Иоганн Кеплер. Его жизнь и научная деятельность

Вероятно, недоразумение это возникло вследствие большой противоположности характеров Тихо и Кеплера и усилилось благодаря болезни последнего, совершенному отсутствию средств к жизни и обидной зависимости в этом отношении от Тихо. В самом деле, Кеплер из-за болезни не мог составлять даже своих альманахов и гороскопов, а жалованье ему не платили. Приходилось, таким образом, питаться от щедрот Тихо. Несчастная жена Кеплера, эта гордая дворянка, принуждена была по несколько раз ходить к строгому астроному, чтобы выпросить у него какой-нибудь флорин. И, вероятно, ей принадлежит тоже некоторая доля участия в происшедшей размолвке. Но дело в том, что и самому Тихо жалованье платили, без сомнения, столь же «аккуратно», как и Кеплеру, но он был настолько горд, что не жаловался на это. Таким образом, Тихо должен был содержать Кеплера с женою на собственные свои средства; а между тем после отъезда своего из Уранибурга он оказался совершенно разоренным. В предисловии к «Рудольфовым таблицам» сам Кеплер говорит, что Тихо оставил после себя вдову и четверых детей, все наследство которых заключалось в этих лишь таблицах, то есть даже не в таблицах, а в материалах для них, над которыми Кеплеру нужно было работать еще целых 26 лет, чтобы обратить их в таблицы. Таблицы же эти могли, вероятно, расходиться не больше как экземпляров по пяти в год – чего было более чем достаточно для малочисленных тогдашних обсерваторий, адмиралтейств и отдельных астрономов.

По возвращении Кеплера Тихо Браге выпросил для него титул императорского математика с приличным содержанием при условии, чтобы Кеплер не покидал Тихо и работал под его руководством над составлением упомянутых уже астрономических таблиц, получивших название Рудольфовых и заменивших собою старые Прусские таблицы.

Собственноручный набросок Кеплера к фронтиспису «Рудольфовых таблиц» (колонна Птолемея в трещинах)

Величайшее открытие Кеплера, прославившее его имя, тесно связано с научною деятельностью Тихо Браге и даже было бы невозможно, если бы не существовало точных и многочисленных наблюдений Тихо; поэтому, заканчивая настоящую главу, мы считаем не лишним сказать несколько слов об этом замечательнейшем человеке, представляющем собою почти Гиппарха новой астрономии.

В личности Тихо Браге сочетались замечательные противоположности. По словам сэра Давида Брюстера, это был богач и нищий, властелин и скиталец, просветитель и раб суеверий; но над головой его неизменно ярко сияла всю жизнь одна звезда – он был великим энтузиастом науки. Тихо Браге происходил из знатной датской фамилии. Он родился в Швеции 14 декабря 1546 года, воспитывался у своего дяди, брата отца, предназначался в военное звание и изучал юриспруденцию в Копенгагенском университете. К занятию астрономией обратило его затмение Солнца в 1560 году; он дал слово изучить науку, которая в состоянии предсказывать такие явления. Продолжая свое образование в Лейпциге, он купил небесный глобус величиною с кулак и с помощью таблиц Студиуса ознакомился по нему с звездным небом и планетами, убедясь вскоре в неверности таблиц. В то же время он начал тайно учиться алгебре и геометрии, так как занятие математикой и астрономией считалось тогда неприличным для дворянина. Но замечательно, что в семье Браге, кроме Тихо, глубокими познаниями в математике и астрономии отличалась сестра его София; она до такой степени проникнута была энтузиазмом к астрономии, что переменила впоследствии свое имя на имя Урании. В 1565 году Тихо получил большое наследство по смерти воспитавшего его дяди, а другой дядя его, со стороны матери, заведовавший одним монастырем в Дании, предоставил в распоряжение его два дома в монастыре; в одном устроена была обсерватория, а другой назначен был для «земной астрономии» – алхимии. Отсюда он наблюдал знаменитую звезду 1572 года, внезапно загоревшуюся на небе и вначале превосходившую блеском даже Сириус. Звезда эта, постепенно теряя в яркости, бесследно исчезла в марте 1574 года. В 1573 году Тихо женился на простой шведской крестьянке из селения Кнудструпа, где родился он сам. Женитьба его была так необыкновенна, что вооружила против Тихо всех родственников, и в дело это вмешался даже сам король. Тогда Тихо покинул отечество и уехал в Германию. Однако покровительство, которое оказывали ему такие просвещенные государи, как Вильгельм IV, ландграф Гессенский и Август, курфюрст Саксонский, располагало к нему и других. Датский король Фридрих II устыдился, что единственный астроном его скитается по чужим землям, и вызвал его в Данию, написав ему собственноручное письмо. По прибытии Тихо король подарил ему островок Гуэн – верстах в девяти от берега Зеландии, в пяти от Швеции и за двадцать верст от Копенгагена. Островок этот имеет верст девять в окружности и возвышается в виде скалы, вершина которой срезана площадкой. На нем была тогда деревенька, имевшая сорок душ жителей. Здесь и решено было построить знаменитую обсерваторию Уранибург. Закладка здания происходила в прекрасное осеннее утро 1576 года. Ярко сиявшее солнце, казалось, изливало славу на Фридриха, на просвещенного французского посланника Данзеса, на блестящих придворных и скромных ученых, собравшихся сюда «положить краеугольный камень этого храма, посвященного философии и созерцанию светил небесных», как гласила заложенная в его основание доска. На постройку здания и его приспособление отпущено было из казны 100 тыс. рейгсталеров и столько же, если не больше, Тихо потратил своих денег.

