небесные тела пришли в вечное движение. Великий ученый не дошел до диалектико-материалистического понимания природы, но и это можно объяснить временем, в которое он жил. И все же триумфом механики Ньютона с его универсальным законом всемирного тяготения явился тот факт, что с помощью ее ученые стали открывать новые планеты и составлять «расписание» движения небесных тел.
Ньютон был не только астрономом, но и крупнейшим физиком и математиком. Труды его в этом направлении, как и труды по астрономии, составили целую эпоху в истории науки.
В области физики Ньютон в 1666 году обнаружил, что белый свет состоит из лучей различной преломляемости. Ученый предложил специальную установку для изучения зависимости интерференционных цветов от толщины пластинки (кольца Ньютона). Впервые среди физиков он измерил длину световой волны, начал изучение дифракции света и поляризации светового пучка при двойном преломлении. В 1675 году Ньютон выдвинул синтетическую корпускулярно-волновую гипотезу света. Он же сконструировал один из первых термометров с льняным маслом. Кроме того, Ньютон открыл закон охлаждения нагретого тела и закон сопротивления тела в вязкой жидкости.
В области математики, независимо от немецкого математика и философа Лейбница (1646–1716), Ньютон разработал дифференциальное и интегральное исчисление, на котором, можно сказать, строится почти все современное естествознание. Метод флюксий (дифференциальное исчисление) вырос у Ньютона из нужд механики. Этот метод был необходим ему как универсальный инструмент для исследования механических явлений. В своих исследованиях ученый показал, что дифференцирование и интегрирование являются взаимно обратными операциями. Ему же принадлежат фундаментальные открытия в теории бесконечных рядов, в алгебре, аналитической и проективной геометрии. Он предложил свой метод численного решения алгебраических уравнений, известный в настоящее время под названием «метод Ньютона» или «метод касательных». Замечательный ученый открыл интерполяционную формулу, которая дает явное выражение единственного многочлена n-й степени, принимающего заданные значения в n+1 точках.
…Родился Исаак Ньютон в семье небогатого фермера в небольшом местечке Вулсторп, недалеко от Кембриджа. Он был слабым ребенком. Отец умер еще до его рождения. Матери выпала тяжелая доля: во что бы то ни стало сохранить жизнь ребенка и дать ему надлежащее воспитание. Мать мечтала сделать из сына фермера, так как, по ее мнению, всякая другая профессия для него не годилась. Она полагала, что деревенский воздух, игры и забавы благотворно скажутся на здоровье сына, и не ошиблась. Получив в детстве хорошую физическую закалку. Ньютон прожил до глубокой старости (умер 84 лет). Он не знал очков, и за всю жизнь у него не выпало ни одного зуба. Умер он от каменной болезни, приступы которой обнаружил за три недели до смерти.
Когда мальчику исполнилось 12 лет, мать определила его в городскую школу в Грантеме. В школе Ньютон отличался молчаливостью, старался уединяться. Наедине мальчик любил мечтать и что-нибудь мастерить. Так, в школьные годы, дав волю своей фантазии, он сделал ветряную мельницу и самокат.
Семнадцатилетним юношей Ньютон поступил в Тринити-колледж – один из колледжей Кембриджского университета. Окончив университет, он получает степень бакалавра. Прошло еще три года, и молодой ученый удостаивается степени магистра.
Уже в студенческие годы Ньютон зарекомендовал себя как пытливый и настойчивый исследователь. В университете он доказал теорему о биноме для любого действительного показателя. С тех пор формула бинома стала называться «биномом Ньютона». Тогда же он вплотную подошел к проблеме всемирного тяготения. Позднее этой проблеме он посвятил огромный трактат «Математические начала натуральной философии». Этот труд прославил автора на весь мир и снискал ему славу «великого из великих».
