Лекции о Солнце

Существует замечательное описание процесса «разжигания» Солнца во время солнечного затмения. Индейцы привязывали горящие угольки к наконечникам стрел и стреляли вверх, надеясь снова поджечь потухшее светило. Технология оказалась эффективной: очень быстро Солнце снова ярко вспыхивало на небосводе. Очевидно, что в этом Солнце – просто источник света и тепла, подобный очагу.

Описывая затмения Солнца, создатели многих древних мифов считали, что разнообразные существа (демоны, чудовища либо мифические животные) настойчиво пытаются сожрать Солнце. В древнеиндийском эпосе излагается история, как демон по имени Раху (изображаемый, как правило, в образе дракона) отхлебнул напиток бессмертия. Солнце и Луна, заметившие этот возмутительный акт беззакония (демонам напиток не полагался), немедленно сообщили о случившемся богу Вишну. Рассердившийся Вишну поступил радикально – отрубил Раху голову. С тех пор успевшая заполучить свойство бессмертия голова дракона периодически пытается в отместку проглотить доносчиков – Солнце и Луну. Поскольку у Раху нет туловища, светила снова и снова выскальзывают из перерубленной глотки и убегают.

Следует обратить внимание: в этом мифе (и во многих иных) Солнце снова живое и разумное (способно разговаривать и убегать от опасности), но дополнительно о сущности Солнца ничего не говорится.

Мотив поедания Солнца как причина затмений довольно распространен у многих народов. Во всех подобных мифах природа Солнца не раскрывается – какой смысл о нем рассказывать, если все о нем и так знают? При этом ясно, что какая-нибудь лягушка, хотя бы и гигантская, – наверное, все-таки не соперник богу (иначе, что это за бог?) И если во вьетнамском мифе ей (лягушке) удается проглотить Солнце (хапнуть с неба, как какого-нибудь комара), то такое светило явно лишено божественного статуса. Это некий важный элемент мира, возможно, даже одушевленный – но все-таки не бог.

Рис. 2. Раху заглатывает Солнце. Солнечное затмение нередко воспринималось древними как акт пожирания Солнца сверхъестественными существами

Упомянем, что затмения в некоторых мифах рассматриваются не как акт поедания одного светила другим, а как акт их совокупления.

Во времена Древней Греции мир в умах просвещенных людей строился на иных принципах. Никто (или почти никто) здесь уже не говорил об одушевленности небесных светил. Картины мира, которые строили древнегреческие философы, указывали на Солнце как на некий физический объект, элемент окружающей нас природы.

Версий о сущности Солнца было множество. В их числе представление о том, что Солнце и Луна – некие светящиеся облака, которые сгорают, двигаясь по небу с востока на запад. Наутро ввысь поднимается новое облако – Солнце. Надо полагать, люди понимали, что если Солнце и облако, то все же какое-то необычное. Но, тем не менее – все-таки облако!

С давних времен людьми признавалась (точнее, предполагалась) огненная природа Солнца. Огонь, хорошо известный людям с тех пор, как они стали людьми, был непонятным, но привычным. Как и Солнце, огонь мог нести тепло и жизнь, а мог обернуться смертельным бедствием (например, в образе лесного пожара). Естественно, и ослепительное Солнце воспринималось как нечто горящее, раскаленное, огненное… Но все-таки, что это такое? Что горит в небесах, почему не исчерпывается необходимое для горения, как давно поняли люди, горючее?

Первые попытки дать обоснованные ответы на эти вопросы были предприняты носителями нового подхода к окружающему миру – первыми учеными, применившими научный метод к объяснению Вселенной. На самом деле, это еще не был полноценный научный метод, это были только его зачатки. Считается, что первые проявления науки, воспринимаемой в современном смысле, характерны для Древней Греции (хотя очевидно, что ростки новой методологии появлялись и раньше, например в Древнем Египте.

Описание истории науки обычно начинается с Фалеса из малоазиатской греческой колонии Милет, основателя так называемой ионийской школы философов. Он жил более двух с половиной тысячелетий назад – с 640/624 по 548/546 год до н. э. В списке из 12 астрономических достижений Фалеса фигурирует его утверждение: «Солнце и звезды состоят из земли, но при этом раскалены».

