Рис. 11. Армиллярная сфера
В ноябре 1577 года Браге вновь повезло стать свидетелем редкого астрономического явления: в небе над Европой пролетает комета. О существовании комет было известно еще со времен глубокой древности, однако Аристотель полагал, что кометы движутся ниже Луны и таким образом не нарушают бесконечности небосвода. Браге снова использует принцип параллакса, чтобы измерить расстояние, на котором находилась комета, и приходит к выводу, что она располагается дальше, чем Луна, в пределах незыблемых небес. Более того, астрономические измерения показали, что комета в своем движении беспрепятственно проходит через сферу, на которой находится Венера. После того как сверхновая звезда пошатнула уверенность Браге в незыблемости небес, наблюдения за кометой вдребезги разбили хрупкое стекло устаревших представлений о сферах.
На протяжении 1570-х годов Браге работает над созданием собственной космологической системы, которая, по сути дела, стала компромиссом, объединяющим взгляды Птолемея и Коперника. Признавая, что гелиоцентрическая система «очень тонко устраняет те места, которые являются излишними и несоответственными системе Птолемея, и делает это, не нарушая математических принципов»[225], Браге не может согласиться с тем, что Земля движется. Наряду с известным утверждением, что «тело Земли велико, медлительно и непригодно для движения», он также приводит в качестве аргумента отсутствие параллакса Солнца, который указывал бы на то, что вокруг Солнца происходит движение. Исходя из этого, Браге предлагает гео-гелиоцентрическую систему, в которой Земля неподвижна, вокруг нее вращаются Солнце, Луна и высшая небесная сфера (на которой находятся неподвижные звезды), а остальные пять планет совершают вращение вокруг Солнца (рис. 12).
Рис. 12. Гео-гелиоцентрическая система Тихо Браге
Тихонианская система описана в сочинении «О недавних явлениях в небесном мире» (De Mundi aetherei recentioribus phaenomenis), напечатанном в Ураниборге в 1588 году. С этого времени она стала конкурировать с системами Птолемея и Коперника.
Когда в 1589 году в Тюбинген приехал Иоганн Кеплер, астрономы вот уже два десятилетия бились над неразрешимой проблемой: как включить новую звезду и надлунную комету Тихо Браге в системы Птолемея и Коперника. Появление новой космологии Браге только усугубило существующую проблему. Какую модель следует использовать для вычислений? Этот вопрос касался не только теории, но и практики, поскольку астрономы обычно устанавливали даты важных событий, например Пасхи, в христианском календаре. Еще больше озадачивал вопрос, какая из систем представляет правильную физическую модель Вселенной. Михаэль Местлин, наставник Кеплера в Тюбингене, был убежден в том, что каждая из них – не более чем математический метод, действие которого не распространяется на область непознаваемого – божественный небосвод. Кеплер был не согласен.
Как и Коперник, Кеплер видел в гелиоцентричности нечто большее, чем математическую модель: она указывала на то, что Земля движется. Уже в 1593 году на университетском диспуте в Тюбингене он выступает в защиту физического обоснования модели Коперника и выдвигает гипотезу о том, что именно Солнце является причиной движения всех планет, в том числе и Земли. Возможно, из-за этих потенциально опасных для будущего священника взглядов Кеплеру было рекомендовано отказаться от церковного поприща. Вместо этого ему предложили должность преподавателя математики в школе города Грац, находившегося далеко на востоке (ныне в Австрии).
Здесь, в Граце ему впервые на ум приходит идея, которая будет преследовать его до конца жизни. Однажды во время занятия, когда он делал чертеж на доске, ему пришла мысль о том, что Вселенную можно представить в виде модели из концентрически расположенных платоновых тел (правильных выпуклых многогранников), в центре которой находится Солнце, а не Земля.
В этом, безусловно, угадывалось влияние неоплатонизма с его склонностью к мистике и стремлением расшифровать тайные послания небес. Платоновы тела названы в честь Платона, поскольку считается, что они были открыты последователями пифагорейской школы и представляют собой пять правильных многогранников с одинаковыми гранями, которые могут быть вписаны в шар. Простейшими из них являются куб и тетраэдр, а далее по количеству граней следуют октаэдр, додекаэдр и икосаэдр (8, 12 и 20 граней соответственно). Внутри каждого многогранника можно вписать шар (внутреннюю сферу), в свою очередь каждый многогранник вписывается в шар (внешнюю сферу). Кеплер понял, что если вложить сферы одна в другую, то внешняя сфера каждого платонова тела будет в то же время внутренней сферой следующего (рис. 13). Таким образом, шесть концентрических сфер могли вместить все пять платоновых тел. Число шесть заинтриговало Кеплера, поскольку оно соответствовало количеству известных на то время планет (включая Землю). Осенившая Кеплера идея заключалась в том, что, возможно, шесть планетарных сфер описаны около пяти платоновых тел.