26 лет от роду Ньютон унаследовал от своего учителя Исаака Барроу физико-математическую кафедру Кембриджского университета, которой он ведал более тридцати лет. Спустя четыре года он избирается членом Лондонского королевского общества. Позднее он стал его президентом.
Когда Ньютону исполнилось 53 года, он был назначен смотрителем, а затем директором Монетного двора. Здесь он осуществил большое финансовое мероприятие, которое заключалось в замене старых монет новыми. Для этой цели в течение двух лет Ньютон перечеканил всю монету в Англии, чем положил конец злоупотреблениям со старой монетой. Если раньше чеканка производилась вручную и отделка монет зависела от руки и глаза работника, то Ньютон для перечеканки применил машину, выпускавшую монеты круглыми с надписью на ободе, что почти исключало возможность всякой подделки.
Для полноты картины следует отметить, что Ньютон не чуждался и общественной деятельности. В 45 лет как представитель Кембриджского университета он избирается в члены парламента. Многие биографы считают, что роль Ньютона в парламенте была более чем скромной. Свое мнение они подкрепляют тем, что Ньютон упорно молчал на всех заседаниях парламента, за все время он произнес только одну «речь» в Палате общин. «Речь» состояла всего из трех слов, обращенных к служителю: «Закройте окно – дует!» Однако внимательное изучение деятельности Ньютона как члена парламента показывает, что прославленный ученый не был балластом в этом учреждении, а проводил большую работу по установлению контактов между университетом и правительством, о чем свидетельствует сохранившаяся переписка.
Несмотря на большую популярность, Ньютон был удивительно скромным человеком. Известно его высказывание: «Если я видел дальше других, то потому, что стоял на плечах гигантов». О себе он говорил так: «Не знаю, каким я кажусь людям. Самому же себе я кажусь ребенком, который играет на берегу моря и радуется, когда ему удается отыскать гладкий камушек или красивую раковину не совсем обыкновенного вида, в то время как необозримый океан истин лежит передо мною неисследованным»[12]12
Цит. по кн.: Ф. Даннеман. История естествознания, т. II. М.-Л, 1935, стр. 230.
[Закрыть].
По описанию современников, Ньютон был среднего роста, весьма солидной полноты. Согласно традиции, он носил парик. У него были умные, живые глаза. По словам историка физики Н. А. Любимова, «никакая забава, никакое удовольствие не отвлекали Ньютона от занятий. Он всю жизнь не играл ни в какую игру. Самая любовь не имела над ним силы: он никогда не знал ни ее радостей, ни ее тревог. Впрочем, в юности он был неравнодушен к одной молодой девушке, но, увы! Эта первая и единственная любовь была так холодна, молодой ученый рассуждал так благоразумно о трудностях жить вдвоем при недостаточных средствах, что алгебра могла оставаться спокойной за своего поклонника»[13]13
Н. А. Любимов. История физики. Спб., 1896, стр. 319.
[Закрыть]. Так всю жизнь Ньютон и прожил холостым человеком, не знающим ни радостей, ни печали семейной жизни.
Погруженный в глубокие размышления, Ньютон часто не замечал окружающих и был весьма рассеян. Иногда по утрам, вставая с постели, он вдруг задумывался и в таком положении, как зачарованный, мог просидеть долгие часы, пока кто-нибудь не выводил его из этого состояния. Увлекшись работой, он совершенно забывал о еде.
Когда друзья спрашивали Ньютона, каким образом он пришел к своим великим открытиям, тот отвечал: «Непрерывным размышлением о них». При этом добавлял: «Я постоянно обращаю внимание на предмет моих изысканий и жду, пока дело начинает медленно разъясняться, мало-помалу, пока не станет вполне и всецело ясно»[14]14
Цит. по кн.: Луи Фигье. Светила науки от древности до наших дней, т. III. Спб., 1871, стр. 253.
[Закрыть].
Еще при жизни Ньютона весь мир преклонялся перед его гением. Он был почетным членом многих научных обществ и академий. Королева даровала ему титул рыцаря и возвела в дворянское звание.