В главном здании, кроме обсерватории, помещались музей, библиотека и лаборатория. Однако все инструменты Тихо не могли поместиться здесь; поэтому близ собственно Уранибурга он построил потом Стернберг – исключительно для наблюдения звезд. Оба здания украшены были снаружи статуями знаменитых астрономов – от Гиппарха до Коперника включительно. Здесь-то в течение 17 лет, с 1580 по 1597 год, Тихо произвел свои бесчисленные, крайне точные для того времени и разнообразные наблюдения, послужившие основанием нашей астрономии, так что имя несуществующего теперь Уранибурга навсегда останется священным в летописях науки.

Все инструменты Тихо были изобретены им самим, и он сумел извлечь из них все, что они способны были дать. Он наблюдал без труб, но круги его инструментов имели огромную величину, что давало возможность определять угловые расстояния со значительной точностью. В то же время он достиг большой точности и в определении времени, хотя не имел в своих руках наших астрономических часов и хронометров. Он определял время весом вытекавшей через малое отверстие ртути или высыпавшегося таким же образом свинца, обращенного в тончайший порошок. Неудобства такого отсчета времени были громадными, но лучших средств тогда не знали; между тем, способ Тихо давал возможность определять секунды. Вот что говорит об этом сам Тихо: «Лукавый Меркурий (ртуть) смеется над астрономами и над химиками; Сатурн (свинец) тоже обманывает, хотя служит несколько лучше Меркурия».

