Небесная механика: вторая половина XVII - XVIII века

Благодаря Исааку Ньютону, который, с помощью математических методов и данных астрономических наблюдений, сделал мощный прорыв и сильный успех, а также обратил внимания человека и человечество на науку, небесная механика Ньютона стала королевой наук.

В Европе естественные науки стали для государства очень важны. Что бы решать важные астрономические задачи и проблемы, были построены первые в Европе государственные обсерватории: Парижская, Гринвичская и Копенгагенская.

Нидерландский учёный Христиан Гюйгенс, работая в Париже, построил 731-сантиметровый телескоп. Пользуясь им, в наблюдении, он увидел и установил, что кольцо Сатурна очень тонкое и не соприкасаются с планетой. Также, он открыл спутник Сатурна Титан, полосы на Юпитере, и гидросферу Марса, которые имеют названия «полярные шапки Марса».

Строительство первой государственной обсерватории в Европе, в Париже, закончилось в 1671 г. На должность директора обсерватории пригласили итальянского профессора Болонского университета Джованни Кассини. В период с 1671 по 1684 г. Кассини сделал парочку открытий и изобретений. Эти открытия были такими:

1) он открыл четыре спутники Сатурна - Япет, Рея, Тетис и Диона (на данное время открыто 62 естественных спутников Сатурна);

2) обнаружил, что кольцо Сатурна состоит из двух частей, разделённых тёмным промежутком, которые называются «Делением Кассини»;

3) составил карту Луны.

Также, еще один астроном, Оле Рёмер, работая двадцать лет в Парижской обсерватории, тоже провёл наблюдения и сделал некоторые интересные и важные открытия. Оле сделал большое количество наблюдений спутников Юпитера и выявил систематические отклонения спутников Юпитера. Он заметил, что есть величина запаздывания наблюдаемых моментов затмений спутников Юпитера, и она связана с расстоянием этой планеты от Земли. Оле понял, что свет в космическом пространстве распространяется не мгновенно, но с очень-очень большой скоростью. Вычислив её, и у него вышло, что скорость света распространяется со скоростью 215 000 км/с (299 800 км/с в современности).

Также, Рёмер изобрел основные астрономические приборы – меридианный круг и пассажный инструмент.

В 1675 г. по указу английского короля Карла II Стюарта, была построена обсерватория

в Гринвиче.

Первый директор обсерватории был Джон Флемстид. В течение 15 лет Флемстид делал наблюдения положений Солнца, Луны, планет и звёзд. Джон делал свои наблюдения, через чуть более 2-х метровый секстант с телескопическим визиром, который подарил ему друг. Он составил звёздный каталог, в котором более трёх тысяч звёзд. Благодаря тому, что этот телескоп был соединён с, более точным угломерным инструментом, точность небесных координат была намного точнее, чем, к примеру, Тихо Браге.

После смерти Джона Флемстида, в 1720. Королевским астрономом стал Эдмунд Галлей. Благодаря помощи короля Георга, в обсерватории появился двухметровый квадрант. Квадрант – это инструмент, для определения высот светил. С помощью него он открыл неравенство в движении Луны, которое называется вековое ускорение. Это означает, что движение Луны чуть ускоряется на 10⁰ дуги за один век.

Также, обсерватория в Гринвиче знаменита тем, что в 1884 году Гринвичский меридиан, который проходит через ось пассажного инструмента обсерватории, официально признали начальным меридианом, от которого ведётся счёт долгот на Земле.

В XVIII веке небесная механика продолжила путь сильного развития. В этом веке зародился спор о том, какую на самом деле имеет форму Земля? Для решения этой задачи, Парижская академия наук отправила две экспедиции: 1) на экватор (в Перу); 2) в полярный круг (в Лапландию). Их задача была измерение дуги. В результате этой экспедиции, впервые на основе опыта была подтверждена теория о том, что Земля сплюснута.

Последующее развитие небесной механики поражает своей масштабностью.

Выдающийся французский физик Пьер Симон Лаплас в работе «О принципе всемирного тяготения и о вековых неравенствах планет, которые от него зависят» показал, что вековое неравенство движение планет периодическое. К примеру, ускорение Юпитера сменится замедление, а замедление Сатурна, сменится ускорением. Объясняя это, он сказал: «вековое движение планет не вызывает векового ускорения в их средних движениях». Это означало, что наша Солнечная система устойчива.