В память о великом из великих ученых на стене комнаты, в которой родился Ньютон, укреплена мраморная доска с надписью:
Природа и ее законы были покрыты мраком;
И сказал бог: «Да будет Ньютон!»
И все стало светло.
Погребен Ньютон в английском национальном пантеоне в Вестминстерском аббатстве, месте упокоения великих людей страны. При погребении ему были оказаны почести, которые обычно воздавались только членам королевского дома. На могильном памятнике сделана по латыни надпись, в которой перечисляются заслуги усопшего. Надпись заканчивается словами: «Пусть смертные радуются тому, что в их среде жило такое украшение рода человеческого».
В Кембридже сооружен памятник Ньютону. На постаменте этого памятника высечены стихи Лукреция: «Разумом он превосходил род человеческий».
Иоганн Генрих Ламберт (1728–1777)
В созвездии ученых XVIII века яркой звездой блистал талант немецкого астронома Иоганна Генриха Ламберта (француза по происхождению). Ламберт прожил немного (он умер 49 лет от роду), но дал миру первоклассные исследования по математике, физике, астрономии и философии.
Родился Ламберт в городе Мюльгаузене (Эльзас) в семье бедного портного. Сын рано стал помогать отцу в его портняжном ремесле. Потом служил писцом, а еще позднее – воспитателем детей одного богатого графа. Всесторонние знания Ламберт приобрел исключительно самообразованием. Каждую минуту он старался использовать для пополнения умственного «багажа». Влюбленный в астрономию, он много занимался математикой, так как знал, что то и другое находится в тесной связи и взаимодействии.
Ламберт отличался удивительной трудоспособностью и настойчивостью. Он учился не от случая к случаю, а ежедневно, систематически, буквально не зная отдыха и покоя. Как никто другой, умел «стать на горло» житейским удовольствиям, умышленно обходил их и всего себя отдавал науке. В науке и только в ней он находил настоящее удовольствие и самое тонкое наслаждение. Удивительно меткую характеристику Ламберту дал историк естествознания Даннеман. Этот ученый писал: «Он (Ламберт) был равнодушен ко всему, что украшает жизнь и делает ее приятной. Голова его, не тревожимая никакими страстями, работала неутомимо, как могучая машина»[15]15
Ф. Даннеман. История естествознания, т. II, М. – Л, стр. 344.
[Закрыть].
В итоге напряженного, титанического труда Ламберт превзошел, как говорят, самого себя и в 37 лет стал академиком Берлинской академии наук.
В области астрономии в 1761 году Ламберт опубликовал результаты исследований кометных орбит. Если Ньютон полагал, что большинство комет движется по параболе, то Ламберт пошел дальше английского ученого и считал, что не исключена возможность движения некоторых комет по гиперболе. Он даже предложил их расчетную формулу. И он же дал эмпирическую формулу, учитывающую особенности движения таких планет, как Юпитер и Сатурн. В трудах Ламберта впервые в науке встречается упоминание о двойных звездах. Многие его гипотезы подтвердились позже. Примером может служить догадка о существовании сверх-галактических систем, сверхплотных небесных тел.
