Введение

Итальянский астроном и священник (1598–1671)

Джованни Баттиста Риччоли, SJ (17 апреля 1598 – 25 июня 1671) был итальянским астрономом и католическим священником в иезуитском ордене. Он известен, в частности, своими экспериментами с маятниками и падающими телами, обсуждением 126 аргументов относительно движения Земли и введением современной системы лунной номенклатуры. Он также широко известен как первооткрыватель первой двойной звезды. Он утверждал, что вращение Земли должно быть заметным, поскольку на вращающейся Земле поверхность движется с разной скоростью в разные моменты времени.

Биография

Риччоли родился в Ферраре. Он вступил в Общество Иисуса 6 октября 1614 года. После завершения новициата он начал изучать гуманитарные науки в 1616 году, сначала в Ферраре, а затем в Пьяченце. С 1620 по 1628 год он изучал философию и теологию в колледже в Парме. Пармские иезуиты разработали сильную программу экспериментирования, в том числе с падающими телами. Один из самых известных итальянских иезуитов того времени, Джузеппе Бьянкани (1565–1624), преподавал в Парме, когда туда прибыл Риччоли. Бьянкани принимал новые астрономические идеи, такие как существование лунных гор и изменчивость небес, и сотрудничал с иезуитским астрономом Кристофом Шейнером (1573–1650) в наблюдениях за солнечными пятнами. Риччоли упоминает его с благодарностью и восхищением. К 1628 году обучение Риччоли было завершено, и он был рукоположен. Он просил направить его на миссионерскую работу, но просьба была отклонена. Вместо этого его назначили преподавать в Парме. Там он преподавал логику, физику и метафизику с 1629 по 1632 год и проводил некоторые эксперименты с падающими телами и маятниками. В 1632 году он стал членом группы, ответственной за воспитание молодых иезуитов, среди которых был Даниэло Бартоли. Учебный 1633–1634 год он провёл в Мантуе, где сотрудничал с Николо Кабео (1576–1650) в дальнейших исследованиях маятника. В 1635 году он вернулся в Парму, где преподавал теологию и совершил своё первое важное наблюдение Луны. В 1636 году его отправили в Болонью на должность профессора теологии. Риччоли описывал себя как теолога, но с сильным и постоянным интересом к астрономии, восходящим к студенческим годам, когда он учился у Бьянкани. Он говорил, что многие иезуиты были теологами, но лишь немногие – астрономами. Он утверждал, что как только в нём пробудился энтузиазм к астрономии, он уже не мог его погасить и поэтому стал более предан астрономии, чем теологии. В конечном итоге его руководство в иезуитском ордене официально поручило ему задачу астрономических исследований. Однако он продолжал писать и по теологии (см. ниже). Риччоли построил астрономическую обсерваторию в Болонье при Колледже Святой Люсии, оснастив её множеством инструментов для астрономических наблюдений, включая телескопы, квадранты, секстанты и другие традиционные инструменты. В своих исследованиях Риччоли занимался не только астрономией, но и физикой, арифметикой, геометрией, оптикой, гномоникой, географией и хронологией. Он сотрудничал с другими, в том числе с другими иезуитами, особенно с Франческо Мария Гримальди (1618–1663) в Болонье, и поддерживал обширную переписку с единомышленниками, такими как Гевелий, Гюйгенс, Кассини и Кирхер. Он был удостоен премии Людовика XIV в знак признания его деятельности и её значимости для современной культуры. Риччоли продолжал публиковать работы по астрономии и теологии до самой смерти. Он умер в Болонье в возрасте 73 лет.

