Едмонд Галлей: астроном, відомий не лише завдяки кометі

Англійського астронома Едмонда Галлея знають переважно як людину, на честь якої названа найвідоміша комета. Однак насправді передбачення її наступної появи на небі було лише одним із численних наукових відкриттів, здійснених вченим під час його сповненого пригод життя.

Молодість Галлея

8 листопада виповнюється 370 років із дня народження  Едмунда Галлея, одного з найвидатніших астрономів XVII–XVIII століть, науковця, в житті якого пригоди, скандали та наукові відкриття злилися в одну велику захопливу історію.

Галлей народився в англійському містечку Хаггерстон у 1656 році в родині заможного миловара. Ще в дитинстві хлопець виявив неабиякий математичний талант, тож батьки не шкодували коштів на його освіту. У школі Едмонд зацікавився астрономією, тож  коли у 17-річному віці вступив до Королівського коледжу Оксфордського університету, він уже мав у своєму розпорядженні телескоп довжиною 7,3 м.

І це була зовсім не іграшка. Вже невдовзі після того, як Галлей став студентом, він опублікував свою першу роботу, присвячену будові Сонячної системи та плямам на нашому світилі. Але справжня слава прийшла до нього у 19 років, коли він підготував працю, присвячену розрахунку елементів орбіт планет. Вона зацікавила самого Джона Флемстида, королівського астронома.

Часи тоді були достатньо цікаві. З одного боку, спроби християнських богословів контролювати астрономічні публікації були в розпалі. Проте англіканська церква, на відміну від католицької, ставилася до цього питання м’якше. Водночас кораблі англійського короля плавали всіма океанами й потребували точного визначення координат, яке на той час могла забезпечити лише астрономія.

Саме тоді й була організована знаменита обсерваторія у Гринвічі. Її основною метою від самого початку було точне визначення часу й координат, і відповідав за це її директор — королівський астроном. Першим цю посаду зайняв саме Флемстид. Він не лише допоміг юному Галлею з публікацією, але й увів його, на той час студента, в академічні кола.

Невдовзі для такого молодого і завзятого науковця знайшлося завдання. Флемстид займався складанням власного каталогу зоряного неба, проте він перебував на службі й відлучатися надовго з Англії не міг. А зорі Південної півкулі на той момент узагалі ще ніхто не каталогізував.

Гроші й обладнання на цю справу були, не вистачало лише кваліфікованого виконавця. Ним і став Едмунд Галлей. Шлях його був довгий — на острів Святої Єлени, той самий, на якому потім, більш ніж за століття помре у вигнанні Наполеон. Тоді ж це був лише невеликий клаптик суші посеред Атлантичного океану, ледь позначений на картах.

Саме там  Галлей обладнав одну з перших у Південній півкулі астрономічних обсерваторій, де і працював більше року. Йому вдалося внести до каталогу 341 об’єкт, недоступний для спостережень із Європи.

Додому молодий хлопець повернувся як тріумфатор. У 22 роки він став членом королівського наукового товариства, за кілька днів до того, як здобув ступінь магістра. Сам каталог зір південного неба був представлений науковому товариству Робертом Гуком, одним із найвидатніших фізиків того часу.

Проте довго сидіти на місці Галлею не довелося. Вже у 1679 році наукове товариство відрядило його до Гданська. Там астроном Ян Гевелій склав власний атлас зоряного неба, але при цьому не користувався жодним телескопом. Тож Гук і Флемстид сумнівалися у точності його спостережень. Проте Галлей, прибувши на місце, з’ясував, що спостереження справді мають високу точність.

Великі комети та Ісаак Ньютон

У листопаді 1680 року астроном Готфрід Кірх відкрив за допомогою телескопа комету, яка невдовзі не просто стала видимою, а й набула неймовірної яскравості, а потім зникла у напрямку Сонця. Щоправда, майже одразу після цього з’явилася інша комета, яка рухалася від нашого світила. Це примусило астрономів замислитися над природою цього явища.

У ті часи домінувала думка, що комети — це явища, які виникають у верхніх шарах атмосфери Землі. Проте існувала й альтернативна версія: комети — це космічні тіла, що рухаються навколо Сонця. Великі комети 1680–1681 років добре узгоджувалися з цим припущенням, якщо вважати їх одним і тим самим об’єктом, який просто пройшов перигелій. Саме з цією гіпотезою Галлея познайомив відомий італійський астроном Джованні Кассіні — той самий, який відкрив супутники Сатурна та щілину в його кільцях.

Однак подібне твердження потребувало великої кількості точних вимірювань, і найбільшого успіху в цьому плані досяг вчитель Галлея Джон Флемстид, який сам дійшов до ідеї позаземного походження комети Кірха.

Тим часом у суперечці був ще й третій учасник — не дуже тоді відомий Ісаак Ньютон із Кембриджа, який теж спостерігав комету і мав свої викладки на цей рахунок. Саме в це середовище і занурився молодий Галлей.