Есть такая наука космология. Это наука о бесконечной Вселенной, рассматриваемой как одно целое. Вопросам космологии Ламберт посвятил специальный трактат «Космологические письма об устройстве мироздания», опубликованный в 1761 году и впоследствии переведенный на русский язык. Ламберт говорит в нем, что наша звездная система по конструкции напоминает солнечную планетарную систему. Млечный Путь он рассматривал как эклиптику звезд, по которой они движутся вокруг некоторого своего центра примерно так же, как Земля движется вокруг Солнца. Вселенная в целом имеет «иерархическое» строение. Звездный мир, который наблюдают астрономы, Ламберт подразделял на космические системы трех категорий. К первой он относил планеты со спутниками; ко второй – Солнце с планетами, а также всякую звезду с ее планетами; к третьей категории – наш Млечный Путь и почти все туманности, называемые Ламбертом «облачными звездами». Ученый утверждал, что существуют космические системы еще более высоких категорий. Например, он не сомневался, что имеется «Млечный Путь млечных путей», т. е. космическая система четвертого порядка. Космическая система, элементами которой являются космические системы четвертого порядка, будет уже космической системой пятого порядка и т. д. Однако он полагал, что космические системы четвертого, пятого и т. д. порядков трудно постижимы для человеческого ума, так как их никто еще не наблюдал. По мнению самого Ламберта, иерархическая лестница в строении Вселенной не простирается до бесконечности, хотя она и огромная, но структурно конечная. По этой причине существует центр Вселенной, который «один только пребывает в истинном и совершенном покое». Все космические системы (всех категорий) движутся вокруг их общего центра – центра Вселенной. Каждая космическая система четвертой, пятой и т. д. категорий имеет «центральное Солнце» или «сверхсолнце», вокруг которого она движется. С ростом категорий космической системы размер сверхсолнца, естественно, должен возрастать. В центре Вселенной расположено, таким образом, самое большое сверхсолнце. Ненаблюдаемость сверхсолнц Ламберт объяснял тем, что они могут быть темными и лишь отражать свет соседних звезд.
Ламберт допускал существование форм жизни в условиях, далеко отличных от наших, земных. Так, он полагал, что жизнь в тех или иных формах имеется и на некоторых планетах с их спутниками и даже на кометах.
Занимаясь математикой, ученый и в этой области дал много нового. Так, в 1766 году он доказал иррациональность числа π, много сделал по теории параллельных линий и вошел в историю науки как стихийный предшественник создателя неевклидовой геометрии Н. И. Лобачевского. Ламберт провел исследования по сферической тригонометрии и алгебраическим уравнениям, много внимания уделял гиперболическим функциям, получил ряд результатов по теории перспективы. В картографии изобрел несколько новых картографических проекций и дал основные принципы построения карт.
Как физик Ламберт работал в области фотометрии, рефракции света в атмосфере, гигрометрии и т. д. Это он установил закон зависимости изменения силы некоторых светящихся поверхностей от направления, в котором производится наблюдение (закон Ламберта).
Кроме того, Ламберт был и философом. Правда, его философские взгляды носят эклектический характер. В своих научных исследованиях он стихийно придерживался материалистических позиций. Вместе с тем Ламберт говорил, что, по его мнению, в природе заложена идея «разумной целесообразности».
Вильям Гершель (1738–1822)
Видимо, каждому из нас, наблюдавшему звездное небо и восторгавшемуся им, казалось, что звезд на небе мириады и сосчитать их невозможно. Однако нашелся человек, который при помощи больших телескопов обследовал каждый уголок неба и не только сосчитал звезды, но и составил их каталог. Имя этого ученого Вильям Гершель. Трудно поверить, чтобы один человек мог так много сделать для астрономии. Однако это так. Недаром современники Гершеля называли его «королем звездного неба».
Вильям Гершель родился в семье полкового музыканта в Ганновере. Отец, видимо, хотел воспитать из сына тоже музыканта. Он обучил Вильяма музыке и, когда последнему исполнилось 15 лет, устроил гобоистом в своем оркестре. Юноша любил музыку, и давалась она ему очень легко. Гершелю не составляло большого труда научиться играть на органе и скрипке и довести исполнение на этих инструментах почти до совершенства. Но в полковом оркестре он играл всего 4 года. Широкая натура не довольствовалась только одной профессией музыканта. Чтобы обрести полную свободу действий, не стесненную военной дисциплиной, он в 19 лет самовольно покидает полк и навсегда переезжает в Англию, приняв позднее британское подданство. В первые годы жизни в этой стране Гершель занимался музыкальной и композиторской деятельностью. В свободное время он самостоятельно изучил несколько языков. В это время Гершель с все большим увлечением занимается математикой и астрономией.