Тихо обучил астрономии большое число учеников, воспитывавшихся на счет королей, городов и на средства своего великодушного учителя, у него было 20 сотрудников для наблюдений и вычислений, и в числе их страстный любитель астрономии, простой крестьянин из Лангберга, известный под его латинским именем – Лонгомонтанус. В Уранибурге побывали многие из коронованных особ. Английский король Яков VI посетил Тихо, чтоб побеседовать с ним об ереси Коперника, отвергаемой этим королем Уранибурга; посетил его и наследник Фридриха II, молодой Христиан IV. Но оказалось, что и у этого человека, почти не выходившего из своей обсерватории и бывшего воистину «не от мира сего», оказались враги, питавшие к нему страшную злобу. Во-первых, на него злобилось все дворянское сословие, так как Тихо не придавал никакого значения одним лишь гербам и титулам и, будучи сам знатным дворянином, не только унизил свое звание занятием плебейскою тогда наукой, но и женился на простой крестьянке, с которой мирно и неразлучно прожил всю свою остальную славную жизнь. Во-вторых, он вооружил против себя всех медиков, потому что приготовлял и бесплатно раздавал крестьянам и своим посетителям лекарства, действовавшие, по отзывам пациентов, удивительным образом. К этому прибавилось еще два обстоятельства: герцог Брауншвейгский Генрих-Юлий, посетив Тихо, выпросил у него медную статую Меркурия, помещавшуюся в обсерватории, обещав заменить ее потом такою же, но обещания своего не исполнил. После многих напоминаний Тихо занес, наконец, этот случай на страницы изданного им в это время Описания Уранибурга, нажив себе этим в герцоге смертельного врага. Затем, один из сенаторов и приближенных к малолетнему Христиану IV, раздраженный при посещении Уранибурга лаем собак Тихо, ударил одну из них ногой. Тихо вступился за своих догов, подаренных ему английским королем; дело кончилось крупною ссорой, и у Тихо еще одним сильным врагом стало больше. Пользуясь молодостью короля, враги его пустили в ход все средства: его выставляли еретиком и безбожником, знающимся с нечистой силой, потому что приезжавшие в Уранибург больные вылечивались точно по волшебству, потому что он допустил до разрушения церковь в пожалованной ему королем бенефиции, и так далее. Постоянные придирки и неприятности довели великого человека до того, что он решился покинуть отечество. «Всякая земля – отечество для сильного; а небо есть везде» (Omne solum forti patria et coclum undique supra est) – писал он ландграфу Гессенскому. Наконец, весною 1597 года Тихо взял все, что можно было увезти из Уранибурга, нанял судно и, захватив жену, четырех сыновей и четырех дочерей, со всеми своими помощниками, учениками и прислугой уехал за границу. По приглашению императора Рудольфа он приехал в Прагу. Рудольф предложил ему на выбор три замка для устройства обсерватории. Тихо выбрал сперва замок Бенах, но, не понимая местного языка, нашел неудобным жить там и вернулся снова в Прагу. Сюда-то и переехал к нему Кеплер в 1601 году. Однако Тихо было не суждено послужить больше науке, которой он посвятил все свои силы и все состояние; но и сделанного им в его незабвенном Уранибурге было более чем достаточно, чтобы, умирая, он мог сказать прекрасные слова: «Non frustra vixisse videor» – «Кажется, я прожил недаром».

Что касается судьбы прекрасного города Урании, то она была весьма печальна. Правительство бросило этот великий памятник его славы, который мог бы пережить и датский народ, и датское государство, на произвол судьбы. Оставаясь без всякого надзора, здание постепенно разрушалось, а деревенские жители и пристававшие к острову рыбаки камень за камнем растащили его полностью. Когда через 74 года после отъезда отсюда Тихо Браге Парижская академия наук послала экспедицию на остров Гуэн для точного определения широты обсерватории Тихо, то от дворца не осталось уже следа, и нужно было сделать обширные раскопки, чтобы отыскать фундамент здания…

Глава III

Жизнь и деятельность Кеплера в Праге. – Кеплер – императорский астроном. – Бедствия его и тщетные усилия получить свое жалованье, которого совсем не платят. – Издание «Паралипомен, или Дополнений к Вителию». – Издание альманахов и составление гороскопов. – Появление сочинения «Новая астрономия», в котором содержатся законы, известные теперь под именем первого и второго законов Кеплера. – Смерть сына и жены Кеплера.

Ходатайство Кеплера перед герцогом Вюртембергским увенчалось успехом: ему предоставлена была кафедра медицины в Тюбингене. Это наглядно показывает, до какой степени вся тогдашняя естественная философия составляла одно целое и как ничтожна была специализация во всех ее отраслях, между которыми воздвигнуты в наше время настоящие китайские стены. Мыслимо ли теперь, чтобы математик и астроном преподавал нравственную философию или медицину? Тогда же это никому не казалось странным. Эликсир астронома Тихо Браге против повальных болезней продавался во всех аптеках и действовал чудесно. Ученый должен был знать все, ни в коем случае не оговариваясь тем, что это «не по его части». Однако, по настоянию Тихо Браге и по советам своих друзей, Кеплер отказался от предоставленной ему должности и, как уже мы знаем, уехал в Прагу. Благодаря этому астрономические сочинения Кеплера, обильно разбавленные метафизикой и теологией, не осложнились еще и сведениями из области медицины, чего очень можно было бы опасаться в случае переезда его в Тюбинген.

