Николай Коперник

Николай Коперник родился 19 февраля 1473 г. В Торуни, торговом городе на Висле. Отец будущего астронома, тоже Николай, был богатым купцом, мать Барбара, урожденная Ваченроде, — дочерью главы городского суда. Николай был четвертым, младшим ребенком в семье. Когда ему исполнилось десять лет, отец умер во время эпидемии чумы, и заботу о детях взял на себя брат матери Лукаш Ватценроде, который в 1489 г. был избран вармийским епископом.

Николай Коперник
Николай Коперник

В 1491 г. Николай поступил в Краковский университет, где проучился четыре года, там он увлекся астрономией. После Кракова Коперник продолжил образование в Италии, сперва в Болонье, где провел ряд астрономических наблюдений, а после два года изучал медицину в Падуанском университете. Получив степень доктора канонического права, 30-летний Коперник возвратился в Польшу, где он уже избран каноником Вармии.

На башнях кафедрального собора Успения Богородицы во Фромборке, в котором с 1512 г. служил Николай Коперник, были удобные площадки для наблюдений неба. Ученый собственноручно изготовил из дерева угломерные астрономические инструменты, подобные описанным в «Альмагесте». Среди них трикветр — шарнирный треугольник, одну из планок которого наводили на светило, а по другой вели отсчет, а также «гороскопий» (солнечный квадрант) — вертикальная плоскость с выступающим стержнем в верхнем углу. Прибор устанавливался по линии север–юг и позволял по направлению полуденной тени в моменты солнцестояний судить о наклоне эклиптики к небесному экватору. Не менее важным инструментом была армиллярная сфера — вложенные друг в друга поворотные кольца, которые служили моделью небесных координат и давали возможность получать отсчеты по нужным направлениям.

Дом Николая Коперника в Торуни
Дом Николая Коперника в Торуни. Это здание считается наиболее вероятным местом рождения астронома

Цель астрономических наблюдений Коперника заключалась не в открытии новых небесных явлений. Он стремился сделать геоцентрическую модель Птолемея более стройной и простой. Коперник нашел у Цицерона, что пифагорейцы Экфант и Гикет придерживались мнения о вращении Земли вокруг оси, а Аристотель сообщал о ее орбитальном движении согласно воззрениям пифагорейца Филолая. Авторитет античных ученых укрепил Коперника в желании довести до конца гелиоцентрическую теорию строения мира.

1 декабря 1514 г. в Риме состоялся собор Католической церкви, на котором обсуждался вопрос о назревшей реформе календаря. Была создана специальная комиссия, которая обратилась с просьбой к «императору, королям и университетам» прислать свои соображения по этому поводу. С того времени ученый занялся наблюдениями для уточнения длины года. Найденная им величина стала основой для календарной реформы 1582 г. Определенная Николаем Коперником длина года составляла 365 суток 5 ч 49 мин 16 с и превышала истинную всего на 28 с.

Астроном, предположительно Птолемей, с квадрантом
Астроном, предположительно Птолемей, с квадрантом — инструментом для определения высоты светил

В мае 1539 г. во Фромборк прибыл молодой профессор математики Георг Иоахим фон Лаухен, который взял себе имя Ретик (римляне называли Ретией область Австрии, где он родился). Под руководством Коперника он погрузился в изучение рукописи «О вращениях небесных сфер», стал его постоянным собеседником и убедил Коперника опубликовать его труд. Не дожидаясь этой публикации, Ретик написал обширное изложение теории Коперника. Свое сочинение он назвал «Первое повествование». Оно было написано так, что не требовало от читателя математической подготовки и было понятно любому образованному человеку. Оно несколько раз переиздавалось, а в 1596 г. Кеплер привел его в виде приложения к своей книге «Космографическая тайна».

Благодаря «Повествованию» теория Коперника стала известна. Книга «О вращениях небесных сфер» вышла весной 1543 г., когда ее автор тяжело болел, и сразу нашла благодарных читателей. Ученому принесли экземпляр только что отпечатанного сочинения за несколько часов до смерти. Умер Николай Коперник 24 мая и был похоронен под плитами Фромборкского кафедрального собора.

Трикветр Коперника. Иллюстрация из немецкого справочника начала XX в
Трикветр Коперника. Иллюстрация из немецкого справочника начала XX в

Друг Ретика, виттенбергский математик Эразм Рейнгольд, составил на основе теории Коперника новые планетные таблицы, которые сохраняли свое значение до появления в 1627 г. «Рудольфовых таблиц», составленных Кеплером.

