Гюйгенс. Волновая теория света. В погоне за лучом - Давид Бланко Ласерна

«[Оба спутника Сатурна] больше не представляют собой две идеальные сферы, как раньше, но два очень крупных тела, и не являются круглыми, как показано на прилагаемом рисунке, но похожи на два полуэллипса с двумя маленькими темными треугольниками посередине, которые касаются центральной сферы Сатурна, каковая, как и всегда, предстает идеально округлой».

Два рисунка Сатурна работы Галилея(вверху) и Эустакио Дивини.

Впоследствии Галилей прибегал к разным терминам, чтобы описать увиденное, в частности он называл эти формы «митрами», но всегда говорил о паре «придатков». Последующие наблюдения, проводимые с помощью более сильных телескопов, казалось, давали очевидный ответ. Рассмотрим, например, гравюру, сделанную итальянским изготовителем телескопов Эустакио Дивини в 1649 году, когда кольцо Сатурна было видно лучше всего. По этим рисункам видно, что, интерпретируя информацию, полученную от органов чувств, мозг не ведет себя как беспристрастный судья — важнейшую роль играют наши ожидания и предубеждения.

ЛОЖНЫЕ СЛЕДЫ

Сатурн славится самым длинным орбитальным периодом — примерно 29 с половиной лет. После того как Галилей привлек к этой планете всеобщее внимание, в течение нескольких десятилетий астрономы увеличили количество наблюдений. Это позволило подтвердить прежние данные, но привело и к появлению ложных следов, так как используемые линзы сильно отличались по качеству, для них не существовало никакого единого стандарта, и результат наблюдений зависел от умений мастера и субъективного восприятия наблюдателя. Галилей и сам отмечал, что там, где один телескоп показывал слегка овальную фигуру, другой инструмент, с большим разрешением, выявлял три сферы. Некоторые далеко не совершенные изображения Сатурна одобрялись авторитетными астрономами, и оспорить их истинность после этого было непросто.

Результаты трех наблюдений Сатурна. Два верхних сделаны астрономом Фонтана в 1638 и в 1645 годах, нижний — Гассенди в 1634 году.

В течение первых десятилетий XVII века астрономы не видели кольца вокруг Сатурна не только из-за низкого разрешения телескопов, но и потому, что никто из них не ожидал увидеть в небе подобную фигуру. Сегодня мы знаем, что экватор Сатурна опоясан диском, следовательно, глядя на размытое изображение или на простой набросок, мы можем восполнить пробелы и «увидеть» кольцо, как этого и ожидаем.

Даже если Сатурн действительно имеет три воплощения — как одно тело, как три отдельных тела и как одно центральное тело с двумя рукоятками по бокам, — никто не мог представить совокупность масс, которая последовательно принимала эти три облика. В 1658 году, за год до того, как Гюйгенс опубликовал свой труд Systema Satumium, ученый и архитектор Кристофер Рен с некоторой растерянностью описывал положение дел:

«Лишь Сатурн отдаляется от нормы остальных небесных тел и являет нам настолько противоречивые фазы, что мы до сих пор не знаем, является ли он единой сферой, контактирующей с двумя более мелкими, или сферой с двумя большими впадинами, или с двумя пятнами, или походит на некий сосуд с двумя ручками по боками, или же, наконец, имеет какую-либо другую форму».

Гюйгенс уже открыл обычный спутник у этой необычной планеты. Сможет ли он решить и парадокс о ее многочисленных обликах? В ноябре 1665 года ученый уехал из Парижа обратно в Гаагу и сразу же возобновил свои астрономические наблюдения. К несчастью, в тот момент «ручки» уже почти исчезли, и вскоре Сатурн показал Христиану свой самый загадочный облик — сферу. Тем не менее в письме, датированном 8 февраля 1656 года, ученый утверждал, что нашел причину изменений планеты. Таким образом, он разгадал тайну Сатурна вслепую, в период, когда кольца не было видно. Поскольку ни один телескоп не мог показать его, Гюйгенсу пришлось воспользоваться зрением разума.

