[С тех пор как это было написано, профессор Свифт выразил мнение, что его планета никак не могла быть той, которую видел рядом с Тета Рака профессор Уотсон, который, по-видимому, видел Тету в центре большого поля зрения и поэтому должен был увидеть планету Свифта, если бы этот объект был расположен так, как показано на рис. 2 или рис. 3. Следовательно, профессор Свифт считает, что обе звезды, которые он сам видел, были планетами, и что он вообще не видел Тету. Рассуждения в последних пяти абзацах вышеприведенного эссе нисколько не пострадали бы, если бы мы приняли вывод профессора Свифта о том, что во время затмения в июле прошлого года были обнаружены четыре, а не три внутримеркуриальные планеты. Однако позже профессор Питерс из Клинтона указал на причины полагать, что, хотя Уотсон просто принял за планеты две неподвижные звезды, Тету и Дзету Рака, профессор Свифт вообще не видел никаких планет. Эта интерпретация полностью, хотя и не очень удовлетворительно, объяснила бы все загадочное в двух рассказах.]
ПРИМЕЧАНИЯ:
[3] Два наблюдения Урана, сделанные Брэдли, были обнаружены покойным г-ном Брином и опубликованы в № 1463 «Astronomische Nachrichten».
[4] Пусть студент выполнит следующее построение, если у него есть какие-либо сомнения относительно вышеприведенных утверждений. Начертив орбиты Земли и Урана по моей карте, иллюстрирующей статью «Астрономия» в «Британской энциклопедии», пусть он опишет круг почти вдвое больше, чтобы представить орбиту Нептуна, как это дало бы правило Боде. Пусть он сначала предположит, что Нептун находился в соединении с Ураном в 1820 году, отметит положение Земли в любой день 1842 года и положение фиктивного Нептуна; линия, соединяющая эти точки, укажет направление на Нептун при сделанных предположениях. Пусть он затем сделает аналогичное построение, исходя из предположения, что соединение произошло в 1825 году. (Исходя из того, как возмущение Урана достигло максимума между 1820 и 1825 годами, было практически достоверно, что возмущающее тело находилось в соединении с Ураном в эти годы.) Эти два построения дадут предельные направления на Нептун, если смотреть с Земли, исходя из предположения, что его орбита имеет указанные размеры. Он обнаружит, что линии образуют угол всего в несколько градусов и что линия направления на истинный Нептун находится между ними.
[5] Задача в действительности, по крайней мере в той форме, в которой к ней подошел Лескарбо, чрезвычайно проста. Решение общей задачи приведено на стр. 181 моего трактата «Геометрия циклоид». Она, по сути, почти идентична задаче определения расстояния до планеты по наблюдениям, сделанным в течение одной ночи.
[6] Возможно, необходимо объяснить некоторым, почему западная сторона находится справа на маленьких картах, иллюстрирующих эту статью, а не слева, как обычно принято на картах. Предполагается, что мы смотрим вниз на Землю в случае земной карты и смотрим вверх с Земли в случае небесной карты, и, естественно, право и лево для первого положения становятся соответственно лево и право для последнего.
РЕЗУЛЬТАТЫ БРИТАНСКИХ ЭКСПЕДИЦИЙ ПО НАБЛЮДЕНИЮ ПРОХОЖДЕНИЯ.
Была предпринята еще одна примечательная попытка оценить расстояние, отделяющее нашу Землю от могучего центрального светила, вокруг которого она путешествует вместе со своими собратьями-планетами. Другими словами, была заново измерена сама Солнечная система; ибо измерение любой части системы является, по сути, измерением всей системы, пропорции которой, в отличие от ее фактических размеров, уже давно точно известны.
Я предлагаю кратко описать результаты, которые были получены (после примерно трех лет тщательного изучения) из наблюдений, сделанных британскими группами, отправленными на север, юг, восток и запад для наблюдения прохождения Венеры 9 декабря 1874 года; а затем рассмотреть, как эти результаты соотносятся с теми, что были получены ранее. Сначала, однако, было бы полезно напомнить читателю о неблагоприятных условиях, в которых неизбежно приходится решать задачу измерения нашего расстояния от удаленного Солнца.