Некоторые достижения Фалеса в астрономии опровергаются специалистами, – в том смысле, что его утверждения были известны и ранее. Делая оговорку о том, что Фалес мог быть и не первым, повторим вслед за ним: Солнце состоит из раскаленной земли. Слово «земли» в данном контексте, видимо, надо интерпретировать так: из грунта, камня, из всего того же, из чего состоит и Земля, на которой мы живем.

Главным по отношению к Солнцу было утверждение, что весь видимый мир устроен одинаковым образом и вполне материален. Небесные тела, по Фалесу, состоят из вещества, подобное которому мы можем найти и на Земле. Разница только в температуре. Заметим, что причину нагрева Солнца «добела» Фалес не указывал (точнее, его рассуждения на этот счет неизвестны, и что он думал по этому поводу, мы, видимо, уже никогда не узнаем).

Развивал и уточнял идеи Фалеса его ученик Анаксимандр (610–546 годы до н. э.). Историк астрономии Алина Иосифовна Еремеева называет поразительными идеи, которые были высказаны этим величайшим умом древности. С ней можно согласиться! По Анаксимандру, мир начинался с холодного и влажного ядра-зародыша, окруженного раскаленной огненной оболочкой. Под воздействием жара оболочки влажное ядро высыхало, выделявшиеся пары под растущим давлением раздували оболочку. В конце концов, оболочка лопнула и распалась на ряд огненных колец. В центре мира осталась свободно парящая Земля в виде низкого цилиндра (она неподвижна, поскольку нет причины двинуться в ту или иную сторону). Одно из отслоившихся колец и породило Солнце.

Добавим заодно, что Анаксимандр был, по-видимому, первым мыслителем, который считал, что Земля в виде плоского диска не покоится на каком-то массивном фундаменте (слонах, черепахах и т. д.), а висит в центре мира. Воистину, представить себе висящий в пространстве и никуда не падающий гигантский тяжелый объект было непросто. Отказ от «подставок» под Землей – это грандиозный интеллектуальный прорыв, который был осуществлен Анаксимандром. Впрочем, эта замечательная идея к сущности Солнца отношения не имеет.

Ученик Анаксимандра Анаксимен (?–528/525 годы до н. э.), в отличие от своего учителя, полагал, что Солнце и Луна свободно парят в воздухе, уже «не привязанные» к соответствующим кольцам.

К ионийской школе примыкал еще один мыслитель, чьи высказывания по поводу Солнца сохранились до наших дней. Речь идет о Гераклите из Эфеса (540–480 годы до н. э.). Философ считал, что Солнце – это круглое вместилище в пространстве, заполненное светлыми и чистыми испарениями некоей огнеподобной субстанции, – основы всего мира. Гераклит полагал, что Солнце имеет размеры в один фут (чуть больше 30 сантиметров).

Философское направление, развивавшееся ионийской школой, обычно квалифицируется как учение, содержащее элементы стихийного материализма. Судя по всему, в создаваемые картины мира ионийские философы вносили процессы и явления, которые наблюдали своими глазами. Впечатляющие картины испарения воды и формирования облаков над морем, видимо, привлекались для использования в построениях описаний Вселенной. А пар под давлением, способный подбрасывать крышку сосуда, вероятнее всего, и навел Анаксимандра на мысль о разрушении раскаленной оболочки мира. Впрочем, дело было 25 веков назад, и теперь трудно воспроизвести ход рассуждений древнегреческих мыслителей…

Совершенно иной подход развивали последователи знаменитого философа и математика Пифагора (около 580 – около 500 года до н. э.). Пифагорейцы считали, что Вселенная состоит из нескольких (девяти или десяти) концентрических шаровых поверхностей – сфер, которые вращались вокруг единого центра. На сферах были жестко закреплены известные в те времена планеты, а также воображаемый Антихтон («Противоземля»). На самой далекой, последней сфере размещались неподвижные звезды. Замечательным свойством этой системы было то, что Земля впервые не являлась центром мира, а двигалась вокруг общего его центра, подобно другим планетам! Но в центре Вселенной Пифагора было вовсе не Солнце, как можно было себе представить. Там находилась некая таинственная Гестия («центральный огонь»).

