Курс на Марс. Самый реалистичный проект полета к Красной планете

Со времен Аристотеля астрономы незатейливо полагали, что планеты движутся по неизменным круговым орбитам, поскольку, как утверждал сам Аристотель, круг – идеальная форма и только круговое движение может быть бесконечным. Как Кеплер ни старался, он не мог подобрать такую круговую орбиту, которая бы соответствовала наблюдениям Тихо Браге. Он мог бы прибегнуть к эпициклам, однако отказывался это делать. Система эпициклов выглядела тут совершенно неприменимой, но где же тогда решение? Что это могло быть, если не круговые орбиты? Кеплеру понадобились восемь лет напряженной работы, чтобы осознать, что показывают наблюдения: Марс движется по эллиптической орбите, в одном из фокусов которой находится Солнце. Сейчас мы знаем, что орбита Марса наиболее эллиптичная во всей Солнечной системе,[8] если не считать орбиту Плутона,

[9] который был открыт только в XX веке, став лакмусовой бумажкой для любой астрономической теории. Действительно, если бы орбита Марса была круговой, теория Аристарха и Коперника, вероятно, быстро прошла бы проверку, и никто бы не обратил внимания на детали.

Кеплер опубликовал результаты своих трудов в 1609 году в работе, озаглавленной как «Новая астрономия, причинно обоснованная, или небесная физика, следующая из исследований движений звезды Марса, опирающихся на наблюдения достопочтенного Тихо Браге».

В отличие от многих предшественников, астрономов и философов, Кеплер объявил свою новую астрономию не просто математической концепцией, которая объясняет движение небесных тел. Напротив, это был трактат об «истинной реальности» небес, грандиозная работа, которая ниспровергала догму, существовавшую две тысячи лет, – на ее место приходила астрономия, основанная на причинах и доказательствах. В этой работе ученый изложил то, что мы сейчас знаем как первый и второй закон Кеплера о движении планет. Согласно этим законам, каждая планета движется по эллиптической орбите, в одном из фокусов которой находится Солнце, а радиус-вектор, соединяющий Солнце и планету, за равное количество времени описывает равные площади. Эти законы верны, и их можно найти в любом современном учебном пособии по астрономии и звездной динамике. Однако не менее важна и ошибочная гипотеза Кеплера о том, что планеты движутся вокруг Солнца за счет исходящей от него «магнитной» силы, распространяющейся «подобно свету». Когда оппоненты обвинили его в смешении физики и астрономии, Кеплер ответил: «По моему мнению, обе науки так тесно связаны, что одна не сможет достичь совершенства без другой». Другими словами, Кеплер не описывал модель Вселенной, чья геометрия совершенна по умолчанию, он изучал Вселенную, в которой причинно-следственные связи могут быть понятны человеку. Тем самым Кеплер резко изменил статус человечества во Вселенной. Хотя люди перестали быть центром мироздания, у них появилась возможность его постичь. Поэтому, согласно словам Кеплера, адресованным Галилею и ставшим эпиграфом для этой главы, Вселенная была доступна не только человеческой мысли, но и для непосредственного изучения.

Труды последующих десяти лет позволили Кеплеру опубликовать его важнейшее сочинение «Гармония мира». В нем он изложил свое последнее великое открытие – третий закон движения планет: квадрат периодов обращения планет пропорционален кубу расстояния от планет до Солнца. Применяя этот закон, достаточно просто математически вывести выражение, которое сейчас известно как закон всемирного тяготения Ньютона. Законы Ньютона легли в основу классической физики, новой мощной науки, которая сделала возможной промышленную революцию XVIII–XIX веков. Исследования Кеплера ознаменовали окончание Темных веков, и начались научная и промышленная революции – первая встреча с Марсом принесла богатые плоды.

Путешествия с телескопом

Кеплер использовал Марс, чтобы доказать что Земля – тоже планета. Следовательно, планеты, те маленькие движущиеся огоньки в небе, на самом деле были огромными мирами, похожими на Землю. Но как исследовать эти невероятные небесные тела? Вскоре инструмент оказался под рукой. Меньше чем через год после того, как Кеплер опубликовал свою «Новую астрономию», Галилей обратил в небо новый инструмент – телескоп. Открытые им за несколько недель наблюдений горы на Луне и «три маленькие звездочки», танцующие вокруг Юпитера, стали дополнительным подтверждением кеплеровой модели мира. Довольно скоро линзы множества телескопов были устремлены к Марсу.