- Галілео Галілей про обертання Сонця навколо своєї осі Подробиці Опубліковано 19.09.2012 16:28 Переглядів:...
- телескоп Галілея
- Інші досягнення Галілео Галілея
- З біографії Галілео Галілея
- Освіта
- Наукова діяльність
- Післямова
Галілео Галілей про обертання Сонця навколо своєї осі
Подробиці Опубліковано 19.09.2012 16:28 Переглядів: 20379
«Була потрібна виняткова сила духу, щоб витягти закони природи з конкретних явищ, які завжди були у всіх перед очима, але пояснення яких проте випадало від допитливого погляду філософів», - так писав про Галілеї відомий французький математик і астроном Лагранж.
Відкриття Галілео Галілея в астрономії
У 1609 р Галілео Галілей самостійно побудував свій перший телескоп з опуклим об'єктивом і увігнутим окуляром. Спочатку його телескоп давав збільшення приблизно в 3 рази. Незабаром йому вдалося побудувати телескоп, що дає збільшення в 32 рази. Сам термін телескоп ввів в науку теж Галілей (за пропозицією Федеріко Чези). Ряд відкриттів, які зробив Галілей за допомогою телескопа, сприяли утвердженню геліоцентричної системи світу, яку Галілей активно пропагував, і спростуванню поглядів геоцентрістов Аристотеля і Птолемея.
телескоп Галілея
Телескоп Галілея в якості об'єктива мав одну збиральну лінзу, а окуляром служила рассеивающая лінза. Така оптична схема дає неперевернутое (земне) зображення. Головними недоліками галилеевского телескопа є дуже мале поле зренія.Такая система все ще використовується в театральних біноклях, і іноді в саморобних аматорських телескопах.
Перші телескопічні спостереження небесних тіл Галілей провів 7 січня 1610 року. Вони показали, що Місяць, як і Земля, має складний рельєф - покрита горами і кратерами. Відомий з давніх часів попелястий світло Місяця Галілей пояснив результатом попадання на неї сонячного світла, відбитого Землею. Все це спростовувало вчення Аристотеля про протилежності «земного» і «небесного»: Земля стала тілом принципово тієї ж природи, що і небесні світила, а це служило непрямим доказом на користь системи Коперника: якщо інші планети рухаються, то природно припустити, що рухається і земля. Галілей виявив також лібрацію Місяця (повільне її коливання) і досить точно оцінив висоту місячних гір.
Планета Венера представилася Галілею в телескопі не блискуча точкою, а світлим серпом, подібним місячним.
Найцікавіше виявилося спостереження яскравою планети Юпітер. У зорову трубу Юпітер показався астроному вже не яскравою крапкою, а досить великим колом. Біля цього кружка на небі були три зірочки, а через тиждень Галілей відкрив і четверту зірочку.
Дивлячись на малюнок, можна здивуватися, чому Галілей не відразу відкрив всі чотири супутники: адже вони так добре видно на фотографії! Але потрібно згадати, що телескоп у Галілея був дуже слабким. Виявилося, що всі чотири зірочки не тільки слідують за Юпітером в його рухів по небу, а й обертаються навколо цієї великої планети. Отже, у Юпітера було знайдено відразу чотири місяця - чотири супутники. Тим самим Галілей спростував один з доводів супротивників геліоцентризму: Земля не може обертатися навколо Сонця, оскільки навколо неї самої обертається Місяць. Адже Юпітер свідомо повинен був обертатися або навколо Землі (як в геоцентричної системі), або навколо Сонця (як в геліоцентричної). Півтора року спостерігав Галілей період обертання цих супутників, але точність оцінки була досягнута тільки в епоху Ньютона. Галілей запропонував використовувати спостереження затемнень супутників Юпітера для вирішення найважливішої проблеми визначення довготи на морі. Сам він не зміг розробити реалізацію подібного підходу, хоча працював над нею до кінця життя; першим успіху домігся Кассіні (одна тисяча шістсот вісімдесят одна), проте через труднощі спостережень на море метод Галілея застосовувався в основному сухопутними експедиціями, а після винаходу морського хронометра (середина XVIII століття) проблема була закрита.
