Ни один из астрономических инструментов не производил столь резкого и радикального воздействия на ход развития астрономии, как телескоп. Предложенная Кеплером конструкция в итоге заняла центральное место в астрономической практике следующего столетия, но она не была первой и появилась не сразу. Нет никаких сомнений, что идея телескопа возникла задолго до его создания. Так называемые обычные линзы были известны с очень давних времен, и не только в виде капель воды или льда, но и в виде побочных эффектов, случайно возникающих в процессе полировки прозрачных драгоценных камней, горного хрусталя, а со временем и стекла. Не нужно быть гением, чтобы заметить: в определенных обстоятельствах линзы могут увеличивать, уменьшать или переворачивать изображение. К концу XIII в. собирающие (выпуклые) линзы использовались для изготовления очков для чтения (reading spectacles) (в начале того же столетия латинское слово spectaculum употреблялось для обозначения одиночной линзы). В средневековой литературе сохранилось огромное количество восторженных упоминаний о возможности ясно различать далекие объекты, как будто бы они находились вблизи наблюдателя. К XVII в. сложилась хорошо налаженная торговля очковыми линзами, и в некотором смысле вызывает удивление тот факт, что открытие способа комбинирования из них телескопа (а позже и микроскопа) заняло так много времени. Несомненно, это было как-то связано с относительным дефицитом слабых собирающих линз (линз с большим фокусным расстоянием) и сильных рассеивающих линз.

Еще более удивительно то, что первыми телескопами, получившими высокую оценку, были «галилеевские» телескопы, то есть те, в которых использовались рассеивающая окулярная и собирающая объективная линзы, как в современных театральных биноклях или недорогих телескопах. Преимущество этой комбинации заключается в том, что она дает прямое изображение, в отличие от «кеплеровского» телескопа, у которого и объективная, и окулярная линзы являются собирающими; но увеличенное изображение не перестает быть от этого менее увеличенным, и астрономам не составляет труда работать с перевернутым образом небес.

За приоритет на это изобретение боролись многие ученые XVI в., такие как Джон Ди, Леонард и Томас Диггесы и Джамбаттиста делла Порта, но они делали это без приведения каких-либо научных обоснований, опираясь только на чрезвычайно общие и туманные тексты. Немалую путаницу внесло существование средневековых иллюстраций, изображавших философов, которые рассматривали небо через трубы. Сам Аристотель упоминал о способности трубы усиливать зрение (она может повысить контрастность за счет устранения постороннего света), но все эти трубы не содержали линзы. В XVI в. стало уделяться большее внимание теории «перспективы» (науке о естественном зрении, преломлении и отражении) и «перспективные стекла» были рекомендованы для использования как астрономам, так и военным. Например, Кеплер наблюдал комету 1607 г. (так уж случилось, это оказалась комета Галлея) per perspicilla – вероятно, с помощью очков, но совершенно точно не в телескоп. В то время проводилось много опытов с линзами, и опубликованные о них отчеты, как можно предположить, не всегда правильно истолковывались другими, поэтому истинный изобретатель мог ошибочно полагать, что он просто воспроизвел чужую работу.

Как бы то ни было, первое недвусмысленное свидетельство об изготовлении успешно работающего телескопа появляется в форме письма, датированного 25 сентября 1608 г. Это письмо направил делегации в Генеральных штатах в Гааге Комитет советников провинции Зеландии в Нидерландах. В письме говорилось, что его предъявитель «уверяет, что является обладателем некоего приспособления, с помощью которого можно видеть все вещи, находящиеся на очень большом расстоянии, так, как будто они находятся вблизи, смотря на них через стекла, и это, как он сам утверждает, является новым изобретением».

Затем события развивались стремительно. Через неделю Ханс Липперсгей, уроженец Весела, работавший очковым мастером в Мидделбурге (Зеландия), подал заявку на патентирование своего изобретения. Сначала Генеральные штаты вступили в переговоры с Липперсгейем, и хотя он не получил патент, ему было предписано представить большой комиссии несколько бинокулярных телескопов. Ему отказали в патенте, последовав совету нескольких анонимных членов комиссии, которые нашли, что этот инструмент очень просто изготовить. Действительно, как известно, минимум два других человека сконструировали такой же инструмент в течение трех недель после получения указанного письма – Захария Янсен из Мидделбурга и Якоб Адриансзон из Алкмара в провинции Голландия. Есть еще и четвертая вероятная отсылка, относящаяся к тому же периоду, но сегодня достоверное развитие этой истории искажено тем фактом, что один из ее авторов – Симон Майр, уже вступавший ранее в жестокие споры с Галилеем, возобновил их, начав оспаривать вопросы научного приоритета, касавшиеся использования телескопа.

