Джованни Баттиста Риччоли , SJ (17 апреля 1598 – 25 июня 1671) был итальянским астрономом и католическим священником в ордене иезуитов . Он известен, среди прочего, своими экспериментами с маятниками и падающими телами, обсуждением 126 аргументов относительно движения Земли и введением современной схемы лунной номенклатуры . Он также широко известен открытием первой двойной звезды. Он утверждал, что вращение Земли должно проявляться, потому что на вращающейся Земле земля движется с разной скоростью в разное время.
Риччоли родился в Ферраре . [1] Он вступил в Общество Иисуса 6 октября 1614 года. После завершения послушничества он начал изучать гуманитарные науки в 1616 году, продолжая эти исследования сначала в Ферраре, а затем в Пьяченце .
С 1620 по 1628 год он изучал философию и теологию в колледже Пармы . Пармские иезуиты разработали сильную программу экспериментов, например, с падающими телами. Один из самых известных итальянских иезуитов того времени, Джузеппе Бьянкани (1565–1624), преподавал в Парме, когда туда прибыл Риччоли. Бьянкани принял новые астрономические идеи, такие как существование лунных гор и текучая природа небес, и сотрудничал с иезуитским астрономом Кристофом Шайнером (1573–1650) по наблюдениям за солнечными пятнами. Риччоли упоминает его с благодарностью и восхищением. [2]
К 1628 году учеба Риччоли была завершена, и он был рукоположен . Он запросил миссионерскую работу, но эта просьба была отклонена. Вместо этого его направили преподавать в Парму. Там он преподавал логику, физику и метафизику с 1629 по 1632 год и участвовал в некоторых экспериментах с падающими телами и маятниками. В 1632 году он стал членом группы, ответственной за формирование молодых иезуитов, среди которых был Даниэлло Бартоли . [3] Он провел 1633–1634 учебный год в Мантуе , где сотрудничал с Никколо Кабео (1576–1650) в дальнейших исследованиях маятника. В 1635 году он вернулся в Парму, где преподавал теологию, а также провел свое первое важное наблюдение Луны. В 1636 году его отправили в Болонью, чтобы служить профессором теологии.
Риччоли описывал себя как теолога, но с сильным и постоянным интересом к астрономии со студенческих лет, когда он учился у Бьянкани. Он сказал, что многие иезуиты были теологами, но лишь немногие были астрономами. Он сказал, что как только в нем возник энтузиазм к астрономии, он уже не мог его погасить, и поэтому он стал больше предан астрономии, чем теологии. [ необходима цитата ] В конце концов его начальники в ордене иезуитов официально поручили ему задачу астрономических исследований. Однако он также продолжал писать о теологии (см. ниже).
Риччоли построил астрономическую обсерваторию в Болонье в колледже Святой Люсии, оснащенную множеством инструментов для астрономических наблюдений, включая телескопы , квадранты , секстанты и другие традиционные инструменты. Риччоли занимался не только астрономией в своих исследованиях, но и физикой, арифметикой, геометрией, оптикой, гномоникой , географией и хронологией. Он сотрудничал с другими в своей работе, включая других иезуитов, в первую очередь Франческо Мария Гримальди (1618–1663) в Болонье, и он поддерживал объемную переписку с другими, кто разделял его интересы, включая Гевелия , Гюйгенса , Кассини и Кирхера . [ необходима цитата ]
Он был награжден премией Людовика XIV в знак признания его деятельности и ее значимости для современной культуры. [ необходима цитата ]
Риччоли продолжал публиковать работы по астрономии и теологии до самой своей смерти. Он умер в Болонье в возрасте 73 лет. [4]
Одной из самых значительных работ Риччоли был его Almagestum Novum ( Новый Альмагест ) 1651 года [6] , энциклопедический труд, состоящий из более чем 1500 страниц фолио (38 см x 25 см), плотно заполненных текстом, таблицами и иллюстрациями. Он стал стандартным техническим справочником для астрономов по всей Европе: Джон Флемстид (1646–1719), первый английский королевский астроном, коперниканец и протестант, использовал его для своих лекций в Грешеме ; Жером Лаланд (1732–1807) из Парижской обсерватории широко цитировал его [7] , хотя на тот момент это была старая книга; Католическая энциклопедия 1912 года называет его самым важным литературным произведением иезуитов в семнадцатом веке. [8] В двух томах было десять «книг», охватывающих все темы астрономии и связанные с астрономией того времени:
Риччоли предполагал, что Новый Альмагест будет состоять из трех томов, но завершен был только первый (объемом 1500 страниц, разделенных на две части).