Маятники и падающие тела

Риччоли считается первым человеком, точно измерившим ускорение свободного падения. Книги 2 и 9 «Нового Альмагеста» Риччоли содержали обширное обсуждение и подробные экспериментальные отчеты о движении падающих тел и маятников. Он интересовался маятником как прибором для точного измерения времени. Подсчитав число колебаний маятника между последовательными прохождениями определенных звезд, Риччоли экспериментально подтвердил, что период маятника, совершающего малые колебания, постоянен в пределах двух колебаний на 3212 (0,062%). Он также установил, что период маятника увеличивается при увеличении амплитуды колебаний до 40 градусов. Риччоли стремился создать маятник с периодом ровно в одну секунду – такой маятник совершил бы 86 400 колебаний за 24 часа. Он дважды проверил это, используя звезды для отсчета времени и привлекая команду из девяти иезуитов для подсчета колебаний и поддержания амплитуды в течение 24 часов. Результаты показали периоды маятников, отклоняющиеся от желаемого значения на 1,85%, а затем на 0,69%; Риччоли даже пытался улучшить последний результат. Секундный маятник затем использовался в качестве стандарта для калибровки маятников с различными периодами. Риччоли отмечал, что маятник не является абсолютно надежным инструментом для измерения времени, но в сравнении с другими методами он был исключительно надежен. Используя маятники для отсчета времени (иногда дополняемые хором иезуитов, вычислявших время в такт маятнику, чтобы обеспечить звуковой таймер) и высокую конструкцию в виде Болонской башни Асинелли, с которой можно было сбрасывать предметы, Риччоли проводил точные эксперименты с падающими телами. Он подтвердил, что падающие тела подчиняются правилу "нечетных чисел" Галилея, то есть расстояние, пройденное падающим телом, увеличивается пропорционально квадрату времени падения, что свидетельствует о постоянном ускорении. По словам Риччоли, тело, выпущенное из состояния покоя, проходит 15 римских футов (4,44 м) за одну секунду, 60 футов (17,76 м) за две секунды, 135 футов (39,96 м) за три секунды и так далее. Другие иезуиты, такие как упомянутый Кабео, утверждали, что это правило не было строго доказано. Его результаты показали, что, хотя падающие тела обычно демонстрируют постоянное ускорение, на них влияют вес, размер и плотность. Риччоли утверждал, что если два тяжелых предмета разного веса одновременно сбрасываются с одной и той же высоты, то более тяжелый опускается быстрее, если его плотность равна или больше; если оба предмета имеют одинаковый вес, то более плотный опускается быстрее. Например, сбрасывая шары из дерева и свинца весом 2,5 унции каждый, Риччоли обнаружил, что когда свинцовый шар прошел 280 римских футов, деревянный шар прошел только 240 футов (таблица в «Новом Альмагесте» содержит данные о двадцати одном таком парном сбросе). Он объяснял эти различия влиянием воздуха и отмечал, что плотность воздуха необходимо учитывать при работе с падающими телами. Он подтвердил надежность своих экспериментов, предоставив подробное описание их проведения, чтобы любой мог их воспроизвести, включая схемы башни Асинелли с указанием высот и мест сброса. Риччоли отметил, что, хотя эти различия противоречат утверждению Галилея о том, что шары разного веса падают с одинаковой скоростью, возможно, Галилей наблюдал падение тел, сделанных из одного и того же материала, но разного размера, поскольку в этом случае разница во времени падения между двумя шарами намного меньше, чем если шары одинакового размера, но разных материалов, или одинакового веса, но разных размеров и т. д., и эта разница незаметна, если шары сбрасываются с очень большой высоты. В то время многие выражали обеспокоенность идеями Галилея о падающих телах, утверждая, что невозможно различить небольшие различия во времени и расстоянии, необходимые для адекватной проверки его идей, или сообщали, что эксперименты не согласуются с предсказаниями Галилея, или жаловались на отсутствие подходящих высоких зданий с четкими траекториями падения для тщательной проверки идей Галилея. В отличие от этого, Риччоли смог продемонстрировать, что он провел многократные, последовательные и точные эксперименты в идеальных условиях. Таким образом, как отмечает Д. Б. Мели, точные эксперименты Риччоли были широко известны во второй половине [сеventнадцатого] века и способствовали формированию консенсуса относительно эмпирической адекватности некоторых аспектов работы Галилея, особенно правила нечетных чисел и представления о том, что тяжелые тела падают с похожим ускорением, и скорость не пропорциональна весу. Его ограниченное согласие с Галилеем было значительным, учитывая, что оно исходило от недоброжелательного читателя, который зашел настолько далеко, что включил текст осуждения Галилея в свои собственные публикации.