Річ у тім, що на той момент щодо руху космічних тіл існували тільки праці Кеплера, які добре пов’язували періоди обертання планет із радіусами їхніх орбіт, але вони стосувалися випадків із дуже малим ексцентриситетом, а у комет він надзвичайно великий. Тож що змушує їх літати таким дивним чином?

Галлею пощастило: у 1682 році з’явилася ще одна комета, і саме він провів найточніші спостереження за її рухом. Було очевидно, що в цьому русі є певна закономірність, яка могла б пояснити й рух інших небесних тіл, але Галлей не знав, у чому вона полягає. Зрештою, він поділився своїми спостереженнями та даними Флемстида з Ньютоном — і несподівано з’ясувалося, що той уже має розв’язання цієї задачі.

Йдеться про знамениті три закони динаміки й закон всесвітнього тяжіння. Вчений багато років їх не  публікував, тому астрономи про них не знали. Саме Галлей переконав його оприлюднити ці дослідження, і таким чином людство нарешті отримало сучасну фізику.

Сам Галлей теж мав із цього зиск. Він отримав інструмент для аналізу орбіт комет і дійшов висновку, що якщо комети рухаються орбітами, то вони мають регулярно повертатися до Сонця. Вчений підрахував, що період обертання комети Кірха становить 575 років, тож вона мала спостерігатися у 531-му та 1106-му. 

Як ми тепер знаємо, вчений помилився, насправді період обертання комети Кірха становить близько 10 тис. років. Однак все одно на той момент це був проривний  висновок, і він зробив Галлея відомим. 

Щоправда, сподобалося це не всім Флемстид був розлючений, що Галлей поділився його спостереженнями з Ньютоном і, зрештою, вся слава дісталася їм, хоча він теж практично вже дійшов тих самих висновків. Ворожнеча між ними тривала багато років.

Вітри, магнітне поле та Біблія

Тим часом Галлей займався й іншими дослідженнями. У середині 1680-х він впорядкував останню частину своїх спостережень під час експедиції в Південну півкулю та видав атлас вітрів. У ньому він уперше використав позначення, які полегшували сприйняття інформації. Тож Галлея можна вважати одним із засновників сучасної інфографіки.

У 1691 році  Галлей побудував водолазний дзвін — порожнисту відкриту знизу камеру, яку можна було опускати під воду і зберігати всередині повітря. Завдяки цьому там могла перебувати людина. Дослідник сам випробував його на річці Темза і став першою людиною, яка отримала баротравму вуха внаслідок зміни тиску.

Інша проблема, яка займала Едмонда ще з часів острова Святої Єлени, — магнітне поле Землі. Він представив модель компаса, в якому стрілка плавала в рідині й тому була нечутливою до коливань. 

Водночас дослідник цікавився магнітними аномаліями. Для їхнього пояснення він припустив, що Земля всередині порожниста і складається з кількох концентричних сфер, кожна зі своїми магнітними полюсами та атмосферою. Галлей також пов’язав із порожнистою Землею явище полярного сяйва. Він припустив, що це частинки газу, який витікає із внутрішніх сфер і взаємодіє із зовнішнім магнітним полем. При цьому він вгадав механізм світіння, але неправильно назвав джерело частинок, що його спричиняють.

Ще в 1680-х роках Галлей обіймав посаду секретаря Королівського товариства, яка насправді приносила йому самі клопоти. Однак у 1691 році йому випала можливість обійняти посаду професора Оксфордського університету. Добре знаючи погляди свого колишнього учня, той, по суті, підставив його, звинувативши в тому, що Галлей ставить під сумнів зазначений у Біблії вік Землі, а отже, є безбожником.

Флемстид написав Ньютону, закликавши його не підтримувати кандидатуру Галлея, а також звернувся до єпископа Едварда Стілінгфіта з проханням оцінити погляди вченого. Під час особистої бесіди Галлей не став приховувати своїх переконань, близьких до атеїзму. Загрози його життю не було, проте в суспільстві він мав репутацію вкрай суперечливої постаті, тож посаду професора віддали іншому кандидатові.

Потім Галлей ще мав сутички з теологами, коли запропонував наближення до Землі комети як пояснення біблійного потопу. Тож його можна вважати засновником не лише теорії порожнистої природи нашої планети, а й усіх кометних страхів.

Химерне життя Галлея

У 1690-х роках Галлей був в англійському суспільстві суперечливою постаттю, але водночас його вважали одним із найвидатніших учених.

Наприклад, у 1693-му він розбирав і аналізував записи про смерті у Бреслау, сучасному польському Вроцлаві. Результати цих досліджень вилилися в одні з перших праць із демографії. Щобільше, Галлей фактично став засновником методу, який застосовують страхові компанії всього світу для оцінки вірогідності смерті своїх клієнтів і, як наслідок, необхідності щось виплачувати їхнім родичам.

