Астрономические загадки Оле Рёмера

В интернете  (в том числе и на ПРОЗА.РУ) помещено множество статей, посвященных датскому астроному Оле Рёмеру. Он знаменит тем, что в 1676 году, основываясь на астрономических наблюдениях затмений Ио, спутника планеты Юпитер, определил скорость света. Но, определил со значительной ошибкой - примерно, в 30%.
Эти проценты до сих пор не дают многим исследователям спокойно спать. Вроде бы, у Рёмера были все возможности правильно вычислить скорость света - качественные наблюдения, научные вычисления  предшественников, верные гипотезы... Но, все же, правильного результата не получилось!   И многие авторы  с увлечением погрузились в расчеты, чтобы понять причину ошибки Рёмера и дать ей объяснение. Объяснения были разные - и остроумные, и не очень, научные и псевдонаучные...
  Казалось бы, зачем строить какие-то предположения и выдвигать свои версии? Достаточно обратиться к научному отчету Рёмера, перепроверить его, и истина откроется!
И вот тут мы сталкиваемся с первой  загадкой Рёмера - он ни словом не обмолвился  о том, как он вычислял скорость света. Умолчал он и о том, какой метод он применил для обработки астрономических наблюдений. Есть научное открытие, но нет описание того, как он пришел к этому открытию! К тому же, подлинник его научного доклада не сохранился, и он известен лишь в плохом и не полном изложении в научном журнале.
Приступая к написанию этой статьи и углубляясь в расчеты Рёмера, я пытался понять его научную логику и выдвинуть свою версию объяснения его ошибки. Но потом решил, что научные ошибки неизбежны, их совершают многие ученые, в том числе и гении. И в данном случае наиболее интересен  не метод ученого, а те тайны и странные умолчания, которые окружают его открытие. Именно этот вариант я и предлагаю вниманию читателей.

 ***

Олаф (Оле)  Кристенсен  Рёмер родился в 1644 в Копенгагене в семье купца.
Получив начальное образование в местной латинской школе, Оле   в юном возрасте проявил интерес к астрономии. Но круг его интересов был значительно шире. Поступив в 1662 г. в Копенгагенский университет, он не только слушал лекции профессора астрономии Ланге, но также изучал медицину и физику у знаменитого физика, ректора Копенгагенского университета, Эразма (Расмуса) Бартолина (1625-1698). С 1669 г. Рёмер стал его помощником и даже жил в его доме, а позднее, после возвращения из Парижа в 1681 году,   женился на его дочери.

В 1671 г. французский ученый Ж.-Ф. Пикар приехал в Данию с целью  определить координаты Ураниенборга,  давно разрушенной обсерватории Тихо Браге на острове Вен.  Датский король Кристиан IV в 1597 г. изгнал знаменитого астронома Тихо Браге из страны, приказав разрушить и все постройки на острове.  Данные измерения нужны были для того, чтобы сравнить астрономические наблюдения Тихо с новыми, выполненными в Париже.   Копенгагенский университет принял участие в этой работе, и Рёмер стал энергичным и деятельным помощником  Пикара в его астрономических наблюдениях.

Впечатленный энтузиазмом своего молодого ассистента, его познаниями и начитанностью, Пикар  приглашает Рёмера в Париж для работы в Парижской обсерватории.  Рёмер приглашение  принял, и с 1672 г. в течении нескольких лет работал  под руководством знаменитого итальянского астронома Джованни Доменика Кассини, директора Парижской обсерватории. Именно здесь Рёмер сделав  самое главное научное открытие своей жизни - определил скорость света.
Предыстория этого открытия была такова:
С 1672 года Рёмер, уже в Париже,  в качестве помощника Кассини, продолжил наблюдения спутников Юпитера, которые он вел в Дании с Пикаром. Во время этих наблюдений  выяснилась странная особенность: время между затмениями (в частности, Ио) становилось короче, когда Земля и Юпитер сближались, и длиннее, когда Земля удалялась от Юпитера. Кассини опубликовал в августе 1675 года пару коротких статей, в которых упомянул это явление и сделал  гениальное  предположение:

 "Это расхождение возникает под воздействием света, которому необходимо какое-то время, чтобы от спутника дойти до наблюдателя; свет тратит около 10 мин 50 с, чтобы пройти расстояние, равное половине диаметра земной орбиты".
Кассини вплотную подошел к решению вопроса определения скорости света. Но, далее последовали какие-то странные события.