Риччоли считается первым человеком, точно измерившим ускорение свободного падения тел. [9] Книги 2 и 9 Нового Альмагеста Риччоли включают в себя значительное обсуждение и обширные экспериментальные отчеты о движении падающих тел и маятников.
Он интересовался маятником как устройством для точного измерения времени. Подсчитав количество колебаний маятника, прошедших между прохождениями определенных звезд, Риччоли смог экспериментально подтвердить, что период колебания маятника с малой амплитудой постоянен с точностью до двух колебаний из 3212 (0,062%). Он также сообщил, что период маятника увеличивается, если амплитуда его колебаний увеличивается до 40 градусов. Он стремился разработать маятник, период которого составлял бы ровно одну секунду — такой маятник совершал бы 86 400 колебаний за 24-часовой период. Он напрямую проверил это дважды, используя звезды для отметки времени и наняв команду из девяти товарищей-иезуитов для подсчета колебаний и поддержания амплитуды колебаний в течение 24 часов. Результатами стали маятники с периодами в пределах 1,85%, а затем 0,69% от желаемого значения; и Риччоли даже пытался улучшить последнее значение. Секундный маятник затем использовался как стандарт для калибровки маятников с различными периодами. Риччоли сказал, что для измерения времени маятник не был абсолютно надежным инструментом, но по сравнению с другими методами он был чрезвычайно надежным инструментом. [10]
С маятниками для отсчета времени (иногда дополненными хором иезуитов, поющих в такт с маятником, чтобы обеспечить звуковой таймер) и высокой конструкцией в виде башни Торре де Азинелли в Болонье , с которой можно было сбрасывать предметы, Риччоли смог провести точные эксперименты с падающими телами. Он подтвердил, что падающие тела следуют правилу «нечетного числа» Галилея , так что расстояние, пройденное падающим телом, увеличивается пропорционально квадрату времени падения, что указывает на постоянное ускорение. [11] По словам Риччоли, падающее тело, освобожденное из состояния покоя, проходит 15 римских футов (4,44 м) за одну секунду, 60 футов (17,76 м) за две секунды, 135 футов (39,96 м) за три секунды и т. д. [12] Другие иезуиты, такие как вышеупомянутый Кабео, утверждали, что это правило не было строго продемонстрировано. [13] Его результаты показали, что, хотя падающие тела в целом показывают постоянное ускорение, существуют различия, определяемые весом, размером и плотностью. Риччоли сказал, что если два тяжелых объекта разного веса одновременно сбрасываются с одной и той же высоты, более тяжелый из них опускается быстрее, если он имеет равную или большую плотность; если оба объекта имеют одинаковый вес, более плотный опускается быстрее.