Работы, касающиеся Луны

Риччоли и Гримальди всесторонне изучали Луну, и Гримальди создал её карты. Этот материал был включен в 4-ю книгу «Нового Альмагеста». Карты Гримальди основывались на более ранних работах Йоханнеса Гевелия и Михаэля ван Лангрена. На одной из этих карт Риччоли дал названия лунным образованиям – названия, которые лежат в основе современной номенклатуры лунных объектов. Например, Mare Tranquillitatis (Море Спокойствия, место посадки «Аполлона-11» в 1969 году) получило своё название от Риччоли. Риччоли назвал обширные лунные области в соответствии с погодными условиями. Он назвал кратеры в честь выдающихся астрономов, группируя их по философским направлениям и историческим периодам. Хотя Риччоли отвергал теорию Коперника, он назвал заметный лунный кратер «Коперник», а другие важные кратеры – в честь других сторонников теории Коперника, таких как Кеплер, Галилей и Лансбергий. Тот факт, что кратеры, названные им и Гримальди, расположены вблизи друг от друга, в то время как кратеры, названные в честь других астрономов-иезуитов, находятся в другой части Луны, рядом с хорошо известным кратером, названным в честь Тихо Браге, заставлял иногда считать лунную номенклатуру Риччоли косвенным выражением симпатии к теории Коперника, которую он, как иезуит, не мог открыто поддерживать. Однако Риччоли утверждал, что поместил коперниковцев в бурные воды (Oceanus Procellarum). Еще одной важной особенностью карты является прямое утверждение Риччоли о необитаемости Луны. Это противоречило представлениям об обитаемой Луне, высказанным Николаем Кузанским, Джордано Бруно и даже Кеплером, и которые продолжали встречаться в трудах более поздних авторов, таких как Бернар де Фонтенель и Уильям Гершель.

Аргументы относительно движения Земли

Значительная часть Нового Альмагеста (книга 9, состоящая из 343 страниц) посвящена анализу вопроса о мировой системе: геоцентрическая или гелиоцентрическая Вселенная? Движется ли Земля или она неподвижна? Историк науки Эдвард Грант описал 9-ю книгу как, «вероятно, самый пространный, глубокий и авторитетный» анализ этого вопроса, выполненный «любым автором XVI и XVII веков», и, по его мнению, он превосходит даже «Диалог Галилея о двух главных мировых системах» — птолемеевской и коперниканской. Более того, один автор недавно назвал 9-ю книгу «книгой, которую Галилей должен был написать». В 9-й книге Риччоли обсуждает 126 аргументов, касающихся движения Земли — 49 в пользу и 77 против. Для Риччоли вопрос стоял не между геоцентрической системой Птолемея и гелиоцентрической системой Коперника, поскольку телескоп опроверг птолемеевскую систему; он заключался в сопоставлении геогелиоцентрической системы, разработанной Тихо Браге в 1570-х годах (в которой Солнце, Луна и звезды вращаются вокруг неподвижной Земли, а планеты — вокруг Солнца, иногда называемой «геогелиоцентрической» или «гибридной» системой), и системы Коперника. Как иллюстрирует фронтиспис Нового Альмагеста (см. рисунок справа), Риччоли отдавал предпочтение модифицированной версии системы Тихо Браге; вот как он описал систему, которая «пришла ему в голову», когда он находился в Парме: «она во всем совпадает с тихонианской системой, за исключением орбит Сатурна и Юпитера; для меня их центром было не Солнце, а сама Земля». Многие авторы ссылаются на анализ Риччоли и 126 аргументов. Однако переводы аргументов из Нового Альмагеста и их обсуждение в какой-либо степени современными авторами встречаются редко: лишь для трех из 126 аргументов доступны такие переводы и обсуждения. Это, во-первых, аргумент, названный Риччоли «физико-математическим аргументом», который был связан с одной из гипотез Галилея; во-вторых, аргумент, основанный на том, что сегодня известно как «эффект Кориолиса»; в-третьих, аргумент, основанный на виде звезд, наблюдаемых через телескопы того времени.

"Физико-математический" аргумент

Риччоли обсуждает физико-математический аргумент, рассматривая доводы как в пользу, так и против движения Земли. Галилей в своем «Диалоге» 1632 года выдвинул предположение, что кажущееся линейное ускорение камня, падающего с башни, является результатом комбинации двух равномерных круговых движений – суточного вращения Земли и второго равномерного кругового движения, принадлежащего самому камню и приобретенного от башни, увлекающей его за собой. Галилей утверждал, что истинное и реальное движение камня никогда не ускоряется, а всегда остается равномерным и постоянным. Следовательно, нет необходимости искать другие причины ускорения или другие виды движения, поскольку движущееся тело, будь то остающееся на башне или падающее, всегда движется одинаково – по окружности, с той же скоростью и с той же равномерностью. Если траектория падающего тела не совсем соответствует этому, она очень близка к нему. [И] согласно этим соображениям, прямолинейное движение полностью исключается, и природа никогда его не использует. Риччоли объяснил, что это предположение несостоятельно: оно не может быть применено к падению тел вблизи полюсов Земли, где круговое движение, вызванное вращением Земли, будет незначительным или отсутствовать; и даже на экваторе, где влияние вращения Земли будет сильнее, скорость падения, предсказанная идеей Галилея, окажется слишком низкой. Риччоли утверждал, что проблемы с гипотезой Галилея свидетельствуют против коперниканской системы мира, однако современные исследователи расходятся во мнениях относительно обоснованности аргументов Риччоли по этому вопросу.