  22 августа 1676 года в научном журнале Академии наук было опубликовано объявление Рёмера  о том, что он собирается провести астрономические измерения с целью определения скорости света. Было кратко пояснено, каким именно способом он собирается  определить скорость света, и какие научные данные для этого использовать.
Суть его метода сводилась к следующему:  поскольку Земля движется по своей орбите значительно быстрей, чем Юпитер, то за три месяца она удаляется от Юпитера примерно на величину радиуса своей орбиты. Следовательно, расстояние от Земли до Юпитера увеличивается, и свету, чтобы пройти это дополнительное расстояние потребуется дополнительное время. Это дополнительное время можно определить путем  наблюдения за затмениями спутников Юпитера.   
Собственно говоря, Рёмер ничего нового  не предложил. Он просто использовал и идею, и научные результаты  Кассини. Поэтому, вполне уместно задать вопрос : почему Рёмер  а не  Кассини собирался  подвести итоги научной работы?

21  ноября этого же года Рёмер выступил перед парижскими академиками и сообщил им о результатах  проведенных им наблюдений.
Поскольку в то время в научном мире господствовала идея о том, что свет распространяется мгновенно, вне зависимости от расстояния, то  доклад Рёмера вызвал недоверие в академических кругах. 
Маститые физики-академики не только не поверили столь необычному, немыслимому результату, но и чуть ли не высмеяли его.  Кассини также усомнился в выводах  Рёмера и отказался от своей же первоначальной гипотезы, оставаясь до конца жизни противником объяснения Рёмером «загадочного эффекта» в затмениях спутников Юпитера.

Лишь нидерландский астроном Христиан Гюйгенс – один из первых членов Парижской академии наук – сразу оценил результат Рёмера, назвав его «великолепным открытием» в письме осенью того же 1676 г. к Ж.-Б. Кольберу – основателю и попечителю Парижской академии.
Со временем весь научный мир Европы согласился с Рёмером по вопросу конечности скорости света. И лишь шли уточнения  величины этой скорости.
Казалось бы, никакой таинственности в этой ситуации нет.  Кассини  сделал некоторые предположения о скорости распространения света, но не сумел практически  подтвердить свои научные догадки. И это сделал его гениальный помощник Рёмер.
Но, так ли это?
Начнем с того, что Кассини с 1666 года вел наблюдение за спутниками Юпитера, и уже в 1668 году составил каталог их затмений, который получил распространение в Европе.  Когда к нему присоединился Рёмер в качестве помощника, то ничего нового Рёмер не внес в этот каталог  - он всего лишь продолжил новые наблюдения и фиксацию затмений.
В 1675 году, как я уже упоминал, именно Кассини  сделал гениальное предположение о том, что увеличение периодов обращения спутников связано с тем, что свету надо дополнительное время для прохождения  расстояния от Юпитера до Земли.  Он даже просчитал величину увеличения этого периода – около 11 минут времени. Столько времени нужно свету, чтобы пройти радиус земной орбиты.
Знал Кассини и величину этого радиуса. Причем, он вычислил его по собственным наблюдениям за несколько лет до  этого.
  В 1672 Кассини отправил своего коллегу Жана Ришара в Французскую Гайану, в то время как сам оставался в Париже с целью одновременного наблюдения Марса. Таким образом, по параллаксу удалось впервые вычислить расстояние до Марса и определить истинные размеры Солнечной системы. Исходя из этих измерений, Кассини сумел с хорошей точностью определить расстояние от Земли до Солнца: 146 млн км (по современным данным — 149,6 млн км). До измерений Кассини эта величина оценивалась на порядок ниже.
К 1676 году Кассини накопил достаточно практического материала, чтобы определить величину скорости света. Ему оставалось лишь проделать несложные арифметические вычисления:   разделить радиус земной орбиты на 660 секунд (11 минут времени- время определенной им задержки), и величайшее открытие своего времени называлось бы его именем! И, похоже, он к этому готовился.  В 2008 году вышла книга французских исследователей  Бобиса и Леке, посвященная истории вычисления скорости света. Изучая объявление, помещенное Рёмером в академическом «Журнале наук» 22 августа 1676 года, они делают неожиданный вывод о том, что это объявление было написано не Рёмером, а Кассини!