Во время прибытия Кеплера Тихо и преданный ему ученик и сотрудник его, Лонгомонтан, усердно работали над теорией Марса, тщетно стараясь представить движения этой планеты с помощью эпициклов или другой гипотезы, согласной с системой Тихо. Пылкий и неутомимый Кеплер тотчас со всей страстью предался тому же занятию и оказался несравненно счастливее Тихо и Лонгомонтана. С этого времени Марсу суждено было играть великую роль в новой астрономии. Изучение его движений дало возможность Кеплеру доказать, что орбита его – не круг, а эллипс, и распространить справедливость этого на все планеты Солнечной системы. Из всех планет Марс движется по наиболее растянутому и отличающемуся от круга пути, так что изучение его движений всего более могло способствовать тому, чтобы отрешиться от укрепленного тысячелетиями предрассудка о движении планет по кругам. Мы знаем теперь, что это справедливо не только для планет Солнечной системы, но и для всех систем вселенной, как это доказывают нам многочисленные двойные звезды, рассеянные повсюду в пространстве и находящиеся на бесконечном расстоянии от нас. Звезды-спутники в этих парах описывают около главной звезды геометрически точные эллипсы, потому что все неправильности и отклонения совершенно исчезают для нас на таком расстоянии.

Итак, Марс дал нам возможность узнать истинный характер замкнутых кривых, описываемых небесными телами, и основать на сделанном открытии новую астрономию; но его значение далеко не ограничилось этим. Не прошло еще и трех веков с того времени, как Марс представил изумленным глазам всего мира двух своих спутников, да и каких еще спутников! Они так малы, так близки к планете и с такой быстротой движутся по небу Марса, что ничего подобного не встречается во всей Солнечной системе. Достаточно сказать, что ближайшая луна бежит по тамошнему небу в три раза быстрее своего суточного движения со всем небесным сводом, так что восходит на западе и закатывается на востоке; а расстояние ее от планеты меньше, чем расстояние от Петербурга до Читы. В течение одной ночи луна эта проходит через все свои фазы, между тем как другая луна заканчивает свой путь, свой «месяц» в одни сутки. Таким образом, на Марсе в ясные ночи постоянно можно любоваться двумя лунами, из которых одна появляется на востоке, а другая на западе: они идут по небу навстречу друг другу и, встретившись, расходятся, скрываясь в противоположных сторонах горизонта. По своей малости и близости к планете луны эти, пожалуй, могли бы не одному только гоголевскому герою внушить мысль, что они сделаны в каком-нибудь тамошнем Гамбурге и затем с достаточной силою брошены в пространство, особенно, если принять во внимание, что тяжесть на Марсе в три раза меньше, чем на Земле. Но не успели еще ученые достаточно свыкнуться с мыслью о Марсовых спутниках, открытых Асафом Голлем в 1877 году, как миланский астроном Скиапарелли поразил и мудрых, и невежд открытием каналов на той же планете, указывающих на присутствие там разумных существ, знакомых с геометрией и инженерным искусством. Каналы эти представляются в виде густой сети прямых линий, тянущихся на расстоянии от одной до пяти тысяч верст, при ширине, доходящей до сотни верст, причем каналы эти – двойные, то есть проложены параллельно друг к другу, отделяясь между собой промежутками от 300 до 400 верст. Далее, открыты были периодические наводнения на планете, так что целые материки ее время от времени совершенно затопляются водами ее внутренних морей. Теперь каждое из противостояний Марса, когда он находится на ближайшем от нас расстоянии, с нетерпением ожидается астрономами и почти каждый раз поражает их какою-нибудь новой неожиданностью. Вот что такое Марс в новой астрономии! Но возвратимся к первой услуге, оказанной им науке, – к услуге, обессмертившей имя Кеплера.

Познакомившись с наблюдениями, собранными Тихо в Уранибурге, Кеплер был поражен их богатством, разнообразием и точностью. Вскоре по приезде в Прагу он пишет Мэстлину: «Богатство Тихо громадны, но он, как и большинство богачей, не умеет ими пользоваться». В самом деле, Тихо начал наблюдать небо еще двадцатилетним юношей, и наблюдения его составляли период в 35 лет. Можно себе представить, какую пищу для живого ума и пылкого воображения Кеплера представляли эти сокровища! И вот обладатель этих богатств в том же году скончался, причем все бесчисленные журналы его наблюдений перешли в распоряжение Кеплера, возведенного теперь в звание императорского астронома и астролога с жалованьем в 1500 флоринов. Жалованье это неизбалованный судьбою Кеплер находил блестящим, но, к сожалению, его совсем не платили. Тридцатилетняя война совершенно истощила казначейство «римского» императора, и денег доставать было негде: «Я теряю время, стоя у дверей казначейства, подобно нищему», – с горечью пишет Кеплер в одном из своих писем. Так что, несмотря на громкий титул императорского астронома, ему опять приходилось приниматься за составление скромных альманахов и гороскопов для всех желающих, чтобы прокормить себя и свое семейство, бедствия которого были особенно тягостны для его любящего сердца.