Любопытно, что увлечению астрономией помог случай. Еще в детстве Гершелю попалась в руки книга Смита «Система оптики». В ней автор талантливо излагал жизнь звездного неба. Под влиянием прочитанного Вильям загорелся желанием понаблюдать небесные явления и проверить факты, рассказанные в книге. На первых порах это было только увлечение. Главным делом оставалась музыка и только она. Но постепенно астрономия стала страстью, заполнившей всю жизнь ученого.
Не имея средств для покупки телескопа, Гершель решил этот инструмент изготовить собственноручно. Но надо было научиться шлифовать вогнутые металлические зеркала. Он быстро освоил шлифовальное дело и вместе с братом Александром и сестрой Каролиной (впоследствии крупным астрономом) построил свой первый рефлектор. Этот рефлектор имел зеркало диаметром 20 сантиметров и фокусное расстояние около 2 метров.
При помощи своего первого рефлектора Гершель осуществил наблюдение светлой туманности в созвездии Ориона. Тогда ему шел 36-й год. В это время астроном-самоучка стал уже искусным «звездочетом». Для него небосвод был великой книгой, буквами которой являлись звезды и туманности. Он умел читать эту «книгу», открывать новые ее «знаки» и делать смелые выводы. Много времени и сил он по-прежнему отдает шлифовке зеркал, постепенно увеличивая их диаметр до невиданных в то время размеров. Рабочий день Гершеля доходил до 16 часов в сутки, а то и больше. В конструировании телескопов-гигантов ученый далеко опередил современников и стал чуть ли не единственным специалистом в Европе по их изготовлению. В 49 лет он построил гигантский 40-футовый (более 12 метров) рефлектор с рабочим диаметром зеркала 122 сантиметра (вес зеркала 2 тонны), который давал увеличение в 7000 раз. Однако практически Гершель не мог использовать этот рефлектор из-за колоссальных атмосферных помех. Ученый применял его только в отдельных специальных случаях, например при наблюдении за двойными звездами.
Слава астронома пришла к Вильяму Гершелю не сразу. Ступенями к ней были мучительный труд, дьявольское терпение и всепоглощающая ежедневная кропотливая черновая работа астронома-наблюдателя. Он задался целью изучить строение Вселенной за пределами солнечной системы. Начиная с 1775 года ученый четырежды «обшарил» все уголки ночного звездного неба, с особой тщательностью «ощупывая» неизвестные небесные тела. Каждое такое обследование потребовало нескольких лет напряженной работы!
13 марта 1781 года в жизни Гершеля-астронома, стало знаменательной датой. В результате бесконечных поисков в глубинах ночного неба он «натолкнулся» на новое светило, которое принял за комету. Позднее выяснилось, что это была седьмая планета солнечной системы, получившая название Уран. Она отстоит от Солнца почти на 3 миллиарда километров и превышает объем Земли более чем в 60 раз.
Своим открытием Гершель вдвое раздвинул рамки солнечной системы и безмерно увеличил свой авторитет астронома. Весь мир заговорил о его открытии. Скоро последовали и почести. Гершеля награждают золотой медалью Лондонского королевского общества и избирают его членом. Оксфордский университет присуждает ему степень доктора, а король утверждает его в должности придворного астронома с пожизненной пенсией в 300 гиней. Слава первооткрывателя седьмой планеты дошла и до России. В 1789 году Гершель избирается почетным членом Петербургской академии наук.
Он мог бы теперь почивать на лаврах. Но не таков Гершель. Ученый с удвоенной энергией продолжает начатое дело. Жизнь коротка, а сделать надо очень много. Гершель торопится. Прежде всего он расстается с профессией музыканта, чтобы всего себя отдать исследованию великих тайн неба. А музыка? Музыка осталась увлечением, каким раньше была астрономия.