Например, бросая шары из дерева и свинца, которые оба весили 2,5 унции, Риччоли обнаружил, что после того, как свинцовый шар пролетел 280 римских футов, деревянный шар пролетел всего 240 футов (таблица в Новом Альмагесте содержит данные о двадцати одном таком парном падении). Он приписал такие различия воздуху и отметил, что плотность воздуха необходимо учитывать при работе с падающими телами. [14] Он проиллюстрировал надежность своих экспериментов, предоставив подробные описания того, как они проводились, так что любой мог их воспроизвести, [15] в комплекте со схемами Torre de Asinelli, на которых были показаны высоты, места падения и т. д. [16]
Риччоли отметил, что хотя эти различия противоречат утверждению Галилея о том, что шары разного веса будут падать с одинаковой скоростью, возможно, Галилей наблюдал падение тел, сделанных из одного и того же материала, но разного размера, поскольку в этом случае разница во времени падения между двумя шарами намного меньше, чем если бы шары были одинакового размера, но разного материала, или одинакового веса, но разного размера и т. д., и эта разница неочевидна, если только шары не выпущены с очень большой высоты. [17] В то время разные люди выражали обеспокоенность идеями Галилея о падающих телах, утверждая, что невозможно различить небольшие различия во времени и расстоянии, необходимые для адекватной проверки идей Галилея, или сообщая, что эксперименты не согласуются с предсказаниями Галилея, или жалуясь на то, что достаточно высокие здания с четкими путями падения не были доступны для тщательной проверки идей Галилея. Напротив, Риччоли смог показать, что он проводил повторные, последовательные, точные эксперименты в идеальном месте. [18] Таким образом, как отмечает Д.Б. Мели,
Точные эксперименты Риччоли были широко известны во второй половине [семнадцатого] века и помогли сформировать консенсус относительно эмпирической адекватности некоторых аспектов работы Галилея, особенно правила нечетного числа и представления о том, что тяжелые тела падают с одинаковыми ускорениями, а скорость не пропорциональна весу. Его ограниченное согласие с Галилеем было значительным, поскольку исходило от неблагожелательного читателя, который зашел так далеко, что включил текст осуждения Галилея в свои собственные публикации. [19]
Риччоли и Гримальди широко изучали Луну, карты которой Гримальди рисовал. Этот материал был включен в Книгу 4 Нового Альмагеста . [20] Карты Гримальди были основаны на более ранних работах Иоганна Гевелия и Михаэля ван Лангрена . На одной из этих карт Риччоли дал названия лунным объектам — названия, которые являются основой для номенклатуры лунных объектов, используемых и сегодня. Например, Mare Tranquillitatis (Море Спокойствия, место посадки Аполлона-11 в 1969 году) получило свое название от Риччоли. Риччоли назвал крупные лунные области в честь погоды. Он назвал кратеры в честь выдающихся астрономов, сгруппировав их по философиям и периодам времени. [21] Хотя Риччоли отверг теорию Коперника, он назвал известный лунный кратер «Коперник» , а другие важные кратеры он назвал в честь других сторонников теории Коперника, таких как Кеплер , Галилей и Лансбергиус . Поскольку кратеры, которые он и Гримальди назвали в честь себя, находятся в той же общей близости, что и эти, в то время как кратеры, названные в честь некоторых других астрономов-иезуитов, находятся в другой части Луны, около очень известного кратера, названного в честь Тихо Браге, лунная номенклатура Риччоли иногда считалась молчаливым выражением симпатии к теории Коперника, которую он, как иезуит, не мог публично поддержать. [22] Однако Риччоли сказал, что он поместил всех коперниканцев в бурные воды ( Океан Бурь ). [23] Еще одной примечательной особенностью карты является то, что Риччоли включил в нее прямое утверждение о том, что Луна не обитаема. Это противоречило предположениям об обитаемой Луне, которые присутствовали в трудах Николая Кузанского, Джордано Бруно и даже Кеплера, и которые продолжились в трудах более поздних авторов, таких как Бернар де Фонтенель и Уильям Гершель . [24] [25]