При таких-то условиях начато было и после восьмилетнего труда благополучно окончено глубокомысленнейшее из его произведений, содержащее первый и второй законы движения планет. В то же время Кеплер успел издать целый трактат по оптике под скромным названием Дополнения к Вителию (Paralipomena ad Vitelionem), написал большое сочинение о звезде 1604 года и работал над составлением астрономических таблиц, изданных впоследствии за счет императора Рудольфа. Кроме этого им было написано в течение того же времени несколько мелких сочинений: «Nova dissertatiuncula» об основаниях астрологии (1602 г.), Элегия на смерть Тихо Браге, пьеса в 200 латинских стихов, сопровождаемая жизнеописанием великого астронома (1604 г.), Послание к любителям небесных явлений… об имеющем наступить в октябре 1605 г. солнечном затмении (1605 г.), О необыкновенном явлении – прохождении Меркурия по диску Солнца (1609 г.) и другие.

Принимаясь за обработку наблюдений Тихо, Кеплер прежде всего занялся изучением преломления света в воздухе, или астрономической рефракции, чтобы освободиться от главной причины ошибок. Занявшись этим вспомогательным для него вопросом, Кеплер под названием «Дополнения к Вителию» написал самостоятельный обширный трактат по оптике в приложении к астрономии, в котором, между прочим, находится совершенно верная теория астрономических труб и точные правила для определения фокусного расстояния оптических стекол и увеличения труб, так что Кеплер может считаться истинным изобретателем астрономической трубы, хотя он и не осуществил своей мысли на практике. Его воззрения на свойства и распространение света совершенно те же, каких держался целым столетием позже его Ньютон. «Свет состоит, – говорит Кеплер, – в непрерывном истечении вещества из светящих тел, причем скорость его бесконечна. Тела более плотные он проходит труднее, чем пустоту. Непрозрачность тел зависит от неправильного расположения промежутков между частицами вещества. Тепло есть свойство света, а не особое вещество». Он совершенно верно объяснил то явление, что изображение Солнца в темной комнате всегда бывает круглым, хотя бы лучи его проникали в комнату через треугольное или всякое другое отверстие, и показал, что во время частного затмения Солнца изображение будет серповидным. Составленные им таблицы рефракции отличаются от наших не более чем на девять секунд дуги, а между тем основной закон преломления света в его время еще не был известен. Он полагает даже, как мы знаем это теперь, что преломление меняется с состоянием воздуха, хотя о барометре тогда еще не имели понятия, да и термометр почти не был известен или, по крайней мере, ни к чему не применялся. Из величины атмосферного преломления он выводит среднюю плотность воздуха относительно воды, определяя ее отношением 1 к 1178 (теперь 1:773). «Я уверен, – говорит Кеплер, – что, считая воздух тяжелым, я восстановлю против себя всех физиков, считающих его легким; но созерцание природы научило меня, что наша атмосфера состоит из вещества тяжелого». Эти слова написаны были за 40 лет до знаменитого опыта Торричелли.