Рис. 13. Модель Солнечной системы Кеплера из платоновых тел. Вверху – схематическое изображение модели Кеплера, в которой платоновы тела вписаны в орбиты планет. Внизу – иллюстрация из книги Кеплера «Тайна мироздания» 1596 года, на которой модель представлена в виде серебряного кубка по замыслу Кеплера
Экспериментируя с моделями из бумаги, Кеплер обнаружил, что способов расположить многогранники таким образом, чтобы они вкладывались друг в друга, не так-то много. Более того, если расположить планетарные сферы в следующем порядке: Меркурий – октаэдр – Венера – икосаэдр – Земля – додекаэдр – Марс – тетраэдр – Юпитер – куб – Сатурн, тогда соотношение между размерами сфер будет составлять около 10 % от соотношения между расчетными размерами планетарных орбит в системе Коперника.
Это поразительное совпадение стало моментом озарения для склонного к мистике молодого астронома. Кеплер был убежден в том, что ему открылась тайна, ранее известная только Богу и хитроумным пифагорейцам. Он изложил свои идеи в книге «Тайна мироздания» (Mysterium Cosmographicum), напечатанной в 1596 году, которая начиналась с восторженного заявления автора о том, что благодаря его вере в мудрость древних ему открылась система Коперника. Далее он формулирует главную мысль: расположение планет – это геометрия, созданная Богом по законам небесной гармонии, благодаря которой планеты исполняют музыку, которую пифагорейцы называли музыкой небесных сфер.
Кеплер не без гордости рассылает экземпляры своей книги ведущим ученым того времени, в том числе Тихо Браге и «математику по имени Галилео Галилей (именно так он предпочитал называться), который на протяжении многих лет тоже является приверженцем еретических идей Коперника»[226]. Примечательно, что автор не боится говорить о «еретических идеях» шутливым тоном – это ли не свидетельство того, как много ученых к тому времени уже прониклись убеждением Оккама о том, что наука и богословие должны существовать раздельно, пусть богословы и продолжали учить обратному.
Публикация «Тайны мироздания» не только сделала имя Кеплера известным в астрономических кругах Европы, но и принесла ему средства для женитьбы, и в 1597 году в возрасте 26 лет он женится на Барбаре Мюллер, двадцатитрехлетней вдове и дочери преуспевающего владельца мельницы. Однако приняли книгу не слишком радушно. Критики отмечали, что вычисления по модели Кеплера лишь на 90 % совпадают с результатами астрономических наблюдений. Ученый вполне справедливо аргументировал это расхождение ошибками в наблюдениях. Тем не менее он осознавал, что переубедить скептиков можно только с помощью более точных результатов. Он обращается за помощью к единственному человеку, который мог их предоставить. Кеплер отправляет экземпляр «Тайны мироздания» самому знаменитому астроному Европы. Позже в письме другу и коллеге Михаэлю Местлину он напишет: «Пусть все хранят тишину и прислушиваются к Тихо, который посвятил 35 лет жизни своей обсерватории… Я жду только Тихо. Он растолкует мне порядок и размещение орбит. Тогда надеюсь, если бог продлит мне жизнь, что однажды я сооружу чудесное здание»[227][228].
Обсерватория Браге в Ураниборге к тому времени уже обрела международную известность. Запись в дневнике Браге от 30 марта 1590 года гласит: «Король Шотландии [Яков VI Шотландский и будущий король Англии Яков I] прибыл в обсерваторию в восемь часов утра и покинул ее в три часа дня». Однако содержание обсерватории обходилось дорого, и финансовая поддержка влиятельных лиц требовалась постоянно. В 1588 году умирает датский король Фредерик, а молодой король Кристиан не столь благосклонно относится к астрономии. В январе 1597 года Тихо получает письмо, в котором его извещают о том, что королевская казна прекращает финансирование его обсерватории и приостанавливает выплату ежегодного содержания ему самому. Тихо Браге собирает свои инструменты и приборы и уезжает в Копенгаген. Обсерватория Ураниборг приходит в запустение и постепенно разрушается.
После нескольких лет скитаний по королевским дворам Европы Браге получает должность математика при дворе императора Священной Римской империи Рудольфа II. В 1599 году в возрасте 52 лет он обосновывается в замке Бенатки в Богемии, в 30 милях от Праги, и обустраивает там обсерваторию. В 1598 году он получает письмо от Иоганна Кеплера и экземпляр его книги «Тайна мироздания».
Хотя датчанин по-прежнему ведет астрономические наблюдения, теперь его все больше занимает его гео-гелиоцентрическая модель, для доказательства которой ему не хватает математической компетентности. Книга Кеплера с блестящими математическими обоснованиями, несмотря на весь мистицизм, производит на Браге сильное впечатление, и он пишет ответ, в котором предлагает ученому работу.