Нередко приходится слышать, как об измерении расстояния до Солнца и о различных ошибках, которые астрономам приходилось исправлять в ходе своих усилий по решению этой проблемы, говорят в выражениях, которые подразумевают, что астрономия должна стыдиться трудов, которые в действительности являются одними из самых примечательных достижений этой науки. Поскольку около двадцати лет назад оценка в 95 миллионов миль, которая полвека держалась в наших книгах по астрономии как истинное расстояние до Солнца, была на время заменена оценкой около 91,5 миллиона миль, которая, в свою очередь, была вытеснена оценкой около 92 1/3 миллиона миль, говорят, что астрономия почти не имеет права называться точной наукой. Некоторые даже полагают, что астрономия совершенно сбилась с пути относительно расстояния до Солнца — которое, если оценки астрономов так варьируются в течение трех четвертей века, может, как полагают, в действительности сильно отличаться от любых значений, приписанных до сих пор. Другие предполагают, что, возможно, расстояние до Солнца может меняться, и что уменьшение на три или четыре миллиона миль в оценках, принятых астрономами, может соответствовать приближению Земли к Солнцу на эту величину, приближению, которое, если бы оно продолжалось с той же скоростью, через несколько столетий привело бы Землю на поверхность Солнца, где она, возможно, была бы поглощена в качестве топлива для обогрева внешних планет, Марса, Юпитера и остальных.
Все эти измышления, однако, ошибочны. Точность астрономии как науки не зависит от измерения расстояния или размера Солнца, так же как точность часов как хронометриста не зависит от точности, с которой стрелки часов ограничены определенными длинами. Мастерство, с которым астрономия справилась с этой конкретной задачей небесного измерения, действительно велико; и результаты, если рассматривать их с должным учетом условий задачи, превосходны: но в действительности, если бы астрономы совершенно не смогли сформировать никаких идей относительно расстояния до Солнца, если бы, насколько они знали, Солнце могло находиться менее чем в одном миллионе или более чем в миллионе миллионов миль от нас, точность астрономии как науки нисколько не пострадала бы. И, во-вторых, не нужно питать никаких сомнений относительно общего вывода из астрономических наблюдений, что расстояние до Солнца составляет от 92 до 93 миллионов миль. Все измерения, сделанные за последнюю четверть века, лежат в пределах от 90 до 95 миллионов миль, и подавляющее большинство тех, что сделаны лучшими методами и при наиболее благоприятных условиях, лежат в пределах от 91 до 94 миллионов миль. Все самые лучшие группируются вокруг расстояния 92 1/3 миллиона миль. Мы сейчас, однако, обеспокоены не вопросом точного расстояния, а вопросом о том, получила ли астрономия удовлетворительные доказательства того, что расстояние до Солнца находится в пределах расстояний, выведенных различными методами, применявшимися в последнее время. Рассматривая дело как вопрос вероятностей, как и все научные утверждения, можно с такой же уверенностью сказать, что расстояние до Солнца лежит между 85 миллионами и 100 миллионами миль, как и то, что завтра взойдет Солнце; и вероятность того, что расстояние до Солнца меньше 90 миллионов или больше 95 миллионов миль, настолько мала, что ее фактически можно считать почти равной нулю. В-третьих, возможность того, что Земля может приближаться к Солнцу на три или четыре миллиона миль в столетие, может быть полностью исключена из рассмотрения. Ибо одним из неизбежных последствий такого изменения расстояния было бы изменение продолжительности года примерно на три недели; и так далеко от того, чтобы год уменьшался на двадцать дней или около того в течение столетия, он не уменьшился даже на десять секунд за последние две тысячи лет. Если и было какое-то изменение год от года в расстоянии Земли от Солнца, то оно измеряется скорее ярдами, чем милями. Астрономы были бы вполне довольны, если бы их «вероятная ошибка» в оценке расстояния до Солнца могла быть измерена тысячами миль; так что любое возможное приближение Земли к Солнцу лишь в очень малой степени объясняло бы расхождения между различными оценками расстояния, даже если бы эти оценки всегда уменьшались с течением времени, что, безусловно, не так.