Симон Майр (также известный как Марий) был знающим немецким астрономом, который в сочинении от 1614 г. «Mundus Jovialis» рассказывает, будто в 1608 г. на Франкфуртской книжной ярмарке его патрону предложили один из голландских инструментов, но он не пожелал платить запрашиваемую за него цену, в том числе потому, что одна из его линз оказалась с трещиной.

Давно находившиеся на территории Бельгии и Люксембурга испанские оккупационные силы располагались в это время в Гааге, где пытались найти пути мирного урегулирования конфликта; там же находились другие иностранные делегации с большим количеством представителей, что в значительной мере способствовало чрезвычайно быстрому распространению известий о телескопе по всей Европе. Испанский главнокомандующий Амброджо Спинола был не на шутку встревожен, когда в конце сентября ему показали этот инструмент, но, как утверждают, принц Фредерик Генрих Оранский дружески заверил его, что хотя теперь испанские войска можно будет заметить издалека, голландцы не воспользуются этим преимуществом. Липперсгей отказался изготавливать телескопы для французов, но секрет вскоре раскрыли, и инструмент появился в продаже в Париже в апреле 1609 г., в Милане – в мае, а в Венеции и Неаполе – в июле того же года. Галилей, узнавший о телескопе из сообщения в середине июля 1609 г., изготовил его самостоятельно, существенным образом повысив его эффективность. Его важность для таких морских держав, как Венеция, была чрезвычайно высока, и внесенные им усовершенствования обеспечили ему пожизненную должность профессора математики в Падуе и неслыханно высокое жалованье.

Сначала эти простейшие телескопы имели двух– или трехкратное увеличение, но путем усовершенствования техники шлифовки и полировки Галилей сумел изготовить объективы с еще бо́льшим фокусным расстоянием и к 1610 г. получил телескопы с двадцати– и тридцатикратным увеличением. Он привнес в него множество других технических усовершенствований, но что он оценил в первую очередь, так это громадный научный потенциал своего нового инструмента. Теперь ему оставался всего шаг, чтобы разглядеть гористый характер поверхности Луны, хотя было бы ошибкой полагать, будто это сразу бросилось в глаза каждому обладателю телескопа. (Сэр Уильям Лоуэр писал Томасу Хэрриоту в середине лета 1610 г. о том, что видел «повсюду странные крапинки, но так и не решился предположить, что хотя бы малая их часть является тенями», пока (предположительно) не прочел книгу Галилея.) Вскоре после этого Галилей открыл четыре спутника Юпитера и звездную структуру некоторых участков Млечного Пути, неразличимую невооруженным глазом (см. ил. 145, 146 и 147). Неожиданно для себя астрономия стала развиваться в совершенно новом направлении.

Галилей не был первым, кто направил телескоп на небо. В отчете о визите посольства короля Сиама к принцу Морицу в Гааге (источник истории Спинолы) также отмечается, что новое изобретение обнаружило звезды там, где их не видно невооруженным глазом. Этот отчет относится к 10 сентября 1608 г. В Англии Томас Хэрриот нарисовал детали увиденного им на Луне с помощью телескопа, не позднее 5 августа 1609 г. (по григорианскому календарю), то есть до того как Галилей всерьез приступил к своим исследованиям (ил. 148). Однако если что и отличало Галилея, так это потрясающая энергия, с которой он взялся за это предприятие, а также его внимание к далеко идущим космологическим последствиям увиденного с помощью телескопа. Он сильно торопился с изданием своих первых телескопических открытий: его «Siderius nuncius» («Звездный вестник») вышел из-под типографского станка в марте 1610 г. Вызванное им восхищение привело к появлению менее чем через год второго издания во Франкфурте. В этой книге давалось представление об астрономии нового типа – той астрономии, которая могла быть с легкостью усвоена неподготовленным читателем, и в то же время не могла не привлечь внимания профессионалов. Сразу же после этого Кеплер опубликовал две небольшие книжки, посвященные новым открытиям; первую из них он написал еще до того, как сам пронаблюдал все эти вещи.