О системе мира Пифагора известно из достаточно туманного изложения его последователя Филолая Кротонского в пересказе Диогена Лаэртского. Возможно, картина была бы яснее, если бы до наших времен дошли первоначальные тексты. Во всяком случае, если суммировать то, что известно о взглядах пифагорейцев, получается следующее. Вокруг «центрального огня» движется «Противоземля». Она нужна для того, чтобы загораживать Землю от «центрального огня», – собственно, поэтому мы его никогда и не видим. «Противоземля» всегда находится между Гестией и Землей, обеспечивая вечное «затмение» Гестии для земного наблюдателя. Кроме того, мы живем на той половине шарообразной Земли, которая всегда отвернута от Гестии, – и это тоже причина того, что никто никогда не видел своими глазами «центральный огонь».

На следующей за «Противоземлей» сфере находится Земля, за ней – Луна, затем Меркурий, затем Венера, и уже только за этой планетой – Солнце, совершающее за год один оборот вокруг «центрального огня». При этом Солнце – вовсе не источник света и тепла! По Филолаю, Солнце представляет собой нечто вроде полупрозрачного (стеклянного? хрустального?) шара. Этот шар только отражает (как зеркало), преломляет (как линза) и передает планетам тепло и свет «центрального огня». Уже упоминавшаяся А. И. Еремеева предположила, что эта идея возникла у пифагорейцев при изучении свойств стеклянных шариков, собирающих свет, – первых линз в руках человека.

Кроме того, в системе невнятно описан еще и некий, еще более таинственный, «внешний огонь», который разливается за пределами далекой сферы неподвижных звезд.

Итак, Солнце, по Пифагору (точнее, по Пифагору в интерпретации Филолая), – это своеобразное оптическое устройство со свойствами линзы и зеркала, чья функция – транслировать на планеты свет «центрального» и «внешнего огней». Оставалось только гадать, кто же сконструировал и построил такую Вселенную…

Воистину, Древняя Греция – это удивительное место и удивительная эпоха. Именно здесь и именно тогда, более двух тысяч лет тому назад, впервые возникали грандиозные и разнообразные идеи об устройстве мира. Если пифагорейцы видели мир гармоничным и подчиненным строгому математическому замыслу, то такой мыслитель, как, например, Анаксагор (500–428 годы до н. э.) представлял себе Солнце весьма «весомо, грубо, зримо». Он полагал, что Солнце – это оторвавшаяся от Земли в результате ее быстрого вращения громадная каменная глыба размерами с полуостров Пелопоннес (занимающий, между прочим, треть территории Греции). Сама идея означает, что Анаксагор был знаком с понятием центробежной силы. При этом, стремительно двигаясь сквозь наполняющую Вселенную субстанцию (мировой эфир), Солнце сильно раскалилось, став «огненным насквозь». Это первая известная нам попытка указать на огромные размеры Солнца! В те времена превалировала точка зрения о том, что Солнце имеет диаметр порядка одного фута, двух локтей и т. п. Кроме того, нагрев небесного тела за счет трения при движении сквозь некую среду – тоже великолепная идея, которая (не в случае с Солнцем) вполне соответствует законам природы, которые еще не были открыты, но уже нащупывались.

Анаксагору приписывается объяснение природы большого («с два воза») метеорита, рухнувшего на севере Греции в 470 или 467 году до н. э. Философ счел его куском Солнца (трудно не вспомнить носовского Незнайку, который пугал своих собратьев-коротышек жутким известием: «От Солнца оторвался кусок и летит к нам на Землю, и скоро нам всем будет крышка!»). Изучение метеорита, согласно легенде, привело Анаксагора к мысли, что все небесные светила включая Солнце и звезды – это просто раскаленные камни.

Замечательно и предложенное им объяснение, почему же эти глыбы не падают. Мыслитель считал, что к быстро вращающемуся твердому небу их прижимает центробежная сила! Но иногда случается притормаживание этого вращения, что может приводить к их падению.