Галілей відкрив також (незалежно від Фабрициуса і Херріот) сонячні плями (темні області на Сонце, температура яких знижена приблизно на 1500 К у порівнянні з оточуючими ділянками).
Існування плям і їх постійна мінливість спростовували тезу Аристотеля про досконалість небес (на відміну від «підмісячному світу»). За результатами їх спостережень Галілей зробив висновок, що Сонце обертається навколо своєї осі, оцінив період цього обертання і положення осі Сонця.
Галілей встановив також, що Венера змінює фази. З одного боку, це доводило, що вона світить відбитим світлом Сонця (щодо чого в астрономії попереднього періоду не було ясності). З іншого боку, порядок зміни фаз відповідав геліоцентричної системи: в теорії Птолемея Венера як «нижня» планета була завжди ближче до Землі, ніж Сонце, і «полновенеріе» було неможливо.
Галілей відзначив також дивні «придатки» у Сатурна, але відкриття кільця завадили слабкість телескопа. 50 років по тому кільце Сатурна відкрив і описав Гюйгенс, в розпорядженні якого був 92-кратний телескоп.
Галілей стверджував, що при спостереженні в телескоп планети видно як диски, видимі розміри яких в різних конфігураціях змінюються в такому співвідношенні, яке випливає з теорії Коперника. Однак діаметр зірок при спостереженнях з телескопом не збільшується. Це спростовувало оцінки видимого і реального розміру зірок, які використовувалися деякими астрономами як аргумент проти геліоцентричної системи.
Чумацький шлях, який неозброєним оком виглядає як суцільне сяйво, відкрився Галілею у вигляді окремих зірок, що підтвердило здогад Демокріта, і стало видно величезну кількість невідомих раніше зірок.
Галілей написав книгу «Діалог про дві системи світу», в якій детально обґрунтував, чому він приймає систему Коперника, а не Птолемея. Основні положення цього діалогу наступні:
- Венера і Меркурій ніколи не виявляються в протистоянні, а це означає, що вони обертаються навколо Сонця, і їх орбіта проходить між Сонцем і Землею.
- У Марса протистояння бувають. З аналізу змін яскравості при русі Марса Галілей зробив висновок, що ця планета теж обертається навколо Сонця, але в даному випадку Земля знаходиться всередині її орбіти. Аналогічні висновки він зробив для Юпітера і Сатурна.
Залишилося вибрати між двома системами світу: Сонце (з планетами) обертається навколо Землі або Земля обертається навколо Сонця. Спостерігається картина рухів планет в обох випадках одна і та ж, це гарантує принцип відносності, сформульований самим Галілеєм. Тому для вибору потрібні додаткові докази, в числі яких Галілей призводить більшу простоту і природність моделі Коперника (проте відкинув систему Кеплера з еліптичними орбітами планет).
Галілей роз'яснив, чому земна вісь не повертається при обертанні Землі навколо Сонця; для пояснення цього явища Коперник ввів спеціальне «третій рух» Землі. Галілей показав на досвіді, що вісь вільно рухається дзиги зберігає свій напрямок сама собою ( «Листи до Інголь»):
«Подібне явище очевидним чином виявляється у всякого тіла, що знаходиться в вільно підвішеному стані, як я показував багатьом; та й ви самі можете в цьому переконатися, поклавши плаваючий дерев'яна куля в посудину з водою, який ви візьмете в руки, і потім, витягнувши їх, почнете обертатися навколо самого себе; ви побачите, як ця куля буде повертатися навколо себе в сторону, зворотну вашому обертанню; він закінчить свій повний оборот в той же самий час, як ви закінчите ваш ».
Галілей зробив серйозну помилку, вважаючи, що явище припливів доводить обертання Землі навколо осі. Але він наводить й інші серйозні аргументи на користь добового обертання Землі:
- Важко погодитися з тим, що весь Всесвіт здійснює добовий оборот навколо Землі (особливо з огляду на колосальні відстані до зірок); природніше пояснити спостережувану картину обертанням однієї Землі. Синхронне участь планет в добовому обертанні порушувало б також спостерігається закономірність, згідно з якою, чим далі планета від Сонця, тим повільніше вона рухається.
- Навіть у величезного Сонця виявлено осьове обертання.