«Во всей этой книге, – говорит Бертран, – чувствуется рука мастера, и в ней до сих пор еще есть чему поучиться», хотя Паралипоменам скоро исполнится уже триста лет. В той же книге находится истинная теория зрения. Кеплер опровергает мнение Мавролика, что сетчатая оболочка не главный орган зрения, так как получающееся на ней изображение представляется в обратном виде, и доказывает, что предметы могут казаться нам в прямом виде, несмотря на эту обратность их изображений. Он правильно объясняет близорукость и дальнозоркость, а равно и способность глаза ясно видеть предметы как на больших, так и на малых расстояниях, указывая причину этого в растяжении и сжатии глаза. По словам весьма компетентного в этом вопросе Араго, Кеплер, предложив себе и решив эту задачу, обнаружил истинную гениальность. В том же сочинении Кеплер, говоря о Луне, полагает, что она подобна Земле и может быть обитаема; это говорилось за шесть лет до того, как Галилей впервые направил трубу свою на наш спутник. Красноватый цвет Луны и вообще видимость ее во время полных лунных затмений Кеплер объяснял преломлением световых лучей в земной атмосфере, уменьшающим длину конуса земной тени, и к этому объяснению ничего не прибавлено до настоящего времени. О так называемой короне Солнца, видимой во время полных его затмений, он говорил, что это явление может происходить от солнечной или лунной атмосферы. Несмотря на триста лет, протекшие с тех пор, несмотря на все громадные средства современной науки, вопрос этот мало подвинулся вперед и в наше время.

Эта замечательная книга, из которой спустя полстолетия после ее выхода делает обширные заимствования Декарт в своей Диоптрике, написана была Кеплером, так сказать, между прочим, в то время, когда он был занят главным своим делом – обработкой наблюдений Марса и установлением его теории, что потребовало, как увидим ниже, колоссального труда. Но Кеплер прежде всего состоял на должности придворного астролога и обязан был составлять гороскопы по первому требованию, а поводов для этого при суеверии того времени было всегда достаточно; и, очевидно, спрос на такие работы далеко превышал предложение, потому что Кеплером при дворе были вообще недовольны. Царедворцы находили, что он пренебрегает своими прямыми обязанностями, увлекаясь пустыми научными или философскими изысканиями, и полагали, что он совершенно не по заслугам получает столь большое жалованье, которого, однако, ему вовсе не платили. На его несчастье появилась еще звезда 1604 года. Столь необыкновенное явление он не мог пройти молчанием в качестве официального астронома и астролога. Кеплер должен был бросить свои занятия и писать целый трактат о звезде. Сочинение это состоит из 30 глав и разбирает явление со всевозможных точек зрения, но, по словам Бертрана, читатель после прочтения его остается в таком же неведении причин явления, как и до этого. Не найдя никаких естественных причин для появления звезды, Кеплер, подобно лисице Крылова, утешает себя, говоря: «Бог, непрестанно пекущийся о мире, может повелеть явиться новому светилу во всяком месте и во всякое время». Мы упоминали уже о его шутке по поводу того, что предвещает звезда. В том же роде есть у него другое замечание. У немцев была поговорка «новая звезда – новый король»; приводя ее, Кеплер говорит: «Удивительно, что ни один честолюбец не воспользовался этим народным поверьем».

Несмотря, однако, на все препятствия, после восьмилетней работы над результатами наблюдений Тихо, после многих мучительных сомнений, доводивших почти до потери рассудка, Кеплеру удалось представить движение Марса и подчинить все причуды его «аномалий» двум строгим законам, известным теперь под названием первого и второго Кеплеровых законов. Он доказал, что 1) орбита Марса не круг, а эллипс, причем Солнце занимает один из фокусов этого эллипса, и что 2) планета движется по этому эллипсу неравномерно: быстрее – вблизи Солнца, медленнее – вдали от него, но так, что если через равные промежутки времени соединить центр планеты с центром Солнца прямыми линиями, то площади между этими прямыми и соответственными дугами эллипса все будут между собою равны. Весь ход своих рассуждений, приведших его к этим выводам, все попытки представить движения Марса по системам Птолемея и Тихо и критику этих систем, все свои неудачи и ошибки, происходившие от доверия к старым авторитетам, весь ход своих вычислений с отчетом о том, какого труда это ему стоило, Кеплер изложил в сочинении, напечатанном за счет императора Рудольфа и вышедшем в Праге в 1609 году под названием «Astronomia nova seu physica coelestis, tradita commentants de motibus stellae Martis ex observationibus Tichonis Brahe», то есть «Новая астрономия, или небесная физика с комментариями на движения планеты Марс по наблюдениям Тихо Браге». Чтобы показать, насколько книга эта по своей внешности не походила на безжизненные научные трактаты нашего времени, мы выписываем здесь, в сокращенном переводе, посвящение, обращенное к императору Рудольфу II.