Если это объявление, и в самом деле, сделал Кассини, то это свидетельствует о том, что  он и собирался огласить перед научной комиссией результаты своих наблюдений. Но этому что-то помешало. Возможно, это болезнь, или научные сомнения.
Доклад перед парижскими академиками был прочитан в ноябре этого же года. Но сделал это не Кассини, а Рёмер...  Неужели Кассини отдал свою идею другому человеку?
Подобный странный шаг Кассини остается величайшей загадкой своего времени. Почему он отдал лавры победы Рёмеру? Может быть, в силу того, что именно Рёмер первый  выдвинул эту гипотезу? И Кассини, как благородный человек, уступил ему научное открытие. Но, зачем же тогда Кассини  делал научное объявление от своего имени?  Получается, что он отказался от открытия в последний момент и просто подарил его своему помощнику.
Некоторые исследователи предложили такое объяснение: Кассини с необычайной легкостью  выдвигал научные идеи, с легкостью их формулировал, и с такой же легкостью от них отказывался. Одну из этих идей, случайно высказанную Кассини, и от которой он быстро отказался, и подхватил Рёмер.
 Можно было бы согласиться с этой идеей, если бы не объявление Кассини, помещенное им в «Журнале наук» 22 августа 1676 года. Согласитесь, странно выглядит то, что ученый муж полностью обосновал свою научную идею, готовился ее публично озвучить,  но в последний момент просто отказался от нее!


Стоит обратить внимание и на то, что Рёмер в своем докладе перед академической комиссией не привел ни одной новой цифры, ни одного нового значения  искомых величин. Он лишь повторил то, что до него подсчитал Кассини. Как я уже говорил, Кассини определил самые  главные величины - время прохождения светом  половины диаметра земной орбиты и величину этого диаметра. Получается, что заслуга  Рёмера в величайшем открытии сводится лишь к одному - он проделал несложное арифметическое действие с уже известными (и открытыми не им) величинами.
   

После этого доклада отношения между Кассини и Рёмером становятся, если и не враждебными, то довольно далекими от дружеских.  Кассини становится убежденным противником всех идей своего бывшего помощника. Он не обвиняет его открыто в научном плагиате, но отношения  их близки к разрыву. Возможно, именно это (в том числе и религиозные гонения на протестантов) и заставило Рёмера в 1681 году  покинуть Францию и вернуться в Данию.
В Дании Рёмер  был обласкан королем Христианом  V, который назначил его королевским астрономом и математиком.
 Рёмер был не только прекрасным астрономом,  но обладал и незаурядными организаторскими способностями – вскоре он был назначен сенатором, а затем и главой государственного совета. С 1705 года он занимает должности полицмейстера и бургомистра  Копенгагена. Кроме этого, он занимался упорядочиванием   единиц меры и веса королевства.
 Будучи профессором математики в Копенгагенском университете, он создал там астрономическую обсерваторию, в которой лично  определил склонения и прямые восхождения более тысячи звезд.
Кроме этого, он занимался уличным освещением Копенгагена, прокладывал тротуары, пытался наладить учет в городе нищих, проституток и безработных.
Проявил он себя и талантливым инженером. После его смерти в сентябре 1710 года, в личной обсерватории Рёмера были найдены 54 изобретенных им астрономических инструмента. Важнейшими из них считаются пассажный инструмент и меридианный круг — приборы, используемые для астрономических исследований и в наши дни.