Аргумент "эффекта Кориолиса"

Риччоли также утверждал, что вращение Земли должно проявляться в полете артиллерийских снарядов, поскольку на вращающейся Земле поверхность движется с разной скоростью на разных широтах. Он писал, что если снаряд выстрелить вдоль меридиана к полюсу (а не на восток или запад), то суточное вращение должно отклонить снаряд [то есть, траектория снаряда будет отклонена], при прочих равных условиях: ведь на параллелях широты, расположенных ближе к полюсам, поверхность движется медленнее, а на параллелях, расположенных ближе к экватору, – быстрее. Следовательно, если пушка, нацеленная прямо на цель к северу, выстрелит снаряд, он должен поразить цель немного восточнее (справа) из-за вращения Земли. Но если пушку выстрелить на восток, отклонения не будет, так как и пушка, и цель будут двигаться на одинаковое расстояние в одном направлении. Риччоли утверждал, что лучшие артиллеристы могли бы попасть снарядом прямо в ствол вражеской пушки; если бы этот эффект отклонения существовал при стрельбе на север, они бы его заметили. Риччоли заключал, что отсутствие этого эффекта свидетельствует о том, что Земля не вращается. Он был прав в своих рассуждениях, так как описываемый им эффект действительно существует. Сегодня он известен как эффект Кориолиса, в честь физика девятнадцатого века Гаспара Гюстава Кориолиса (1792–1843). Однако отклонение вправо происходит независимо от направления, в котором нацелена пушка (для объяснения этого требуется гораздо более глубокое понимание физики, чем было доступно во времена Риччоли). В любом случае, эффект был бы слишком мал для обнаружения артиллеристами того времени.

Аргумент размеров звезд

Риччоли также использовал телескопические наблюдения за звездами, чтобы возражать против теории Коперника. С помощью небольших телескопов того времени звезды выглядели как маленькие, но различимые диски. Эти диски были мнимыми – вызванными дифракцией световых волн, входящих в телескоп. Сегодня они известны как диски Эйри, в честь астронома девятнадцатого века Джорджа Бидделла Эйри (1801–1892). Реальные диски звезд, как правило, слишком малы, чтобы их можно было увидеть даже с помощью лучших современных телескопов. Но на протяжении большей части семнадцатого века считалось, что эти диски, видимые в телескоп, являлись настоящими телами звезд. В теории Коперника звезды должны были находиться на огромных расстояниях от Земли, чтобы объяснить отсутствие годового параллакса среди них. Риччоли и Гримальди провели многочисленные измерения звездных дисков с помощью телескопа, предоставив подробное описание своей методики, чтобы любой желающий мог ее воспроизвести. Затем Риччоли вычислил физические размеры, которые должны были иметь измеренные звезды, чтобы одновременно соответствовать как огромному расстоянию, необходимому в теории Коперника для отсутствия параллакса, так и размерам, наблюдаемым в телескоп. Результатом во всех случаях было то, что звезды были огромны – превосходя Солнце. В некоторых случаях одна звезда превышала размер всей Вселенной, оцениваемой геоцентристом Тихо Браге. Эта проблема, которую представляло собой наблюдение звезд в телескопе для теории Коперника, была отмечена еще в 1614 году Симоном Мариусом, который утверждал, что телескопические наблюдения дисков звезд подтверждали теорию Тихо. Эта проблема была признана и сторонниками Коперника, такими как Мартин ван ден Хоув (1605–1639), который также измерял диски звезд и признавал, что проблема огромных размеров звезд может заставить людей отказаться от теории Коперника.

