Тысячи лет назад, когда большие города не сияли миллионом огней, да и никаких больших городов не было, по ночам землю освещали Луна и бесчисленные мерцающие звёзды. Луна указывала время, а звёзды показывали путь тем, кто двигался по земле или по водам.
Но не было покоя под небесами. Да и в небесах, оказывается, навечно заведенный порядок то и дело нарушался. В круг мирных светил врывались невесть откуда странные и страшные звёзды с длинным лучистым хвостом. Древние греки, как известно, большие фантазёры, видели в них заполошных небесных богинь с длинными распущенными волосами. «Волосы» по-гречески «коме» (κόμη), соответственно, «волосатая звезда» будет «астэр кометес» (ἀστὴρ κομήτης). Поэтому странные звёзды, нарушающие небесный порядок, стали называть кометами.
Считалось, что нарушение порядка среди звёзд на небе приведёт и к нарушению установленного порядка на земле. Поэтому появлению комет не радовались, и звездочёты предсказывали мор, глад и падение царств.
Впрочем, залётные косматые звёзды-кометы со временем исчезали, и панические ожидания исчезали вместе с ними. До появления среди звёзд новой вестницы несчастий.
Нонеча не то, что давеча. В наше время никто не боится хвостатых звёзд. Об их появлении на небосводе иногда сообщают в газетах или в Интернете. Астрономы уже знают достаточно подробно, что из себя представляют кометы и откуда они появляются. Более того, к некоторым кометам уже были запущены зонды, которые и сфотографировали сами кометы, и проанализировали их химический состав. В 2016 году один из таких зондов стал первым искусственным спутником кометы Чурюмова-Герасименко, а на поверхность ядра этой кометы совершил посадку спускаемый аппарат. Чудеса, да и только!
Нет, не чудеса это, а результат истории развития знаний человечества об уникальных астрономических объектах, кометах. Истории этой более трёх столетий. А в её центре — два главных героя: гениальный астроном, Эдмунд Галлей, и одна из самых известных комет, которая носит его имя.
Эдмунд Галлей, королевский астроном.
Городок Гринвич (Greenwich), юго-восточный пригород Лондона широко известен во всём мире по нескольким причинам. Прежде всего, потому что там находилась Королевская Гринвичская обсерватория, основанная королём Карлом II ещё в 1675 году.
Перед обсерваторией ставилась одна из главных проблем морской навигации того времени — точного определения долготы. Для морской державы, которой всегда была Британия, эта задача считалась стратегической. Британские корабли должны плавать в любой точке мирового океана. Плавать, а не блуждать!
Чтобы определить положение корабля следует знать две координаты: широту и долготу. Широта, то есть расстояние по меридиану от полюса до точки нахождения корабля, определялась довольно просто, по углу подъёма солнца в полдень. Этот угол определялся с помощью секстанта. А вот долгота определялась по разнице времени наступления какого-нибудь астрономического события (да хотя бы того же полдня) в точке нахождения корабля и в какой-нибудь другой точке, чаще всего в порту отправления. Для этого нужны были часы.
На корабле, качаемом волнами, не могли работать никакие другие часы кроме песочных. Они и работали. Песочные часы представляли собой два сосуда (или как говорили матросы, две склянки). Песок перетекал из верхней склянки в нижнюю. Матрос, стоявший рядом с часами, следил за этим процессом. Как только весь песок перетекал в нижнюю склянку, он переворачивал часы и сообщал о начале нового цикла, ударяя в колокол, то есть, «бил склянки». Обычно время между двумя ударами колокола было 15 минут. Очень неточно и легко запутаться! Сколько кораблей терялись в море из-за того, что не могли определить долготу!
Так что должность директора Гринвичской обсерватории была очень важной. На неё назначали королевским указом и называлась она «Королевский астроном» (Astronomer Royal). Королевский астроном руководил двумя равно важными для точного определения долготы направлениями. Первое состояло в составлении настолько точного каталога положения звёзд и карты движения Луны, чтобы моряки могли использовать его как «небесные часы». А второе было направлено на изобретение хронометра, точных часов с внутренним маятниковым колесом, что позволяло бы использовать эти часы даже при сильной качке. К слову сказать, обе задачи были решены почти одновременно.
В 1884 году Гринвичский меридиан, то есть небесная линия «север - юг», проходящая через главный телескоп обсерватории в Гринвиче, был установлен как отправная точка для отсчета долготы, то есть, как нулевой меридиан.
Эдмунд Галлей (1656 – 1742), первый из героев нашего рассказа, был вторым королевским астрономом, то есть, вторым директором Гринвичской обсерватории. Он обучался в Оксфорде. Уже в университете он проявил себя как блестящий и амбициозный молодой ученый, публикуя свои астрономические работы.
Но его вклад в науку был куда масштабнее и разнообразнее. Перечислим некоторые из его работ.
- Галлей создал каталог звёзд Южного неба. В 20 лет, ещё не закончив Оксфорд, Галлей отправился на остров Святой Елены — самую южную точку мира, находящуюся под британским контролем. Цель была амбициозной: составить первый в истории каталог звезд Южного полушария. За полтора года, работая с примитивным оборудованием и в тяжёлых погодных условиях, он занёс в свой журнал 341 звезду. Этот научный подвиг принес ему славу и членство в Королевском обществе.