У 1696 році з Галлеєм сталася справжня детективна історія. Ньютона призначили наглядачем королівського монетного двору і той прилаштував Галлея заступником керівника відділення цієї установи у місті Честер. 

Галлей поставився до задачі контролю карбування монет із великою відповідальністю і невдовзі викрив двох працівників у розкраданні цінного металу. Проте коли він спробував заявити про це, то виявилося, що сам керівник відділення мав свою долю у цьому невеличкому бізнесі.

А в 1698 році взагалі сталася анекдотична історія. До Англії напівінкогніто прибув російський цар Петро І. Йому дуже хотілося познайомитися з Ньютоном, але той до спілкування був не дуже охочий і тому відрядив на цю зустріч Галлея.

Вчений швидко порозумівся з російським царем завдяки спільному інтересу до науки та пляшкам із бренді. Вони провели немало приємних вечорів разом. І, як розповідає одна достатньо сумнівна історія, одного вечора мешканці Лондона могли спостерігати цікаве видовище: нетверезий астроном возив вулицями міста не менш п’яного російського монарха на тачці.

Проте були в цей період і серйозніші, але не менш цікаві задачі. Зацікавлення Галлея магнітним полем Землі переросло в пропозицію дослідити й нанести на карту магнітне схилення. Як відомо, магнітний полюс Землі не збігається з географічним. Це було відомо вченим ще за кілька століть до Галлея.

Проте наскільки сильно відхиляється стрілка компаса у кожній конкретній точці земної поверхні, особливо під час плавання в океані? До Галлея цього ніхто про це не замислювався, а він запропонував англійському королю це дослідити задля покращення морської навігації й отримав дозвіл провести дослідження.

І не просто дозвіл, але ще й цілий пінк «Парамур». Пінк — це великий човен, пристосований для океанського плавання: 16 метрів завдовжки, озброєний шістьма гарматами. Однак це все-таки був бойовий корабель, і моряки не розуміли, чому мають підкорятися Галлею. Довелося повернутися до Англії, отримати тимчасове звання капітана й знову вирушити в експедицію.

Зібрані дані були потім опубліковані у вигляді карти, на яку були нанесені ізогони — лінії, які з’єднували точки з однаковим магнітним схиленням. І це була перша у світі карта, організована подібним чином. Пізніше той самий принцип почали застосовувати, наприклад, зображуючи середні температури та тиск.

Найважливіші наукові відкриття

У 1703 році Едмонд Галлей нарешті отримав можливість зосередитися на чистій науці. Люди, яким не подобалися його релігійні переконання, померли. Флемстид потроху заспокоївся. У віці 46 років вчений таки став професором Оксфордського університету.

У цей час Галлей самостійно вивчав східні мови і зробив переклади астрономічних трактатів з арабської. Саме вивчення цих матеріалів дозволило йому у 1705 році опублікувати свою фундаментальну працю щодо природи комет, а в ній зробити перше в історії передбачення, що комета, яку він спостерігав у 1682 році, має повернутися у 1758-му. Зараз вона названа на його честь.

Подальші роки свого життя астроном присвятив точним астрометричним вимірюванням і порівнянню їх зі стародавніми записами. Завдяки цьому він встановив, що принаймні зорі Арктур і Сіріус насправді не є нерухомими, а поступово змінюють своє положення.

Так був відкритий власний рух зір, які до того вважалися нерухомо прикріпленими до зовнішньої сфери світу. Стало зрозуміло, що вони розташовані на різній відстані від нас і сама Сонячна система є частиною величезного світу.

На це ж натякало існування туманностей, на які Галлей звернув увагу одним із перших. Він вказав, що це якісь протяжні об’єкти десь далеко в космосі і що в телескоп їх можна було б побачити значно більше.

У 1720 році Галлей дослідив Стоунхендж. Він припустив, що пам’ятку спорудили з використанням компаса, і спробував визначити її вік на основі тогочасних даних про магнітне схилення. У результаті він отримав дату 480 р. до н. е. Як ми знаємо сьогодні, ця оцінка була помилковою на кілька тисячоліть. Однак дослідження Галлея продемонструвало, що такий метод можна використовувати для датування давніх споруд.

У 1720 році Джон Флемстид помер, і Галлей зайняв його місце королівського астронома. Він продовжував виконувати цю роботу ще 22 роки, до самої своєї смерті. Передбачення науковця пам’ятали й комету чекали. Настав 1758 рік, а її не було. Проте астрономія, завдяки працям Галлея, Ньютона та Флемстида була вже зовсім іншою наукою. 

Вчені знали, що на комету впливають великі планети, й заздалегідь розрахували її затримку. І 25 грудня 1758 року її таки побачили. Галлей виявився абсолютно правим, а багато його ідей випередили час на століття.