Взгляды Анаксагора общественностью приняты не были, он подвергся гонениям и умер в изгнании. Еще бы – он предлагал проститься с представлениями об особой небесной (в том числе и божественной) сущности светил: Солнце в его картине мира было просто разогретым куском земной скалы… Впрочем, нечто подобное, хотя и не столь подробно, в свое время уже говорил Фалес…

Точки зрения сильно разнились. Современник Анаксагора Эмпедокл (около 490 – около 430 года до н. э.) был знаком с ним и слушал его выступления. Но Солнце, по Эмпедоклу, обладало иной сущностью. Диоген Лаэртский, излагая концепцию этого философа, писал: «Солнце он почитает обширным скопищем огня величиною больше Луны, Луну – кругловидной, небо же – кристаллообразным».

Вспоминая мыслителей Древней Греции, нельзя не вспомнить о великом философе и, пожалуй, первом настоящем физике в человеческой истории – Аристотеле (384–322 годы до н. э.). Аристотель критически осмыслил и обобщил, по сути, все разнородные и разнообразные учения того времени. Некоторые были им жестко и резко раскритикованы, некоторые включены в его собственную картину мира. При этом Аристотель основывался на наблюдениях и опыте, декларируя изгнание из науки бездоказательного вымысла. Многие детали мироздания были им подмечены совершенно правильно и точно. Но, с другой стороны, и в его собственном описании Вселенной есть немало умозрительных вещей, противоречащих опыту.

Рассуждения о достижениях Аристотеля уведут нас далеко от солнечной темы. Поэтому обратимся к цитате из сочинения Аристотеля «О небе», из которой сразу станет ясно, что же философ думал о природе Солнца.

«Земля неподвижна в центре мира, а Солнце и Луна вращаются вокруг нее, – писал Аристотель. – Наш огонь (видимо, тот, с которым мы имеем дело на Земле. – С. Я.) хотя бы по своему цвету не имеет ничего общего с солнечным белым сиянием. Солнце состоит не из огня, а из огромного количества эфира. Его тепло происходит от взаимодействия эфира при движении вокруг Земли».

По-видимому, это высказывание Аристотеля требует комментариев. Из чего построена Вселенная? Эмпедокл предлагал четыре основных элемента – землю, воду, воздух и огонь. Из них, согласно его учению, состоит все в мире, и если вещества отличаются друг от друга, то только потому, что в них разное сочетание этих элементов – например, больше или меньше воды. Аристотель принял идею Эмпедокла, но добавил к ней еще один, пятый элемент (quinta essentia, или квинтэссенцию, как позднее назвали его на латинском языке).

Болгарские астрономы и популяризаторы науки Никола Николов и Владимир Харлампиев в своей книге «Звездочеты древности» так описывают Аристотелеву картину мира: «Согласно Аристотелю, Вселенная имеет следующую структуру: самые тяжелые элементы – земля и вода – остаются внизу, над ними располагается слой воздуха и еще выше простирается самый легкий элемент – огонь. Так построена часть Вселенной до Луны, и эту часть Аристотель называл элементарным, подлунным или земным миром. Над нею находится более совершенный надлунный мир. Луна, Солнце и планеты состоят из эфира, но не вполне чистого, поскольку они расположены не очень далеко от Земли. Из самого лучшего эфира сделаны звезды и небесная сфера, к которой они прикреплены».

Итак, Солнце у Аристотеля представляет собой сгусток таинственного «пятого элемента» – эфира, причем вдобавок не совсем чистого (видимо, с примесями как минимум огня и воздуха, – а может быть, даже и воды с землей). И если разогрев звезд, как писал философ, происходит из-за их трения об эфир во время вращательного движения вокруг Земли, то мощный дневной поток света и тепла никак не связан с перемещениями Солнца, – ведь светило не движется в своей сфере, будучи закрепленным на ней. Тепло и свет возникают из-за трения самих сфер друг о друга! Но это значит, что небесные сферы вполне материальны – твердые, плотные, задевающие друг друга. «При всей наивности картины, – пишет А. И. Еремеева, – Аристотель и здесь остается прежде всего физиком, механиком, даже инженером…»

Из всей славной когорты древнегреческих философов и ученых особое место занимает Аристарх (310–250 годы до н. э.). Его достижения впечатляют. Впрочем, трудно избавиться от ощущения, что его гениальные рассуждения либо неизвестны, либо непонятны подавляющему большинству населения земного шара и по сей день. Аристарх совершил первую из известных нам попыток в истории человечества определить размеры Солнца и Луны и расстояния до них! При этом он впервые использовал строгие геометрические построения, а не умозрительные рассуждения.