РАЗГАДКА ТАЙНЫ

В середине марта 1656 года была отправлена в печать статья De Satumi luna observatio nova («Новые наблюдения спутника Сатурна»), в названии которой уже заявлялось об открытии Титана. В этой небольшой работе на двух страницах Гюйгенс предсказывал, что «ручки» планеты должны появиться вновь в апреле того же года. Он также заявлял, что решил парадокс трех обликов Сатурна, и предлагал другим ученым выдвинуть свои предположения, которые могли бы опровергнуть его. Гюйгенс спрятал разгадку в анаграмме: aaaaaaacccccdeeee eghiiiiiiillllmmnnnnnnnnnooooppqrrstttttu u u u и, «чтобы, если кто-то найдет такое же решение, как мое, он успел его обнародовать и чтобы нельзя было сказать, что он воспользовался моими мыслями или что я воспользовался его».

Этот вызов, вместе с ошеломляющей новостью об открытии Титана, возродил интерес к задаче, которую не смог решить даже Галилей.

До сих пор Сатурн водит астрономов за нос, или, лучше сказать, насмехается над ними из ненависти или хитрости.

Иоганн Георг Лохер, студент Иезуитской академии Ингольштадта

Несмотря на весь энтузиазм, никто из астрономов так и не дошел до правильного ответа. Как в старых детективных романах, после того как были высказаны неверные объяснения, слово должен был взять Гюйгенс. Но поскольку ученый был занят созданием первых часов с маятником, он заставил себя упрашивать до лета 1659 года, когда наконец опубликовал свою Systema Satumium. В этой работе он излагал решение анаграммы: Annulo cingitur, tenui, piano, nusquam cohaerente, ad eclipticam inclinato («Кольцом окружен тонким, плоским, нигде не прикасающимся, к эклиптике наклоненным»). Эклиптика — это полезная координата для астрономов, определяющая положение земной орбиты.

Уже в ходе первых наблюдений в марте 1655 года Гюйгенс обнаружил важнейшую улику. Хотя «ручки» были едва видны, они не становились более короткими, хотя и утончались. Это навело ученого на мысль, что разница между тремя телами или ручками не объяснялась движением вокруг Сатурна какой-либо массы. Большая часть его аргументов основывалась на параллелизме между системами Луна — Земля и Титан — Сатурн. Земля вращается вокруг своей оси за один день, а Луна вокруг Земли — за 29 дней. Гюйгенс обратил внимание на эту разницу во времени и решил, что период обращения Сатурна вокруг своей оси тоже должен быть гораздо короче периода его спутника. Если Титан обращался вокруг планеты за 16 дней, то сама она должна была вращаться вокруг своей оси всего за 13 часов.

ОТВЕТЫ НА ВЫЗОВ

Первым принял вызов, брошенный Гюйгенсом в *Новых наблюдениях спутника Сатурна»(De Saturni luna observatio nova), знаменитый польский астроном Ян Гевелий. Он предположил, что Сатурн имеет яйцевидную форму, которая по бокам расширяется в виде растущей и убывающей луны. В совокупности вся эта конструкция, если смотреть на нее сбоку, имеет округлый контур. Когда она вращалась, как показано на рисунке, то облик отдельной сферы легко сменялся телом с «ручками»». Но как же быть с тремя отдельными телами, которые наблюдал Галилей? По мнению Гевелия, их можно отбросить как простой оптический обман: «Следовательно, мы заключаем, что, хотя сферы, прилегающие к Сатурну, кажутся нам круглыми, они таковыми не являются». Это заявление звучало неубедительно для того, кто проводил ночные часы, пристально рассматривая планету и, как ни тер себе глаза, по-прежнему видел древних служителей Сатурна, имеющих такую же форму, как и их господин.