Другие аргументы

Другие аргументы, которые Риччоли излагает в 9-й книге «Нового Альмагеста», были разнообразны. Они касались вопросов о том, могли бы здания оставаться устойчивыми или птицы летать, если бы Земля вращалась; какие движения естественны для тяжелых тел; что представляет собой наиболее простое и изящное небесное устройство; что более пригодно для движения – небеса или Земля, и что легче и экономичнее перемещать; был ли центр Вселенной более или менее достойным местом; и многих других. Многие аргументы против Коперника в «Новом Альмагесте» восходят к аргументам Тихо Браге против Коперника. Риччоли энергично выступал против коперниканской системы и даже назвал некоторые аргументы в пользу неподвижности Земли неопровержимыми. Однако он также опровергал некоторые аргументы против Коперника, соглашаясь с коперниканцами в том, что вращение Земли не обязательно должно ощущаться, и что оно не разрушит здания и не оставит птиц позади. Некоторые авторы предполагают, что Риччоли мог быть тайным сторонником Коперника, вынужденным из-за своего положения иезуита притворяться противником этой теории.

"Астрономия реформата"

Еще одной выдающейся астрономической работой Риччоли стала его «Astronomia Reformata» (Реформированная астрономия), опубликованная в 1665 году – еще один объемный труд, хотя и вдвое короче «Нового Альмагеста». Содержание этих двух работ во многом совпадает; «Реформированную астрономию» можно рассматривать как сжатую и обновленную версию «Нового Альмагеста». В «Реформированной астрономии» содержится обширный отчет об изменениях во внешнем виде Сатурна. В разделе, посвященном Юпитеру, приводится, по всей видимости, запись об одном из самых ранних (если не о самом раннем) наблюдении Большого Красного Пятна Юпитера, сделанном Леандером Бандитиусом, аббатом Дюнисбурга и владельцем исключительно хорошего телескопа, в конце 1632 года. Также в этом разделе Риччоли приводит сообщения о поясах юпитерианских облаков, появляющихся и исчезающих с течением времени. Публикация физико-математических аргументов в «Реформированной астрономии» послужила поводом для Стефано дельи Анжели (1623–1697) развязать «неожиданную, несколько неуважительную и порой легкомысленную атаку» на Риччоли и его аргументы. В 1668 году Джеймс Грегори опубликовал в Англии отчет о последовавшем общественном и личном споре, касающемся падающих тел. Это стало прелюдией к приглашению Роберта Гука (1635–1703) Исааку Ньютону (1642–1727) возобновить научную переписку с Королевским обществом и к их последующему обсуждению траектории падающих тел, «что отвлекло внимание Ньютона от "других дел" и вернуло его к изучению земной и небесной механики». В «Реформированной астрономии» была представлена адаптация к растущему объему наблюдательных данных, подтверждающих эллиптическую небесную механику Иоганна Кеплера: в гео-гелиоцентрическую теорию Тихо Браге были включены эллиптические орбиты. Риччоли принял идеи Кеплера, но оставался противником гелиоцентрической теории. Фактически, после спора с Анжели отношение Риччоли к гелиоцентризму стало еще более непримиримым.

Другая работа

Между 1644 и 1656 годами Риччоли занимался топографическими измерениями, работая с Гримальди, и определял значения окружности Земли и соотношение площади суши и воды. Однако недостатки в методологии привели к менее точным результатам для градусных дуг меридиана, чем те, что были получены Снеллиусом несколькими годами ранее. Снеллиус ошибся примерно на 4000 метров, а Риччоли – более чем на 10 000 метров. Риччоли получил значение в 373 000 педов, хотя исторически римская градусная мера всегда составляла 75 мильярий, или 375 000 педов. Ему часто приписывают одно из первых телескопических наблюдений звезды Мизар и указание на её двойственность; однако Кастелли и Галилей наблюдали её значительно раньше. По словам Альфредо Диниса, Риччоли пользовался большим авторитетом и вызывал значительную оппозицию как в Италии, так и за её пределами, не только благодаря своим энциклопедическим знаниям, но и способности понимать и обсуждать все актуальные вопросы космологии, наблюдательной астрономии и географии того времени.

Избранные произведения

Работы Риччоли написаны на латыни.

Избранные издания книг Риччоли о просодии

Книги Риччоли о просодии неоднократно перерабатывались и выходили в многочисленных изданиях. Prosodia Bonnoniensis reformata, Болонья, 1655; Падуя, 1714 (два тома объединены в один).