Мы не знаем, насколько хорошо Галилей был осведомлен о подобной деятельности в других частях Европы, но в Англии Томас Хэрриот тоже направлял телескоп на небо и, как мы увидим далее, опередил Галилея не только в изготовлении изображений Луны. Хэрриот не публиковал свои находки, однако нельзя сказать, что о них никто не знал, поскольку он обладал неплохими связями как среди интеллектуалов, так и среди знатных лиц. В свои юные годы он служил наставником сэра Уолтера Рэли и участвовал во второй экспедиции Рэли в Вирджинию в 1585 г., однако в рассматриваемый период он находился в числе приближенных опального Генри Перси, девятого графа Нортумберленда. Граф в течение многих лет оставался политическим узником Лондонского Тауэра, но Хэрриот посещал его, получал от него полный пенсион и обладал разрешением на посещение его лондонских домов. Он был близок к высшим политическим сферам и принимал активное участие в международной политике. Он стал регулярно наблюдать спутники Юпитера сразу же после того, как узнал о них из наблюдений Галилея. Аналогичным образом поступил Никола-Клод Фабри де Пейреск во Франции. Пейреск, имевший итальянское происхождение и встречавшийся с Галилеем на рубеже XVI–XVII вв., наблюдал эти спутники вместе с астрономом Жозефом Готье, и стоит отметить, что их патрон Гийом дю Вэр приобрел телескоп еще до того, как прочел «Siderius nuncius» в 1610 г. Вероятно, этот инструмент отличался отменным качеством, поскольку Пейреск открыл с его помощью туманность в Мече Ориона. Другие тоже хотели бы увидеть все это своими глазами, но в то время не так-то просто было достать телескоп хорошего качества, и некоторым лучшим астрономам, как, например, Кристофу Клавию, пришлось ожидать месяцами, чтобы самостоятельно ознакомиться с этим опытом.

Первые зарисовки Луны Хэрриота (датируемые 1609 г.) оказались весьма примитивны (ил. 148). Он сделал их с помощью шестикратного телескопа. Вскоре он отказался от них и сделал другие, использовав десяти– и двадцатикратное увеличение. Лунные рисунки, сделанные с помощью этих инструментов, были неправильно интерпретированы: они не содержали ничего, что могло составить хоть какую-нибудь ценность для Siderius nuncius Галилея. Как сами рисунки, так и наброски, на основе которых они делались, обладали внешней привлекательностью, но отличались неточностью. В противоположность им, Галилей обращал особое внимание на изменения теней, отбрасываемых деталями лунной поверхности; позже он пытался рассчитать высоту лунных гор, используя разные световые эффекты. Рисунки Хэрриота совсем другие. Большинство из них представляло собой отдельные наброски, сделанные через равные промежутки времени, и не предназначалось для фиксации всего того, что можно увидеть на лунной поверхности в день, когда она зарисовывалась. Они содержат изображение деталей, различимых в непосредственной близости от терминатора – подвижной границы между светом и тенью. Ориентируясь по дням лунного месяца, Хэрриот мог заранее провести линию терминатора на пустом лунном диске, а затем прорисовать детали прилежащих к нему областей. Таким образом, по прошествии месяца он сумел составить полную картину видимого полушария и, наконец, нарисовать две полные лунные карты. Одна из них, снабженная 72 буквами и цифрами, изображена на ил. 149.

Среди лучших работ Хэрриота – систематическое изучение солнечных пятен, которые он впервые наблюдал с помощью телескопа в декабре 1610 г. В анналах Древнего Китая и ранней средневековой Европы уже содержались упоминания о пятнах, различимых на Солнце невооруженным глазом. В одном средневековом источнике упоминается о прохождении Меркурия, длившемся восемь дней, что звучит абсурдно; существует два независимых исламских источника, где тоже сообщается о невозможности долгих прохождений, в одном из них говорилось о Венере, а в другом – о Меркурии. Не позднее 1607 г. Кеплер, использовав камеру-обскуру, наблюдал то, что он считал прохождением Меркурия по диску Солнца. На деле, это тоже оказалось солнечным пятном. Однако группы солнечных пятен и их истинную природу открыл именно Хэрриот, и его подход к изучению этого феномена был не только более ранним, но и более систематическим, чем у его современников. Записи проведенных им 450 отдельных наблюдений хранятся до сих пор. (Пример таких зарисовок приведен на ил. 150.) В исследованиях, датируемых декабрем 1610 г., он наблюдал рост пятен, их распад и изменение их относительных положений. Он преуспел в искусстве отслеживания изменений в отдельных пятнах и тщательно изучал появление пятен в областях, прилегающих к краю солнечного диска. Он не смог определить наклон солнечной оси с такой же точностью, как Галилей, но уделял гораздо большее внимание вопросу солнечного вращения. Его измерение этого вращения по пятнам дало значение периода 26,87 суток для экватора (синодического, то есть видимого с Земли), который возрастал до 28,45 суток на солнечной широте 30°. Эти и другие данные были очень близки к опубликованным Р. К. Кэррингтоном в 1863 г. и уж точно во всех отношениях превосходили полученное Галилеем значение «около одного лунного месяца». По работам Хэрриота можно видеть, что он, скорее всего, пытался обнаружить общую периодичность появления солнечных пятен. К концу XVIII в. другие астрономы – в частности, датчанин Кристиан Хорребоу – заподозрили существование некоего правильного цикла этих изменений, но вплоть до работы Генриха Швабе 1843 г. периодичность появления солнечных пятен искалась в пределах интервалов в несколько месяцев, а не лет. (Швабе предложил период в десять лет. Как будет показано в главе 16, значение 11,11 года для половины цикла получено в 1852 г. Рудольфом Вольфом.)

