Классическая астрономия и космогония

Астрономия и космогония в Новое время развивались очень динамично. Больших успехов добилась астрономия, которая в XVIII в. перешла от изучения Солнечной системы к наблюдению за звездами и туманностями – новыми типами космических объектов, открытыми выдающимся астрономом В. Гершелем. Позднее, только в XX в. выяснилось, что эти туманности – не что иное, как далекие галактики, подобные нашей. А тогда Гершель открыл свыше 2,5 тыс. новых туманностей, выявил закономерности в их структуре и тенденцию их объединения в скопления. Также он впервые попытался измерить размеры нашей Галактики и оценить размеры и расстояния до других туманностей. Кроме того, он установил существование двойных и кратных звезд, уточнил оценки блеска у 3 тысяч звезд, выяснил, что некоторые из них – переменные звезды.

В конце XVIII в. родилась научная космогония, не нуждавшаяся более в идее Бога для объяснения развития Вселенной. Первая космогоническая теория была создана великим немецким философом и ученым Иммануилом Кантом. Для того чтобы объяснить движение планет по их орбитам вокруг Солнца, Кант не стал прибегать к идее «первотолчка», а рассмотрел Солнечную систему в ее историческом развитии. Богу он оставил только создание материи в виде первоначального хаоса с присущими ей закономерностями. Далее, как считал Кант, мир обошелся своими силами, создав из разреженной материи, равномерно распределенной в пространстве, современную Вселенную.

Для этого были использованы силы притяжения (тяготения), отталкивания (по аналогии с газами) и химического соединения (различие частиц по плотности). В результате действия этих трех сил появились начальные неоднородности в распределении материи. Более плотные сгущения стали центрами притяжения более легких элементов. Но поскольку действовали и силы отталкивания, материя не собралась в одном месте, а образовала несколько сгущений.

Крупные сгущения нагревались от столкновения с частицами и постепенно превратились в Солнце и звезды. Не упавшие на Солнце частицы вращались вокруг него, образуя пояс, кольцо частиц. Затем в этом кольце в силу его неоднородности возникли новые центры тяготения. Концентрировавшееся в них вещество образовало планеты. Затем по тому же принципу образовались и спутники планет.

Модель Канта описывала образование не только одной Солнечной системы, но и Вселенной в целом. Он считал, что в ней постоянно возникают новые космические системы на все более далеких расстояниях от предполагаемого центра Вселенной, который он находил в районе Сириуса.

Разумеется, модель развития Вселенной Канта имела серьезные недостатки. Часть из них попытался исключить П. Лаплас, который подвел строгое математическое обоснование под космогоническую модель Канта. Но некоторые противоречия оказались неустранимыми. Например, не удалось объяснить распределение количества движения в Солнечной системе, которое в основном приходится на планеты, а не на Солнце, хотя масса Солнца во много раз больше массы всех планет в системе.

Тем не менее, космогоническая гипотеза Канта – Лапласа разрушила основы метафизического мировоззрения и классической науки, впервые убедительно показав, что природные системы развиваются и меняются со временем, что понять настоящее можно, лишь изучив историю этих систем. Таким образом, наука подошла к осознанию того, что нынешнее состояние Вселенной есть результат ее эволюции.

XIX век принес новые открытия как в астрономии, так и в космологии. В 1846 г. была открыта восьмая планета Солнечной системы – Нептун. Открытие принадлежало двум математикам-астрономам Д. Адамсу и У. Леверье, которые произвели математические расчеты, показавшие, что отклонения Урана от вычисленной орбиты происходят под действием массивного тела – еще одной планеты. Эти вычисления были переданы астроному Г. Галле, который и обнаружил в рассчитанном месте новую планету. Таким образом, границы Солнечной системы отодвинулись до 4,5 млрд км.

Во второй половине XIX в. возникла новая наука – астрофизика. Она должна была решить важнейшую астрономическую проблему – открыть строение звезд, определить основные этапы их эволюции, а также найти источник энергии, позволяющий звездам светить. Новая наука стала одним из первых примеров интеграции научного знания, возникнув на стыке астрономии, статистической механики и оптики. Она использовала новые открытия и технические изобретения, в частности спектральный анализ и фотографию. С их помощью удалось узнать химический состав солнечной атмосферы и звезд.

В результате астрофизических исследований в науке утвердилось представление о звездах, как об огромных газовых шарах, очень плотных и горячих в середине и разреженных на поверхности. Тогда же ученые попытались объяснить, почему звезды светят. Так, Р. Майер в 1848 г. предложил гипотезу о разогреве Солнца за счет падения на него метеоритов. Позже Кельвин и Гельмгольц выдвинули идею о гравитационном сжатии звезд как причине их горения. Но ни та, ни другая гипотезы не выдерживали критики. По этим гипотезам получалось, что время жизни звезды не может превышать нескольких десятков миллионов лет, в то время как возраст Земли к этому времени уже оценивался в несколько миллиардов лет. Таким образом, вопрос о причине свечения звезд оставался открытым.