Ученый сделал следующее. Он дождался, когда Луна была в фазе первой четверти, когда на небе сияет ровно половинка лунного диска. Но это означало, как сообразил Аристарх, что в этот момент Солнце светит точно «сбоку» на лунный шар. Следовательно, угол между линиями «Луна – Земля» и «Луна – Солнце» должен быть прямым! Если начертить треугольник с вершинами в точках «Земля», «Луна» и «Солнце», то он окажется прямоугольным. А чтобы решить задачу с прямоугольным треугольником, достаточно знать еще один его элемент, – например, еще один угол. Этот угол (между направлениями на Луну и на Солнце) Аристарх измерил. Из его треугольника получалось, что если разделить расстояние от Земли до Луны (катет) на расстояние от Земли до Солнца (гипотенуза), то это отношение будет равно косинусу измеренного им угла. Другими словами, величина косинуса этого угла будет показывать, во сколько раз расстояние от Земли до Луны меньше расстояния от Земли до Солнца.

Рис. 3. Определение соотношения между расстояниями до Солнца и до Луны

Получить правильный ответ Аристарху помешала низкая точность измерения угла между направлениями на Солнце и Луну. Это непросто и сегодня, тем более что для измерений нужно выбрать момент, когда мы видим на небе ровно половину лунного диска, а это само по себе трудно. В результате у ученого получилось, что Солнце дальше Луны примерно в 19 раз (на самом деле – в 400, ошибка больше чем в 20 раз!). Тем не менее, впервые был получен неожиданный результат: Солнце расположено существенно (т. е. не в два раза) дальше Луны!

Отсюда следовал еще более глубокий вывод. Наблюдения солнечных затмений показывали, что угловые размеры Луны и Солнца на небе почти одинаковы, хорошо «подогнаны» друг к другу. В результате во время затмения Луна точно, как специальная крышка, загораживает диск Солнца. Но это означало, что если Солнце в 19 раз дальше Луны (на самом деле – в 400 раз), но имеет такие же угловые размеры, то Солнце должно быть в те же самые 19 раз больше Луны (на самом деле – в 400 раз)!

Этот вывод поражал воображение. Оставалось определить, каковы размеры Луны. Аристарх сделал и это!

Со времен Аристотеля было ясно, что лунное затмение происходит тогда, когда тень Земли падает на Луну. Если источник света (Солнце) находится очень далеко – дальше, чем экран (Луна), на который падает земная тень, – то диаметр Земли должен быть примерно равен диаметру ее тени, которую мы можем наблюдать на Луне во время лунного затмения. Аристарх довольно точно определил соотношение размеров: оказалось, тень Земли по диаметру примерно втрое больше Луны. Но тогда и сама Земля должна быть втрое больше Луны. А если это так, то, вспоминая, что Солнце оказалось, по Аристарху, больше Луны в 19 раз, следует сделать окончательный вывод: Солнце должно быть больше Земли по диаметру примерно в шесть с лишним раз (на самом деле – в 109 раз).

Вычисляя объем Солнца, Аристарх получил фантастический результат – в 250 раз больше объема Земли! Если бы он знал правильный ответ (в 1 300 000 раз), он был бы поражен еще больше. Но и то, что получилось, было удивительно. Напомним, только Анаксагор умозрительно рискнул сравнить Солнце по размерам с полуостровом Пелопонесс, и по тем временам это была неожиданная и смелая оценка. А тут на основе наблюдений и вычислений получалось нечто невообразимое – Солнце оказывалось существенно (во много раз!) больше всей громадной Земли!