- Галлей был не просто астрономом. Он составил первую карту магнитного склонения Земли (разницы между магнитным и географическим полюсами), которая стала бесценным инструментом для мореплавателей. Он же создал первые карты глобальных ветров — пассатов и муссонов, заложив основы научной метеорологии.
- Галлей произвёл пионерские работы в демографии. Его ум находил закономерности везде — от движения планет до человеческих судеб. Проанализировав данные о смертности в городе Бреслау (ныне Вроцлав), Галлей составил первые таблицы дожития, которые легли в основу современной теории и практики страхования жизни.
- Астроном-подводник. Галлей изобрёл и усовершенствовал водолазный колокол и, изучая возможности работы под водой, лично проводил эксперименты по погружению.
Но все эти достижения меркнут перед его главным, синтезирующим вкладом — работой над фундаментальными законами небесной механики.
Судьбоносная дружба: Галлей и Ньютон
Это, пожалуй, одна из самых плодотворных дружб в истории науки. Без Галлея у нас, возможно, не было бы Ньютона в том виде, в каком мы его знаем. И без Ньютона у Галлея не было бы инструмента для разгадки тайны комет.
В 1684 году Галлей, уже известный ученый, вел беседу с двумя другими светилами — Робертом Гуком и Кристофером Реном — о законах планетарного движения. Все они подозревали, что сила притяжения убывает обратно пропорционально квадрату расстояния, но никто не мог этого математически доказать. Галлей предложил обратиться к замкнутому и немного угрюмому профессору из Кембриджа Исааку Ньютону.
Когда Галлей спросил Ньютона, какую орбиту опишет планета под действием такой силы, Ньютон мгновенно ответил: «Эллипс». На вопрос, откуда он знает, Ньютон сказал: «Я это рассчитал». Но расчеты были потеряны. Галлей, осознав гений коллеги, уговорил его восстановить их. Результатом этих расчетов стал фундаментальный труд Ньютона «Математические начала натуральной философии» («Principia Mathematica»). Галлей не только уговаривал Ньютона писать, он редактировал рукопись, улаживал споры с Гуком и, что самое важное, издал книгу за свой собственный счет, когда Королевское общество отказалось финансировать публикацию. Это был огромный финансовый риск, но Галлей верил в гений Ньютона. Более того, он активно популяризировал идеи Ньютона, писал хвалебные рецензии на его работы и защищал его теорию.
Именно эта дружба и эта работа дали Галлею ключ к его собственному открытию. В «Началах» Ньютон математически описал, как тело под действием гравитации должно двигаться по эллиптической орбите. И Галлей задался вопросом: а не подчиняются ли этому закону и кометы?
Великое открытие
Взяв за основу законы Ньютона, Галлей принялся за титаническую работу. Он решил проследить историю комет, появлявшихся в прошлом. Его гипотеза была простой: если кометы движутся по эллипсу вокруг Солнца, то некоторые из них должны возвращаться.
Он собрал данные о 24 кометах, наблюдавшихся с 1337 по 1698 год. Кропотливо вычисляя их орбиты, он обнаружил нечто удивительное. Кометы 1531 года (наблюдавшаяся немецким астрономом Питером Апианом), 1607 года (наблюдавшаяся Иоганном Кеплером) и 1682 года (которую наблюдал он сам) имели практически идентичные орбитальные параметры.
Разница в периодах обращения между 1607 и 1682 годами составляла всего 1,5 года. Учитывая гравитационные возмущения от планет-гигантов, особенно Юпитера, это было прекрасным совпадением. Галлей сделал гениальный вывод: это не три разные кометы, а одна и та же, возвращающаяся к Солнцу примерно каждые 75-76 лет.
В своем труде «Синопсис астрономии комет» (1705) он сделал смелое предсказание: «Если она вернется согласно нашему предсказанию, примерно в 1758 году, беспристрастные потомки не откажутся признать, что это было впервые открыто англичанином».
Эдмунд Галлей не дожил до этого момента. Он умер в 1742 году в возрасте 85 лет. Но весь научный мир с замиранием сердца ждал 1758 года.
И комета снова появилась на небе! Она была вновь обнаружена в рождественскую ночь 1758 года. Это был триумф человеческого разума. Небесный призрак, вестник хаоса, был пойман в сети математических расчетов. Заявка астронома на всемирную славу была удовлетворена, и комета и получила свое имя — комета Галлея.
От страха к науке
В история открытия Эдмундом Галлеем кометы, названной впоследствии его именем как в капле воды отражается вся истории науки. Это первого столкновения с неизвестным, через слепой страх к рациональному пониманию, основанному на математике, наблюдении и смелости мысли.
Получив имя Галлея, комета перестала быть просто фактом. Она стала воплощением идеи о том, что движение во Вселенной подчиняется единым законам, сформулированными Исааком Ньютоном. На этом фундаменте через сто лет, благодаря трудам Жозефа Луи Лагранжа появилась звёздная механика. Именно с помощью этого математического аппарата рассчитываются полёты космических кораблей. Можно рассчитать не только полёты на околоземную орбиту или между планетами, но даже межзвёздные перелёты!