Галилей произвел свое исследование солнечных пятен только в 1612 г., но опубликовал его в 1613 г. в виде серии писем по данному вопросу, написанных состоятельному члену городского магистрата Аугсбурга Марку Вельзеру. Вельзер, бывший, кроме того, банкиром, финансирующим иезуитов, опубликовал в 1612 г. две серии писем о солнечных пятнах, написанных иезуитом Кристофом Шейнером под псевдонимом Апеллес. В первой серии, опубликованной в январе 1612 г. и датируемой ноябрем 1611 г., говорилось, что пятна находятся над Солнцем, плавая «как Кианейские острова в Эвксинском Понте». Еще более раннюю серию наблюдений выполнил восточный фризскиец Иоганн Фабриций; она с большой долей вероятности датировалась мартом 1611 г., а опубликована в июне того же года. Он догадался, что пятна располагаются на поверхности Солнца. К такому же выводу пришел и Шейнер во второй серии писем, а Хэрриот понял это уже в 1610 г.

О работе Хэрриота знали и многие другие, но он, похоже, не слишком заботился о ее скорейшем издании. Если бы его патрон не томился в Тауэре, все могло бы пойти иначе. Подул ветер перемен и изменение общего настроения было очень точно уловлено в письме, полученном Хэрриотом от его друга Уильяма Лоуэра в июне 1610 г. Лоуэр рассказывал о том, в «каком они пребывали возбуждении от всех этих вещей», и просил прислать как можно больше «цилиндров» для проведения подобного рода наблюдений. В этот ранний период у телескопа оказалось слишком много названий, и вряд ли стоит перечислять их здесь все по порядку, но в числе общеупотребительных: «линзы», «инструмент», «труба», «перспективный цилиндр», «органум», «инструментум», «перспициллум» (последние три – на латыни) и «окьяле» (occhiale) – итальянское слово, используемое Галилеем, хотя он часто употреблял и другой термин – «канноне». Первое письменное употребление слова «telescopio», видимо, предложил греческий поэт и теолог Джованни Демизиани на банкете, устроенном в честь Галилея в апреле 1611 г.

Типичной реакцией на новые открытия Галилея оказывалась либо отправка кого-либо за новым голландским телескопом, либо попытка изготовить его самостоятельно, после чего следовали эксперименты по воспроизведению его наблюдений. Кеплер, взволнованный не меньше, чем все остальные астрономы, предпочел занять активную позицию и предпринял еще одно исследование в области оптических систем. Он стал экспертом в этой области в 1600 г., его практический опыт начался с постройки камеры-обскуры, установленной им тогда на торговой площади в Граце с намерением провести наблюдение частного солнечного затмения по методике Тихо Браге. Этот опыт привел его к изучению глаза как оптического инструмента, а затем написанию первой из двух уже упомянутых нами работ по оптике.

Экземпляр «Siderius nuncius» был послан Кеплеру, считавшемуся к тому времени уже признанным авторитетом и придворным математиком императора Рудольфа II, по просьбе Галилея через тосканского посла. Галилей интересовался его мнением. (Здесь уместно будет вспомнить обмен, случившийся ранее, когда Кеплер еще не приобрел такую известность.) Ответ Кеплера отличался обстоятельностью, и в 1610 г. он опубликовал свои соображения в «Dissertatio cum Nuncio sidereo». Этот «Разговор со звездным вестником» содержал как подтверждение его убежденности в правоте Галилея, так и краткое изложение собственных взглядов, касающихся очень разных вопросов: конечных размеров Вселенной, возможности жизни на Луне, планетных сфер и их отношения к платоновским телам, а также его собственные сочинения по оптике. Галилей был более чем доволен, особенно когда императорский математик одолжил на какое-то время телескоп у своего богатого приятеля курфюрста Кёльна Эрнста и вскоре после этого выпустил небольшой трактат о спутниках Юпитера («Narratio de Jovis satellitibus», 1611).

Сразу же после получения «Siderius nuncius» в течение двух месяцев – августа и сентября 1610 г. – Кеплер составляет свой второй оптический трактат. Непривычные, перевернутые изображения, производимые телескопом его конструкции, разработанной им в качестве альтернативы галилеевской, поначалу работали против него. Тем не менее в числе его преимуществ – создание действительного изображения, которое можно было сфокусировать на экран, размещенный за окуляром. В течение десяти лет или около того его регулярно использовали для проецирования изображений Солнца на бумагу, например для картирования солнечных пятен.