Этот вывод заставил Аристарха изменить свои прежние представления. Это обстоятельство тоже говорит в пользу данного замечательного человека. Есть множество примеров, когда ученый упрямо настаивает на своей точке зрения только потому, что она своя, – несмотря на новые факты, ее опровергающие. Ранее Аристарх, вслед за Аристотелем, был геоцентристом, считая, что неподвижная шарообразная Земля стоит в центре Вселенной. Но вообразить, каким образом гигантское Солнце кружится вокруг маленькой Земли, было трудно. Колоссальное светило, несомненно, должно было находиться в центре мира!

Аристарх стал убежденным гелиоцентристом (Солнце в центре мира). Заодно, вслед за последователями Пифагора, он возродил их старую идею движения Земли вокруг своей оси и вокруг центра мира, где теперь вместо «центрального огня» наконец расположилось Солнце. Вращение Земли вокруг своей оси, кстати, естественно объясняло смену дня и ночи.

В общем, Аристарх вполне заслуживает, чтобы мы помнили о нем как об одном из самых выдающихся интеллектуалов за всю историю человечества. К сожалению, сведения об Аристархе весьма скудны. Известно только, что он родился на острове Самос, а жил и работал в знаменитом Мусейоне – по сути дела, первом в истории университете в городе Александрии. Ученый находился на попечении государства, читал лекции. Здесь он писал свои труды, которые хранились в не менее знаменитой Александрийской библиотеке.

Многие столетия спустя, в 640 году н. э., арабы захватили Александрию и уничтожили здесь все, что могли, включая библиотеку. Это была гигантская потеря для человечества. По некоторым данным, еще 2000 лет назад здесь хранились около 400 000 томов рукописных книг, свитков пергамента и папируса. Уже никто никогда не узнает, какие древние знания о былых земных событиях, людях и культурах хранились здесь… Не сохранились, к сожалению, и труды Аристарха – до наших дней дошла лишь одна его книга «О размерах Солнца и Луны и расстояниях до них». Мы располагаем также упоминаниями о его трудах в книгах других ученых. Нет сомнений, что достижения Аристарха произвели глубокое впечатление на его образованных современников. Солнце оказалось колоссальным – значительно больше, чем люди когда бы то ни было раньше могли себе это представить.

Но само устройство Солнца, его природа и причина происхождения яркого солнечного света и мощного потока тепла оставались непонятными. Все существовавшие версии – от нагретого камня до сгустка загадочного вездесущего эфира – выглядели уязвимыми для критики со стороны думающих людей. Надлунный мир и главный его объект – сияющее Солнце – продолжали хранить свои тайны.

Вершиной греческой астрономии явилась система мира Аристотеля – Птолемея, которая включила в себя частично и результаты Аристарха. Великий александрийский математик, астроном, оптик и географ Клавдий Птолемей (около 87–165) совершил выдающийся научный подвиг. Он создал энциклопедию своего времени, включив в нее все достижения греческой науки. А эти достижения были впечатляющими: буквально за несколько столетий греки создали столько, сколько человек разумный не создал за десятки тысяч лет своего прежнего существования на нашей планете!

Труд Птолемея назывался «Математическое сочинение», или «Большое сочинение» («Мегалэ Синтаксис», как это название звучало по-гречески). Позже вместо «большого» его стали называть «величайшим» – «Мегистэ». Арабы именовали труд Птолемея «Аль Маджисти», что привело к современному обозначению «Альмагест».

«Альмагест» – это грандиозный труд в 13 книгах. В нем, помимо многого другого, математически точно описаны движения планет с учетом их сложного петлеобразного движения по небу. Сегодня мы знаем, что странные петли, которые выписывают на небе планеты, объясняются тем, что сама Земля вовсе не неподвижна, и когда мы глядим на движущуюся планету с движущейся же Земли, создается впечатление сложного петлеобразного движения. Это похоже на наблюдения с вращающейся карусели, где наблюдатель сидит на вращающемся сидении! Учитывая, что планеты движутся не по окружностям, а по слегка вытянутым орбитам (эллипсам), да еще и не в одной плоскости, да еще и с переменной скоростью, нужно признать, что задача математического описания перемещения планет (а заодно и Солнца с Луной) по небу является сложной и на сегодня!