Чтобы открыть новое, надо еще и еще раз подумать об усовершенствовании телескопа. Необходимо с помощью какого-то приспособления уменьшить потерю света в рефлекторе и увеличить яркость изображения.
С этой целью Гершель изготавливает десятки рефлекторов. Однажды его осенила мысль наклонить слегка главное зеркало. Эффект получился замечательный. Во-первых, конструкция рефлектора сразу упростилась: стало возможным отбросить малое плоское зеркало. Во-вторых, осуществилось ожидаемое увеличение светосилы инструмента.
Заметим, что усовершенствование Гершеля не было новым. Еще в 1762 году рефлектор с таким устройством был изобретен и построен М. В. Ломоносовым. Но этого Гершель не знал. Поэтому, как это часто бывало в прошлом, из-за отсутствия информации ученому пришлось заново открывать то, что было открыто до него другими.
При помощи 6-метрового рефлектора своей конструкции Гершель в 1787 году открывает два спутника Урана – Оберон и Титаний. Затем он открывает два спутника Сатурна и устанавливает периодичность в изменении размеров полярных шапок на Марсе. Но все это «мелочи» по сравнению с теми грандиозными задачами, которые ставил перед собой беспокойный ученый. Его интересовала проблема строения Вселенной. Применяя статистические теоретико-вероятностные методы (звездную статистику), Гершель в 1783 году обнаружил давно предполагаемое движение нашей солнечной системы с довольно точным указанием направления этого движения (к созвездию Геркулеса). С помощью звездной статистики ученый пытался вывести заключение о форме и размерах нашей звездной системы и установить то, что находится за ее пределами.
Пытливый глаз астронома, вооруженный телескопами-гигантами, привел к открытию большого числа туманностей и звездных скоплений, а также свыше 800 двойных и кратных систем звезд. В 1822 году Гершель составил каталог (по счету третий) 145 двойных звезд (пары звезд, близких одна к другой в пространстве и обращающихся вокруг их общего центра).
Еще «отец греческой астрономии» Гиппарх связывал блеск звезды с ее величиной и на основе этого давал классификацию звезд по величине. Ясно, что эта классификация была чисто умозрительной и весьма субъективной, так как блеск звезды оценивался невооруженным глазом. Научную основу классификации звезд по их блеску впервые дал Гершель, который за 6 лет составил шесть каталогов блеска звезд. В общей сложности он измерил видимый блеск свыше 3000 звезд, причем установил, что некоторые звезды имеют переменный блеск.
Гершель один из первых вел наблюдение солнечного и звездного спектров. Помещая чувствительный термометр в разных частях видимого солнечного спектра и за его пределами, он открыл инфракрасные лучи (1800).
В науке Гершель придерживался материалистической концепции. Он считал, что мир материален и существует вне нашего сознания. Основой основ нашего мироздания является движение. Развитие в природе идет по спирали от более простого к более сложному. Гершель утверждал, что звезды «рождаются» в результате сгущения туманной материи, которая в разреженном состоянии в большом количестве находится в мировом пространстве.
В заключение отметим, что сын Гершеля – Джон (1792–1871) унаследовал профессию отца и стал знаменитым астрономом. При жизни отца он занимался в основном наблюдением и изучением двойных звезд. После смерти Вильяма Гершеля Джон продолжал его незавершенные работы, в частности его методом («промеров») исследовал отдельные участки звездного неба. В результате Гершель-сын открыл еще свыше 3000 двойных звезд, обнаружив у некоторых из них наличие медленных орбитальных движений. Он составил 11 каталогов двойных звезд и обширнейший каталог туманностей. Кроме того, Джон Гершель прославился как наблюдатель южного неба. Для этой цели ученый в течение четырех лет, начиная с 1833 года, находился в экспедиции на мысе Доброй Надежды. Результаты этих наблюдений он опубликовал в 1847 году.