Значительная часть Нового Альмагеста (Книга 9, состоящая из 343 страниц) посвящена анализу вопроса мировой системы: является ли Вселенная геоцентрической или гелиоцентрической? Движется ли Земля или она неподвижна? Историк науки Эдвард Грант описал Книгу 9 как «вероятно, самый длинный, самый проницательный и авторитетный» анализ этого вопроса, сделанный «любым автором шестнадцатого и семнадцатого веков», [26] по его мнению, очевидно, заменяющий даже Диалог Галилея о двух главных системах мира — Птолемеевой и Коперниканской . Действительно, один писатель недавно описал Книгу 9 как «книгу, которую должен был написать Галилей». [27] В Книге 9 Риччоли обсуждает 126 аргументов относительно движения Земли — 49 за и 77 против. Для Риччоли вопрос стоял не между геоцентрической системой мира Птолемея и гелиоцентрической системой мира Коперника, поскольку телескоп сверг птолемеевскую систему; он стоял между геогелиоцентрической системой мира, разработанной Тихо Браге в 1570-х годах [28] (в которой Солнце, Луна и звезды вращаются вокруг неподвижной Земли, в то время как планеты вращаются вокруг Солнца – иногда называемой «геогелиоцентрической» или «гибридной» системой) и системой Коперника. Как иллюстрирует фронтиспис Нового Альмагеста (см. рисунок справа), Риччоли отдавал предпочтение измененной версии системы Тихо Браге; вот как он описал систему, которая «пришла ему в голову», когда он был в Парме: «она разделяет все с тихоновской системой, за исключением орбит Сатурна и Юпитера; для [меня] их центром было не Солнце, а сама Земля». [29]
Многие авторы ссылаются на анализ Риччоли и 126 аргументов. Однако переводы аргументов Нового Альмагеста и обсуждения аргументов в какой-либо степени более современными авторами редки: только для трех аргументов из 126 такие переводы и обсуждения легкодоступны. [30] Это, во-первых, аргумент, который Риччоли назвал «физико-математическим аргументом», который был связан с одной из гипотез Галилея; во-вторых, аргумент, основанный на том, что сегодня известно как « эффект Кориолиса »; в-третьих, аргумент, основанный на внешнем виде звезд, как они видны через телескопы того времени.
Риччоли обсуждает физико-математический аргумент в отношении аргументов как за, так и против движения Земли. Галилей выдвинул гипотезу в своем «Диалоге» 1632 года о том, что кажущееся линейное ускорение камня, падающего с башни, было результатом двух равномерных круговых движений, действующих совместно — суточного вращения Земли и второго равномерного кругового движения, принадлежащего камню и приобретенного от того, что его несет башня. [31] Галилей говорит, что
[И]стинное и реальное движение камня никогда не ускоряется, но всегда равномерно и однородно... Поэтому нам не нужно искать никаких других причин ускорения или каких-либо других движений, поскольку движущееся тело, остается ли оно на башне или падает, всегда движется одним и тем же образом; то есть по окружности, с одинаковой скоростью и с одинаковой однородностью... если линия, описываемая падающим телом, не является в точности такой, то она очень близка к ней... [и] согласно этим соображениям, прямолинейное движение полностью выбрасывается в окно, и природа никогда не использует его вообще. [32]
Риччоли объяснил, что эта гипотеза не может работать: она не может применяться к падению тел вблизи полюсов Земли, где было бы мало или вообще не было бы кругового движения, вызванного вращением Земли; и даже на экваторе, где было бы больше движения, вызванного вращением Земли, скорость падения, предсказанная идеей Галилея, была слишком медленной. [33] Риччоли утверждал, что проблемы с гипотезой Галилея были признаком несоответствия системе мира Коперника, но современные авторы расходятся во мнениях относительно рассуждений Риччоли по этому поводу. [34]
Риччоли также утверждал, что вращение Земли должно проявляться в полете артиллерийских снарядов, потому что на вращающейся Земле земля движется с разной скоростью на разных широтах. Он писал, что
Если запустить шар вдоль меридиана по направлению к полюсу (а не по направлению к востоку или западу), суточное движение приведет к тому, что шар будет унесен [то есть траектория шара будет отклонена], при прочих равных условиях: на параллелях широты ближе к полюсам земля движется медленнее, тогда как на параллелях ближе к экватору земля движется быстрее. [36]
Следовательно, если бы пушка, направленная прямо на цель на севере, выстрелила ядром, то это ядро ударило бы немного восточнее (справа) от цели, благодаря вращению Земли. [37] Но если бы пушка стреляла на восток, то не было бы никакого отклонения, так как и пушка, и цель переместились бы на одинаковое расстояние в одном направлении. Риччоли сказал, что лучшие из канониров могли бы выстрелить ядром прямо в жерло пушки противника; если бы этот эффект отклонения существовал при выстрелах на север, они бы его обнаружили. Риччоли утверждал, что отсутствие этого эффекта указывает на то, что Земля не вращается. Он был прав в своих рассуждениях, в том, что эффект, который он описывает, действительно имеет место. Сегодня он известен как эффект Кориолиса в честь физика девятнадцатого века Гаспара-Гюстава Кориолиса (1792–1843). [38] Однако отклонение вправо [39] на самом деле происходит независимо от направления, в котором направлена пушка (для объяснения этого требуется гораздо более развитое понимание физики, чем то, что было доступно во времена Риччоли). [40] В любом случае, эффект был бы слишком незначительным для того, чтобы артиллеристы того времени могли его обнаружить.