У этого талантливого и деятельного человека времени хватало на многое.  Не хватало у него времени лишь на ту идею, которая обессмертила  его имя – на более тщательное вычисление скорости света. Похоже, что с 1676 года и до последнего дня своей жизни он так и ни  разу не вернулся к повторным вычислениям. Этим занимались Гюйгенс и Ньютон. Но, только не Рёмер. Больше тридцати лет он хранил упорное и равнодушное молчание по поводу своего открытия. Казалось, он полностью забыл его. И это молчание дает повод считать, что это открытие не принадлежит Рёмеру...
 В то же время, Кассини продолжает наблюдение за спутниками Юпитера. Он даже привлек к этой работе своего племянника Джакомо Филиппо Маральди (1665 -1729гг.), который внес существенный вклад в теорию движения спутников и определил величину некоторых поправок в период обращения.
Лишь   в 1702 году,  сломав ногу, Рёмер вернулся к своему открытию. Но вернулся в какой-то странной форме.  Вынужденный на некоторое время находиться в своем доме, он воспользовался  вынужденным бездельем, чтобы изготовить термометр собственной конструкции.
Вначале Рёмер за главные температурные точки своей шкалы принял точку таяния льда (ноль шкалы Цельсия) и температуру здорового человека, определенную у него под мышкой (36.6 Цельсия). Температура человека соответствовала 15 градусам шкалы Рёмера. Но затем Рёмер  по каким-то причинам усложняет свою шкалу. Ноль своей шкалы он опускает на 7.5 градусов ниже точки таяния льда.  Температура тела здорового человека  принимает значение 22.5 градуса.
В шкале Рёмера отсутствовала четкая научная логика. Ее ноль не был привязан ни к одному физическому явлению, поэтому вызывал недоверие. Поэтому эта шкала    не была понята и не была принята современниками. О ней вскоре полностью забыли из-за ее неудобства.
Но есть в этой шкале и то, что  достойно пристального внимания. Это значение основных точек.
Во-первых, 22.5 градусов шкалы Рёмера (т.е. температура здорового человека) как-то странно совпадает со временем, которое нужно свету, чтобы пройти расстояние, равное диаметру земной орбиты. Кассини определил это время в 22 минуты. Но, 22 минуты – это усредненное время прохождения светом земной орбиты, вычисленное Кассини по своим наблюдением. Поэтому не будет большой ошибкой это время несколько увеличить – до 22.5 минут.
Во-вторых,  если продолжать эту аналогию, то 15 градусов на шкале Рёмера (от точки таяния льда до температуры здорового человека)   соответствует 15 минутам времени. И вот здесь надо вспомнить Ньютона.   Он был первым,  кто уточнил измерения Рёмера и внес существенные поправки в его вычисления. Если в первой публикации «Начал» в 1686 году Ньютон указал, что свету потребуется   22 минуты, чтобы пройти диаметр земной орбиты (т.е. повторил результат Рёмера),   то  в 1704 году в своей книге «Оптика»  он дал значение «семь или восемь минут» для прохождения света от Солнца до Земли - т.е. радиуса земной орбиты. Это значение значительно точнее, чем у Рёмера (11 минут), и более близкое к современному значению (8минут 19секунд). И в дальнейшем Ньютон придерживался этой цифры.
Таким образом, 15 минут – это время (по вычислениям Ньютона), за которое свет пройдет диаметр земной орбиты. Здесь смущает лишь одно – публикация Ньютона была сделана на 2 года позднее изобретения Рёмером своей температурной шкалы. Но, скорее всего, Ньютон сделал свои вычисления значительно ранее, чем опубликовал их в книге. Поэтому Рёмер и знал этот результат. Не исключено, что он и сам  вычислил его, проверяя свои наблюдения.
Затем Рёмер соединяет в своей шкале эти результаты. Но, с какой целью? Зафиксировать в своей шкале в скрытой форме путь своего научного открытия?  Продолжить научный спор с Ньютоном?     Но, какому из этих чисел – 22.5 или 15 - следует отдать предпочтение?
Если предположить, что эти числа не связаны ни с движением спутника Юпитера, ни со скоростью света, то, все же, они достойны особого внимания. Так например,  число 22.5 представляет из себя  логарифм от числа 666, возведенный в третью степень.
 Число 7.5 может быть представлено как квадрат числа 2.7322. Это число есть соотношение нормальной температуры человека и температуры кипения воды. Т.е. 100 : 36.6 = 2.7322.
Не значит ли это, что Рёмер заложил в свою температурную шкалу некие инфернальные намеки? Поскольку 22.5 есть нормальная температура человеческого тела, то представив ее в виде логарифма от числа 666, возведенного в куб, Рёмер придал ей нечто сатанинское. Или нечто земное, поскольку в Апокалипсисе сказано, что число 666 не только сатанинское, но и земное число.
Возможно, я ошибаюсь и эти числа надо расшифровывать как-то иначе, и тогда нам откроется в них нечто иное, некое  зашифрованное важное  послание потомкам от Рёмера.
У меня нет ответов на все вопросы. Но, похоже, что Рёмер все же зашифровал в своей температурной шкале нечто, связанное с его научной деятельностью. Это какая-то научная аллегория, которая вряд ли может быть расшифрована спустя триста лет.  Этому мешает и то, что  весь архив Рёмера погиб в копенгагенском пожаре 1728 года.
Остается без ответа и главный вопрос: кто же автор вычисления скорости света:  Рёмер, или Кассини? 
Я склоняюсь к мысли, что это сделал Кассини.