Также, можно сказать, что начиная с Лапласа, возник обязательный принцип для всех учёных: «Ты не должен впускать Бога в науку, даже если в него веришь».

Лаплас обнаружил, что сложное движение планет связано с близостью к гармоничному состоянию Солнечной системы.

В его докладе «О движении Луны», с которым он выступал в Парижской академии наук, объяснил ускорение Луны. Период обращения Луны вокруг Земли зависит от эксцентриситета земной орбиты, то есть, от отклонения. Когда Луна приближается к кругу, то движение Луны ускоряется. Через некоторое время отклонение растёт, и по мере удаления от Земли, движение Луны замедляется.

В работе «Изложение системы мира» Лаплас написал о своей гипотезе происхождении Солнечной системы. Лаплас предположил, что Солнечна система возникла из горячей газовой туманности, окружавшей молодое Солнце. Туманность постепенно остыла, и под действием силы тяготения начала сжиматься. В связи с уменьшение её размеров она вращалась всё быстрее. Под действием быстрого вращения центробежной силы сравнимая с силой тяготения, туманность сплющилась, превратилась в околосолнечный диск, который начал разбиваться на кольца. Чем ближе к Солнцу было кольцо, тем быстрее оно вращалось. Вещество в каждом кольце постепенно остыло. Отдельные сгустки кольца, из-за того, что вещество в кольце не было распределено однородно, благодаря тяготению начали сжиматься и собираться вместе. В конце этого процесса, кольцо из сгустков превратилось в прототип планеты. Каждая протопланета вращалась вокруг своей оси, и в результате этого могли образоваться её спутник, или множество спутников.

Эта гипотеза просуществовала как основная более 100 лет. В последствие подверглась критики гипотеза Лапласа. Во-первых, не удалось объяснить, почему движения Солнечной системы приходится на движение планет, хотя их масса намного меньше массы Солнца. Также, развитие газодинамики показало, что вращающееся кольцо не может сгуститься в планету. Хотя физические эффекты Лапласа, такие как эффект «остывания» и «гравитационного сжатия», в современном мире являются главными в моделях образования Солнечной системы.

Вершиной строения телескопов в XIX веке ознаменовалось с именем Уильям Гершель, и с его созданием собственного 12-ти метрового рефлектора с диаметром зеркала 147 см. Вес такого чудовища, как по тем временам, составлял около 1 т. Максимальное увеличение составляло в 2,5 тысяч раз.

Основное достижение Гершеля было открытие новой планеты за тысячи лет науки.

13 марта 1781 г., как обычно, Гершель, смотря в свой телескоп, сделал своё самое значимое и великое открытие – планету Уран. Также, Гершель еще сделал некоторые открытия в Солнечной системе, а именно:

1) два спутника Урана – Титания и Оберон – и обнаружил их обратное движение;

2) два новых спутника Сатурна – Мимас и Энцелад;

3) измерил почти точно период вращения Сатурна (почти 30 земных лет);

4) выявил сезонные изменения размеров полярных шапок на Марсе;

5) открыл двойные и кратные звёзды;

6) открыл гравитационные связи между компонентами у 50-ти пар звёзд;

Еще, важное открытие сделал Гершель – обнаружив, что термометр, оказавшийся за пределами видимого солнечного спектра со стороны его красного конца, тоже нагревается. Так он открыл тепловые лучи, или инфракрасное излучение.

Продолжая дальше наблюдать за небом, он открыл множество туманностей и звёздных скоплений, большинство из которых впоследствии оказались галактиками.

Описанных Гершелем почти 200 двойных и кратных туманностей, половину оказались кратными системами, а 19 отнесены к взаимодействующим галактикам.

В последние годы жизни, Гершель убедился в недостижимости границ Галактики. И то, что все млечные туманности, обнаруженные на пределе видимости, могут быть другими очень далёкими «млечными путями».

В этот период снова произошёл скачёк в развитие космологии. Благодаря усовершенствованию телескопов, мир по-новому взглянул на дальние просторы нашей галактики, а также выдающиеся открытия в области небесной механики.

Занятие астрономии впервые начало происходить на государственном уровне из-за строений государственных обсерваторий в различных городах Европы.

А также, произошло научно-практическое доказательство шарообразности земли.

И естественно, в этот период произошли великие открытия, такие как инфракрасное излучение, скорость света, а также человечество впервые взглянуло дальше Сатурна, и нам открылась седьмая планета – Уран.