Риччоли также использовал телескопические наблюдения звезд, чтобы выступить против теории Коперника. При наблюдении через небольшие телескопы его времени звезды выглядели как маленькие, но отчетливые диски. Эти диски были ложными — вызванными дифракцией волн света, попадающих в телескоп. Сегодня они известны как диски Эйри , в честь астронома девятнадцатого века Джорджа Бидделла Эйри (1801–1892). Настоящие диски звезд, как правило, слишком малы, чтобы их можно было увидеть даже с помощью лучших современных телескопов. Но в течение большей части семнадцатого века считалось, что эти диски, видимые в телескоп, были настоящими телами звезд. [41] В теории Коперника звезды должны были находиться на огромных расстояниях от Земли, чтобы объяснить, почему среди них не было замечено годового параллакса. Риччоли и Гримальди провели многочисленные измерения звездных дисков с помощью телескопа, предоставив подробное описание своей процедуры, чтобы любой желающий мог ее повторить. Затем Риччоли вычислил физические размеры, которые должны были бы иметь измеряемые звезды, чтобы они обе были так далеко, как требовалось в теории Коперника, чтобы не показывать параллакса, и имели размеры, видимые в телескоп. Результатом во всех случаях было то, что звезды были огромными – затмевающими Солнце. В некоторых сценариях одна-единственная звезда превышала бы размер всей Вселенной, как подсчитал геоцентрист, такой как Тихо Браге. Эта проблема, которую появление звезд в телескопе представляло для теории Коперника, была отмечена еще в 1614 году Симоном Мариусом, который сказал, что телескопические наблюдения за дисками звезд подтверждают теорию Тихона. Проблема была признана коперниканцами, такими как Мартин ван ден Хоув (1605–1639), который также измерял диски звезд и признал, что вопрос огромных размеров звезд может привести людей к отказу от теории Коперника. [42]
Другие аргументы, представленные Риччоли в Книге 9 Нового Альмагеста, были разнообразны. Были аргументы относительно: могли бы стоять здания или могли бы птицы летать, если бы Земля вращалась; какие виды движений были бы естественны для тяжелых объектов; что составляет более простое и элегантное небесное устройство; небеса или Земля были более приспособлены для движения и более легко и экономично перемещаемы; был ли центр вселенной более или менее благородным положением; и многие другие. Многие из антикоперниканских аргументов в Новом Альмагесте имели корни в антикоперниканских аргументах Тихо Браге. [43]
Риччоли яростно выступал против системы Коперника и даже характеризовал некоторые аргументы в пользу неподвижности Земли как неопровержимые. Однако он также опроверг некоторые антикоперниканские аргументы, встав на сторону коперниканцев в своих утверждениях о том, что вращение Земли не обязательно будет ощущаться, и что оно не разрушит здания и не оставит птиц. [44] Некоторые авторы предполагают, что Риччоли мог быть тайным коперниканцем, которому из-за его положения иезуита приходилось притворяться, что он выступает против теории. [45]
Другим выдающимся астрономическим изданием Риччоли была его Astronomia Reformata ( Реформированная астрономия ) 1665 года — еще один большой том, хотя и в два раза короче Нового Альмагеста . Содержание этих двух трудов в значительной степени совпадает; Реформированную астрономию можно рассматривать как сжатую и обновленную версию Нового Альмагеста .