Щоб довести обертання Землі, Галілей пропонує подумки уявити, що гарматний снаряд або падаюче тіло за час падіння трохи відхиляються від вертикалі, але наведений їм розрахунок показує, що це відхилення мізерно.
Галілей також зробив правильне зауваження, що Земля обертається повинно впливати на динаміку вітрів. Всі ці ефекти були виявлені багато пізніше.
Інші досягнення Галілео Галілея
Він винайшов також:
- Гідростатичні ваги для визначення питомої ваги твердих тіл.
- Перший термометр, ще без шкали (тисяча п'ятсот дев'яносто дві).
- Пропорційний циркуль, який використовується в креслярському справі (1606).
- Мікроскоп (1612); з його допомогою Галілей вивчав комах.
Коло його інтересів був дуже широкий: Галілей займався також оптикою, акустикою, теорією кольору і магнетизму, гідростатики (наука, що вивчає рівновагу рідин), опором матеріалів, проблемами фортифікації (військова наука про штучні закритті і перешкодах). Намагався виміряти швидкості світла. Він дослідним шляхом виміряв щільність повітря і дав значення 1/400 (порівняйте: у Аристотеля - 1/10, справжнє сучасне значення 1/770).
Галілей також сформулював закон незнищенності речовини.
Познайомившись з усіма досягненнями Галілео Галілея в науці, неможливо не зацікавитися його особистістю. Тому розповімо про основні етапи його життєвого шляху.
З біографії Галілео Галілея
Народився майбутній італійський вчений (фізик, механік, астроном, філософ і математик) в 1564 році в Пізі. Як ви вже знаєте, він є автором видатних астрономічних відкриттів. Але його прихильність до геліоцентричної системи світу привела до серйозних конфліктів з католицькою церквою, що дуже ускладнювало його життя.
Народився він в дворянській сім'ї, його батько був відомим музикантом і теоретиком музики. Захоплення мистецтвом передалося й синові: Галілео займався музикою і малюванням, а також мав літературний талант.
Освіта
Початкову освіту він здобув у найближчому від будинку монастирі, учився все життя з великою охотою - в Пізанського університету вивчав медицину, одночасно захоплювався геометрією. В університеті він провчився лише близько 3 років - батько не міг більше оплачувати навчання сина, але звістка про талановитого юнака дійшла до вищих осіб, йому протегували маркіз дель Монте і тосканський герцог Фердинанд I Медічі.
Наукова діяльність
Пізніше Галілео викладав в Університеті Пізи, а потім в більш престижному Падуанському університеті, де почалися найбільш плідні роки його наукової діяльності. Тут же він активно займається астрономією - винаходить перший власний телескоп. Виявлені ним чотири супутники Юпітера він назвав іменами синів свого покровителя Медічі (зараз їх називають галілеєвих супутників). Перші відкриття з телескопом Галілей описав у творі «Зоряний вісник», ця книга стала справжнім бестселером свого часу, а жителі Європи спішно набували собі телескопи. Галілей стає найзнаменитішим ученим Європи, в його честь складаються оди, де він порівнюється з Колумбом.
У ці роки Галілей вступає в цивільний шлюб, в якому у нього народжуються син і дві дочки.
Звичайно, у таких людей, крім прихильників, ніколи не бракує недоброзичливців, не уникнув цього і Галілей. Особливо недоброзичливців обурювала його пропаганда геліоцентричної системи світи, адже докладне обґрунтування концепції нерухомість Землі та спростування гіпотез про її обертанні містилося в трактаті Аристотеля «Про небі» і в «Альмагест» Птолемея.
У 1611 р Галілей вирішив відправитися в Рим, щоб переконати Папу Павла V, що ідеї Коперника цілком сумісні з католицизмом. Його прийняли добре, він продемонстрував їм свій телескоп, даючи обережні і обачні пояснення. Кардинали створили комісію для з'ясування питання, чи не гріх дивитися на небо в трубу, але прийшли до висновку, що це дозволено. Римські астрономи відкрито обговорювали питання, чи рухається Венера навколо Землі або навколо Сонця (зміна фаз Венери ясно говорила на користь другого варіанту).