Строение Вселенной согласно гипотезе Коперника

Идеи о движении Земли возникли в Древней Греции еще в VI–IV вв. до н. э., однако впервые гелиоцентрическую систему строения Вселенной предложил в III веке до н. э. древнегреческий астроном, математик и философ Аристарх Самосский (ок. 310 г. до н. э. — ок. 230 г. до н. э.), разработавший, кроме того, научный метод определения расстояний до Солнца и Луны, а также размеров этих светил. Возможно, что Аристарх из Самоса пришел к гелиоцентризму исходя из того, что Солнце по размерам намного больше Земли, придя к естественному выводу о том, что меньшее тело обращается вокруг большего, а не наоборот. Идея обращения Земли и планет вокруг Солнца не привлекла к себе особого внимания со стороны греческих ученых, которые вслед за Аристотелем в основном придерживались геоцентрической модели. Поэтому гелиоцентризм был оставлен греками и забыт на много веков.

Иллюстрация небесной механики по Николаю Копернику из звездного атласа Андреаса Целлариуса Harmonia Macrocosmica (1660)
Иллюстрация небесной механики по Николаю Копернику из звездного атласа Андреаса Целлариуса Harmonia Macrocosmica (1660)

Окончательно гелиоцентризм возродился только в XVI в., когда Николай Коперник разработал теорию движения планет вокруг Солнца на основании пифагорейского принципа равномерных круговых движений. Согласно теории Коперника, Земля вращается вокруг своей оси с периодом в одни сутки, следствием чего является суточное вращение небесной сферы. Кроме того, она совершает за год один оборот вокруг Солнца, и это движение Земли приводит к наблюдаемым попятным движениям планет. Также, согласно учению Коперника, с периодом примерно в один год ось нашей планеты перемещается почти параллельно сама себе, и этот эффект, в частности, проявляется в предварении равноденствий.

Были в теории польского астронома еще два пункта, благодаря которым она не может в полной мере называться гелиоцентрической, так как Земля в ней сохраняла особый статус: центром планетной системы было не Солнце, а центр земной орбиты, и из всех планет Земля единственная двигалась по своей орбите равномерно, в то время как у остальных планет скорость движения по орбите менялась. Видимо, у Коперника сохранялась вера в существование небесных сфер, на которых располагались планеты. В результате движение планет вокруг Солнца объяснялось, как в модели вложенных сфер, вращением этих сфер вокруг своих осей.

Армиллярная сфера, иллюстрирующая теорию Николая Коперника. Англия, XVIII в.
Армиллярная сфера, иллюстрирующая теорию Николая Коперника. Англия, XVIII в.

Существовавшие до появления теории Николая Коперника геоцентрические системы Евдокса и Птолемея (а в геоцентрических системах мира Земля неподвижна) не позволяли точно измерить расстояния до планет. В гелиоцентрической системе Коперника впервые появилась возможность рассчитать реальные пропорции Солнечной системы, пользуясь радиусом земной орбиты как астрономической единицей.

Коперник понял, что если мы смотрим на планеты, находясь на движущейся Земле, то планеты кроме движений по своим орбитам получают дополнительное круговое движение. С Земли оно будет видно в форме эпицикла. Размер эпицикла равен диаметру орбиты нашей планеты. Поэтому чем дальше от нас планета, тем меньшим будет казаться эпицикл, и по его угловым размерам можно судить о ее удаленности. В системе Коперника «...последовательность и величины светил, все сферы и даже само небо окажутся так связанными, что ничего нельзя будет переставить ни в какой части, не производя путаницы в остальных частях и по всей Вселенной».

«О вращениях небесных сфер»

Сочинение Коперника «О вращениях небесных сфер. Шесть книг» заняло больше 20 лет упорного труда. В начале книги Коперник вслед за Птолемеем излагает основы действий с углами на плоскости и на сфере, относящиеся к сферической тригонометрии. Здесь ученый внес в эту науку много нового, выступив как незаурядный математик и вычислитель. Среди прочего Коперник приводит таблицу синусов (правда, это название не применяет) с шагом в десять угловых минут. Но для своих расчетов он вычислил еще более обширные и точные таблицы, шаг которых составлял одну угловую минуту, а точность — семь десятичных знаков!

Страницы книги «О вращениях небесных сфер»
Страницы книги «О вращениях небесных сфер»

Для этих таблиц Копернику потребовалось вычислить 324 тыс. величин. Эта часть сочинения и подробные таблицы были позже изданы отдельной книгой. Книга «О вращениях» содержит описания астрономических приборов, а также каталог неподвижных звезд. В ней разбирается видимое движение Солнца, Луны и планет. Поскольку Коперник использовал только круговые равномерные движения, ему пришлось потратить много сил на поиски таких соотношений размеров системы, которые бы описывали наблюдаемые движения светил. После всех усилий его гелиоцентрическая система оказалась не намного точнее птолемеевской. Сделать точной ее удалось только Кеплеру и Ньютону.