Реформаторская астрономия содержит обширный отчет об изменении внешнего вида Сатурна. [47] В раздел о Юпитере включена очевидная запись очень раннего (если не самого раннего) [48] наблюдения Большого Красного Пятна Юпитера , сделанного Леандром Бандтиусом, аббатом Дунисбурга и владельцем особенно хорошего телескопа, в конце 1632 года. Также в этот раздел Риччоли включает отчеты о поясах облаков Юпитера, появляющихся и исчезающих с течением времени. [49]
Появление физико-математического аргумента в Реформаторской астрономии дало Стефано дельи Анджели (1623–1697) возможность начать «неожиданную, несколько непочтительную и иногда легкомысленную атаку» [50] на Риччоли и аргумент. Джеймс Грегори опубликовал в Англии в 1668 году отчет о возникшем публичном и личном споре по вопросу о падающих предметах. Это было прелюдией к приглашению Роберта Гука (1635–1703) Исааку Ньютону (1642–1727) возобновить свою научную переписку с Королевским обществом и к их последующей дискуссии о траектории падающих тел, «которая отвлекла ум Ньютона от «других дел» и вернула его к изучению земной и небесной механики». [51] Реформированная астрономия представляла собой адаптацию к накапливающимся наблюдательным свидетельствам в пользу эллиптической небесной механики Иоганна Кеплера: она включила эллиптические орбиты в геогелиоцентрическую теорию Тихона. [52] Риччоли принял идеи Кеплера, но остался противником гелиоцентрической теории. Действительно, после спора с Анджели отношение Риччоли к гелиоцентризму ужесточилось. [53]
Между 1644 и 1656 годами Риччоли занимался топографическими измерениями, работая с Гримальди, определяя значения окружности Земли и соотношения воды и суши. Однако недостатки метода дали менее точное значение для градусов дуги меридиана, чем то, которое Снеллиус получил несколькими годами ранее. Снеллиус ошибся примерно на 4000 метров; но Риччоли ошибся более чем на 10000 метров. [54] Риччоли получил 373000 педес , несмотря на то, что ссылки на римский градус в древности всегда были 75 миллиариев или 375000 педес.
Его часто считают одним из первых, кто наблюдал звезду Мицар в телескоп и заметил, что это двойная звезда ; однако Кастелли и Галилей наблюдали ее гораздо раньше.
По словам Альфредо Диниса,
Риччоли пользовался большим авторитетом и вызывал большую оппозицию как в Италии, так и за рубежом, не только как человек энциклопедических знаний, но и как тот, кто мог понимать и обсуждать все соответствующие вопросы космологии, наблюдательной астрономии и географии того времени. [55]
Работы Риччоли написаны на латыни .
Книги Риччоли о просодии многократно перерабатывались и выдержали множество изданий.
и заявляя, что «доказательство» Риччоли никогда не может быть чем-то большим, чем еще одной гипотезой (стр. 64–65). Койре (1955) соглашается, что «физико-математический» аргумент Риччоли был слабым, но говорит, что Риччоли просто испытывал трудности с пониманием новых идей или адаптацией старых (таких как относительность движения) к новым концепциям, таким как движение Земли. Койре подчеркивает, что это была проблема, разделяемая многими в семнадцатом веке, поэтому аргумент мог произвести впечатление даже на «острый ум» того времени (стр. 354, 352, включая примечания). Грэни (arXiv:1103.2057v2 2011) утверждает, что гипотеза Галилея предложила возможную новую физику, которая объяснила бы движение в теории Коперника элегантным и последовательным образом и, следовательно, усилила бы теорию. Подрывая гипотезу Галилея, основанный на эксперименте аргумент Риччоли лишил теорию этой последовательности и элегантности (стр. 21–22).Все «галилеевское доказательство» [неподвижности Земли], сконструированное и «доказанное» Риччоли, есть не что иное, как карикатура даже на [предположение] Галилея – не говоря уже об истинных мыслях Галилея по этому вопросу!
Брок, Генри Маттиас (1912). «Джованни Баттиста Риччоли». В Herbermann, Charles (ред.). Catholic Encyclopedia . Том 13. Нью-Йорк: Robert Appleton Company.
Медиа, связанные с Джованни Риччоли на Wikimedia Commons