В марте 1513 года Коперник приобрел у своего капитула 800 обтесанных камней и бочку извести и приступил к оборудованию обсерватории в башне. Там он наблюдал Солнце, Луну и звезды при помощи всевозможных астрономических инструментов – квадрантов, параллактической линейки, астролябии. На следующий год он написал «Малый комментарий о гипотезах, относящихся к небесным движениям» (De hypothesibus motuum coelestium a se constitutis commentariolus), однако публиковать трактат отказался и лишь тайно показывал его избранным друзьям. «Малый комментарий…» стал первой попыткой вынести на обсуждение астрономическую теорию, согласно которой Земля движется, а Солнце находится в покое. Астрономическая система Аристотеля и Птолемея, главенствовавшая в западной культуре в течение столетий, перестала устраивать Коперника. Он считал, что центр Земли – не центр Вселенной, а всего лишь центр орбиты Луны. Коперник пришел к убеждению, что наблюдаемые пертурбации в наблюдаемом движении планет – это результат вращения самой Земли вокруг своей оси и ее перемещения по орбите. «Мы вращаемся вокруг Солнца, как любая другая планета», – писал он в «Комментарии».
Птолемей с армиллярной сферой. Птолемея часто путали с египетскими фараонами и поэтому изображали с короной на голове.
Предположение, что центр Вселенной – не Земля, а Солнце, высказывал еще Аристарх в III веке до н. э., однако интеллектуалам и богословам больше импонировала геоцентрическая теория, так что всерьез ее никто, пожалуй, не оспаривал. Коперник благоразумно воздержался от обнародования своих воззрений и предпочел продолжать исследования, не привлекая к себе внимания, проводил математические расчеты, строил хитроумные чертежи и следил, чтобы его идеи не распространялись дальше кружка избранных друзей. Когда в 1514 году папа Лев X приказал епископу Фоссомбронскому узнать мнение Коперника о реформе церковного календаря, польский астроном ответил, что имеющихся знаний о движении Солнца и Луны на протяжении года недостаточно, чтобы даже задумываться о реформе. Однако задача, похоже, увлекла Коперника, поскольку впоследствии он написал папе Павлу III – тому самому, который поручил Микеланджело расписать Сикстинскую капеллу, – и рассказал ему о некоторых своих наблюдениях в соответствующей области, которые семьдесят лет спустя легли в основу григорианского календаря.
И все же Коперник боялся осуждения со стороны общества и церкви и долгие годы втайне расширял и дорабатывал свой «Комментарий». Результатом этих трудов стал трактат «О вращениях небесных сфер» (De Revolutionibus Orbium Coelestium), который Коперник завершил в 1530 году, однако воздерживался от публикации в течение 13 лет. Надо отметить, что нежелание обнародовать трактат было вызвано не только риском навлечь на себя проклятие церкви. Коперник во всем стремился к совершенству и считал необходимым постоянно проверять и пересматривать свои наблюдения.
Он по-прежнему выступал с лекциями о принципах планетной теории, в том числе и перед папой Климентом VII, который одобрил его труды. В 1536 году Климент официально потребовал, чтобы Коперник рассказал о своих теориях публично. Однако убедить Коперника выпустить «О вращениях…» в свет сумел лишь двадцатипятилетний Георг Иоахим фон Ретик из Германии, бывший ученик Коперника, который отказался от кафедры математики в Виттенберге ради возможности учиться у него. В 1540 году Ретик помог отредактировать рукопись и представил ее одному издателю-лютеранину в Нюрнберге, положив, в сущности, начало коперниканскому перевороту.
Трактат «О вращениях…» вышел в свет в 1543 году и сразу же подвергся нападкам протестантских богословов, которые сочли, что концепция гелиоцентрической Вселенной противоречит Библии. Они рассудили, что теории Коперника могут привести человека к убеждению, что он всего лишь часть естественного порядка вещей, а вовсе не властелин природы, не центр, вокруг которого организовано все в природе. Из-за противодействия церковников, а возможно, и из-за общего недоверия к идее негеоцентрической Вселенной теорию Коперника за период с 1543 до 1600 года приняло не больше десятка ученых. Тем не менее Коперник не сделал ничего, чтобы преодолеть главную проблему, возникающую в системе, где Земля вращается вокруг своей оси (и по орбите вокруг Солнца): если Земля вертится, непонятно, как на ней удерживаются предметы. Ответ на этот вопрос предложил Джордано Бруно, итальянский ученый, открыто следовавший идеям Коперника, который к тому же предположил, что у пространства нет границ, а Солнечная система, вероятно, лишь одна из множества подобных систем во Вселенной. Кроме того, Бруно разрабатывал некоторые чисто спекулятивные области астрономии, которые Коперник не затронул в трактате «О вращениях…». Итальянский ученый в своих сочинениях и выступлениях утверждал, что во Вселенной бесконечно много планет, населенных разумными существами, и среди них, вероятно, найдутся и те, кто превосходит людей. Подобная дерзость Бруно привлекла внимание инквизиции, он был отдан под суд и признан виновным в ереси. В 1600 году Джордано Бруно сожгли на костре.
Союз Теологии с Астрономией. Церковь требовала, чтобы астрономические теории соответствовали официальным богословским догматам.
Однако в целом труд Коперника не оказал непосредственного влияния на астрономию того времени. В трактате «О вращениях…» Коперник предлагал, строго говоря, не гелиоцентрическую, а гелиостатическую модель. Он считал, что Солнце находится не в самом центре Вселенной, а очень близко от него: иначе невозможно было объяснить наблюдаемые отклонения в движении планет с востока на запад и в их яркости. Он утверждал, что Земля делает один полный оборот вокруг своей оси в сутки и один полный оборот по орбите вокруг Солнца в год. В первой книге из шести Коперник выступил с критикой системы Птолемея, в которой все небесные тела вращаются по орбитам вокруг Земли, и установил правильный гелиоцентрический порядок: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер и Сатурн (в то время были известны лишь эти шесть планет). Во второй книге Коперник при помощи математических расчетов (эпициклов и эквантов) объяснил движение звезд и планет и заключил, что движение Солнца совпадает с движением Земли. В третьей книге дано математическое обоснование прецессии равноденствий, которую Коперник считает следствием вращения Земли вокруг своей оси. Оставшиеся книги «О вращениях…» повествуют в основном о движении планет и Луны.
Коперник первым верно определил положение Венеры и Меркурия и с удивительной точностью установил порядок известных планет и расстояние между ними. Он заметил, что Венера и Меркурий ближе к Солнцу, и обратил внимание на то, что они вращаются в пределах орбиты Земли с большей скоростью.
Коперник с макетом гелиоцентрической модели Вселенной.
До Коперника считалось, что Солнце – тоже планета. Началом коперниканского переворота и стало помещение Солнца приблизительно в центр планетной системы. Поскольку Коперник сместил Землю с центра Вселенной, где она, как предполагалось, удерживала все остальные небесные тела, ему пришлось разбираться с теориями гравитации. Докоперниковские гипотезы о гравитации предполагали существование лишь одного центра тяготения, Земли, однако Коперник предположил, что у каждого небесного тела, вероятно, свои гравитационные качества, и утверждал, что все тяжелые объекты притягиваются к собственному центру. Это наблюдение в конечном итоге привело к формулировке закона всемирного тяготения, однако произошло это не сразу и не напрямую.