Но на самом деле, если мы рассмотрим характер задачи, взятой на себя астрономами в этом случае, мы слишком легко поймем, что их измерения должны несколько сильно отличаться друг от друга. Давайте представим себе на мгновение центральное Солнце, Землю и путь Земли не такими, как они есть на самом деле, ибо разум отказывается представить размеры даже Земли, которая является лишь атомом по сравнению с Солнцем, чьи собственные пропорции, в свою очередь, могучие, хотя они и есть, меркнут до полного ничтожества по сравнению с огромным масштабом орбиты, по которой Земля движется вокруг него. Давайте уменьшим масштаб всей системы до одной 500-миллионной части ее реальной величины: даже тогда у нас есть довольно большая орбита, чтобы ее вообразить. Мы должны представить себе огненный шар диаметром 3 ярда, представляющий Солнце, и Землю как однодюймовый шарик, кружащийся вокруг этого шара на расстоянии около 325 ярдов, или около 350 шагов. Диаметр орбиты Земли в этом масштабе, следовательно, был бы несколько больше трети мили. Если мы представим себе однодюймовый шарик, движущийся вокруг огненного шара один раз в год, вращаясь при этом вокруг своей оси один раз в день, мы столкнемся с трудностью, возникающей из-за медленности результирующих движений. Мы столкнулись бы с трудностью, возникающей из-за быстроты реальных движений, если бы рассматривали их вместо этого. Единственный ресурс — уменьшить наш масштаб времени так же, как мы уменьшили наш масштаб пространства: но не в той же степени; ибо если бы мы это сделали, у нас был бы однодюймовый шарик, кружащийся вокруг своей орбиты диаметром в треть мили шестнадцать раз в секунду и вращающийся вокруг своей оси пять тысяч раз в секунду. Скажем, вместо этого, для удобства, что мы предполагаем дни уменьшенными до секунд. Тогда нам нужно представить однодюймовый шар, кружащийся один раз чуть более чем за шесть минут вокруг шара огня диаметром 3 ярда, в одной шестой мили от него, и вращающийся вокруг своей оси один раз в секунду. Мы должны далее представить однодюймовый шар как населенный какими-то 1500 миллионами существ, слишком малых, чтобы их можно было увидеть в самый мощный микроскоп — на самом деле настолько малых, что самые высокие были бы в высоту лишь около семимиллионной доли дюйма — и мы должны представить, что несколько из этих существ берутся за задачу определения из своего крошечного дома, быстро вращающегося, пока он несется по своей орбите вокруг большого шара огня, в 325 ярдах от них, — количества ярдов, действительно разделяющих этот шар и их дом. Если мы правильно представим эти условия, которые справедливо отражают те, при которых астроном должен определять расстояние Солнца от Земли, мы поймем, что удивительно скорее то, что вообще можно получить хоть какое-то представление о расстоянии до Солнца, чем то, что полученные оценки должны отличаться друг от друга, и что лучшие из них должны ошибаться в измеримой степени от истинного расстояния.
Сколь-нибудь полное объяснение того, как прохождения Венеры по диску Солнца используются в решении задачи определения расстояния до Солнца, было бы неуместным на этих страницах. Но, возможно, следующая иллюстрация может послужить достаточно, но просто, чтобы указать на качества двух ведущих методов использования прохождения. Представьте себе птицу, летящую по кругу вокруг удаленного шара таким образом, что, если смотреть из определенного окна (кругового окна, предположим), птица будет казаться пересекающей лицо шара один раз за каждый круг. Предположим, что, хотя расстояние до шара неизвестно, известно, что окно находится ровно в полтора раза дальше от шара, чем путь птицы, и что окно имеет ровно ярд в диаметре. Теперь, во-первых, предположим, что два наблюдателя следят за птицей, один (А) с крайней правой стороны, а другой (В) с крайней левой стороны окна, птица летит поперек справа налево. А видит, как птица начинает пересекать лицо шара раньше, чем В — скажем, они обнаруживают, что А видит это ровно на одну секунду раньше, чем В. Но поскольку глаз А и В находятся на расстоянии 3 футов друг от друга, а птица в две трети раза дальше от шара, чем окно, линия, пройденная птицей за этот интервал, конечно, составляет всего 2 фута в длину. Птица тогда пролетает 2 фута в секунду (это довольно медленно для птицы, но принцип объяснения от этого не страдает). Скажем, далее наблюдается, что он завершает круг ровно за десять минут или шестьсот секунд. Таким образом, вся длина круга составляет 1200 футов — откуда, согласно известному соотношению между окружностью и диаметром круга, следует, что диаметр пути птицы составляет около 382 футов, а его расстояние от центра шара — 191 фут. Так что расстояние шара от окна, известное как в полтора раза большее, составляет около 286,5 футов.