Але почалися доноси в інквізицію. А коли Галілей в 1613 р Галілей випустив книгу «Листи про сонячні плями», в якій відкрито висловився на користь системи Коперника, римська інквізиція початку перша справа проти Галілея за звинуваченням у єресі. Останньою помилкою Галілея став заклик до Риму висловити остаточне ставлення до навчання Коперника. Тоді католицька церква вирішила заборонити його вчення з поясненням, що «церква не заперечує проти трактування коперніканства як зручного математичного прийому, але прийняття його як реальності означало б визнання того, що колишнє, традиційне тлумачення біблійного тексту було помилковим».
5 березня 1616 м.Рим офіційно визначає геліоцентрізм як небезпечну єресь. Книга Коперника була заборонена.
Церковний заборону геліоцентризму, в істинності якого Галілей був переконаний, був неприйнятний для вченого. Він став міркувати, як, формально не порушуючи заборони, продовжувати захист істини. І вирішив видати книгу, яка містить нейтральне обговорення різних точок зору. Він писав цю книгу 16 років, збираючи матеріали, відточуючи аргументи і вичікуючи слушного моменту. Нарешті (1630 р) вона була закінчена, ця книга - «Діалог про дві найголовніші системи світу - птолемеевой і коперниковой», але вийшла тільки в 1632 р Книга написана у формі діалогу між трьома любителями науки: коперниканцем, нейтральним учасником і прихильником Аристотеля і Птолемея. Хоча в книзі немає авторських висновків, сила аргументів на користь системи Коперника говорить сама за себе. Але в нейтральному учаснику Папа римський впізнав себе і свої аргументи і прийшов в лють. Уже через кілька місяців книга була заборонена і вилучена з продажу, а Галілея викликали в Рим на суд Інквізиції за підозрою в єресі. Після першого допиту його взяли під арешт. Існує думка, що по відношенню до нього застосовувалися тортури, що Галілею погрожували смертю, його допитували в залі тортур, де перед очима в'язня були розкладені страшні знаряддя: шкіряні воронки, через які в шлунок людини вливали величезну кількість води, залізні чоботи (в них загвинчують ноги катованого), кліщі, якими ламали кістки ...
У всякому разі, він був поставлений перед вибором: або він покається і зречеться своїх «помилок», або його спіткає доля Джордано Бруно. Він не виніс загроз і відрікся від свого твору.
22 червня Галілей на колінах приніс покаяння в церкві при великому скупченні народу.
Але Галілей залишився в'язнем інквізиції до самої смерті. Йому суворо заборонили розмовляти з ким би то не було про рух Землі. І все-таки Галілей таємно працював над твором, де стверджував істину про Землю і небесні світила. Після винесення вироку Галілея поселили на одній з вілл Медічі, а через п'ять місяців йому було дозволено вирушити на батьківщину, і той осів у Арчетрі, поруч з монастирем, де знаходилися його дочки. Тут він провів залишок життя під домашнім арештом і під постійним наглядом інквізиції.
Через деякий час, після смерті улюбленої дочки, Галілей повністю втратив зір, але продовжував наукові дослідження, спираючись на вірних учнів, серед яких був Торрічеллі. Тільки один раз, незадовго до смерті, інквізиція дозволила сліпому і важко хворому Галілею покинути Арчетрі і оселитися у Флоренції для лікування. При цьому йому під страхом в'язниці було заборонено виходити з дому і обговорювати «прокляте думку» про рух Землі.
Галілео Галілей помер 8 січня 1642 року на 78-му році життя, в своєму ліжку. Поховали його в Арчетрі без почестей, ставити пам'ятник Папа теж не дозволив.
Пізніше єдиний онук Галілея теж постригся в ченці і спалив зберігалися у нього безцінні рукописи вченого як богопротивні. Він був останнім представником роду Галілея.
Післямова
В 1737 р прах Галілея, як він і просив, був перенесений в базиліку Санта Кроче, де 17 березня він був урочисто похований поруч з Мікеланджело.
У 1835 р книги, які захищали геліоцентрізм, були викреслені зі списку заборонених.
З 1979 по 1981 роки з ініціативи Римського Папи Івана Павла II працювала комісія з реабілітації Галілея, і 31 жовтня 1992 Папа Іоанн Павло II офіційно визнав, що інквізиція в 1633 році зробила помилку, силою змусивши вченого відректися від теорії Коперника.