Если мы будем рассматривать шар как представляющий Солнце; окно известного размера как представляющее нашу Землю известных размеров; птицу, путешествующую по кругу в известный период и на расстоянии, чья пропорция к расстоянию окна известна, как представляющую Венеру, путешествующую в известный период вокруг Солнца и на расстоянии, имеющем известную пропорцию к земному; этот способ определения расстояния до удаленного шара иллюстрирует то, что называется методом Делиля определения расстояния до Солнца. Он требует, чтобы два наблюдателя, А и В, каждый сделал точную запись момента, когда птица, казалось, начала пересекать диск удаленного шара; и точно так же метод Делиля требует, чтобы два наблюдателя, широко разнесенные на Земле в направлении, почти параллельном тому, в котором движется Венера, сделали самую точную запись момента, когда Венера начинает пересекать лицо Солнца. Также, поскольку все, что я сказал о начале пересечения птицей лица удаленного шара, было бы одинаково применимо, если бы было сказано о конце ее кажущегося прохождения по этому диску, так и два наблюдателя, широко разнесенные на Земле, могут определить расстояние до Солнца, отметив конец ее прохождения вместо начала, если они подходящим образом расположены для этой цели. Окно нашей иллюстрации остается неизменным во время воображаемого полета птицы, но поскольку лицо Земли, обращенное к Солнцу (которое соответствует этому окну), все время меняется с вращением Земли, для наблюдения конца прохождения пришлось бы выбирать другую пару станций, чем те, что подошли бы для наблюдения начала.
Столько о методе, называемом методом Делиля. Другой в принципе столь же прост. В только что описанном воображаемом эксперименте мы предполагали двух наблюдателей у правой и левой сторон круглого окна. Представьте теперь, что они наблюдают за птицей с верха и низа окна, на расстоянии 3 футов друг от друга. Предположим, они отмечают, что два пути, вдоль которых, если смотреть из этих двух точек, птица кажется пересекающей лицо удаленного шара, лежат на расстоянии друг от друга, равном одной трети видимого диаметра шара. Теперь, поскольку птица находится в два раза дальше от шара, чем от окна, два пути на шаре обязательно лежат в два раза дальше друг от друга, чем две точки, из которых они видны — или они лежат на расстоянии 6 футов друг от друга. Диаметр шара, следовательно, составляет 18 футов. Зная таким образом, насколько он велик, и зная также, насколько большим он выглядит, наблюдатели знают, как далеко от них он находится. Так, в методе Галлея определения расстояния до Солнца путем наблюдения Венеры при прохождении, астрономы располагаются далеко на севере и далеко на юге на освещенной солнцем половине Земли, соответствующей окну воображаемого эксперимента. Венера соответствует птице. Наблюдатели отмечают, вдоль какого пути она движется по лицу Солнца. (То, что они частично определяют это, отмечая, сколько времени она находится в прохождении, ни в коем смысле не влияет на принцип метода.) Они таким образом узнают, что такая-то часть диаметра Солнца равна расстоянию, разделяющему их — возможно, около шести или семи тысяч миль — откуда известен диаметр Солнца. И поскольку мы знаем, насколько большим он выглядит, определяется его расстояние от Земли.
Особенность, отличающая этот метод от предыдущего, заключается в том, что у наблюдателей должна быть станция, откуда можно увидеть все прохождение; ибо практически место пути Венеры может быть установлено удовлетворительно только путем хронометрирования ее прохождения по диску Солнца, так что начало и конец должны быть наблюдаемы и очень тщательно хронометрированы. Это в некоторой степени недостаток; ибо во время прохождения, длящегося несколько часов, Земля значительно поворачивается вокруг своей оси, и лицо, обращенное к Солнцу в начале, таким образом, сильно отличается от лица, обращенного к Солнцу в конце прохождения. Часто бывает чрезвычайно трудно найти подходящие северные и южные станции, принадлежащие обеим этим сторонам Земли. С другой стороны, другой метод имеет свой особый недостаток. Чтобы эффективно применить его, наблюдатель должен знать точное время по Гринвичу (или любое другое выбранное стандартное время) на своей станции — или, другими словами, он должен точно знать, как далеко на восток или запад его станция находится от Гринвича (или какой-либо другой стандартной обсерватории). Ибо все наблюдения, сделанные этим методом, должны сравниваться друг с другом по какому-то абсолютному стандарту времени. В методе Галлея требуется только продолжительность прохождения, и это может быть определено так же легко часами, показывающими местное время (или, действительно, часами, заведенными за несколько минут до начала прохождения и показывающими совсем неверное время, лишь бы они шли с правильной скоростью), как и часами, показывающими время по Гринвичу, Парижу или Вашингтону. Часы не должны спешить или отставать в интервале. Но часы, которые заметно спешили бы или отставали за четыре или пять часов, были бы бесполезны для астронома; и любым часам, используемым для научных наблюдений, можно было бы безопасно доверять в течение интервала такой длины; тогда как часы, которым можно было бы доверять в сохранении истинного времени в течение нескольких дней, не так легко получить.