Птолемей умел подавлять атмосферную экстинкцию, и никто не знает — как

Клавдий Птолемей больше всего известен современному читателю как популяризатор геоцентрической модели мира в противовес уже изложенной к тому времени Аристархом Самосским (и поддержанной Селевком) более адекватной гелиоцентрической модели. Реже вспоминают, что предложенный им метод определения положения планеты в пределах точности визуальных наблюдений без телескопов даёт результаты, не уступающие таким же современным методам. Ещё реже среднестатистический читатель «КЛ» вспоминает о его труде, включающем, помимо прочего, список из 1 028 звёзд. Впрочем, может быть, мы зря его выгораживаем: есть данные, что свой звёздный каталог (первый в истории) он украл у предшественников, в частности у Гиппарха.

Интересно, что та же странная точность отмечается и в каталоге Тихо Браге. При этом про устройство титанического квадранта на стене замка (на изобр.) он говорил, а вот про борьбу с экстинкцией — нет. (Илл. Wikimedia Commons.)

Как бы там ни было, каталог долгое время считался образцом точности в смысле верной фиксации взаимного расположения звёзд на наблюдаемом ночном небе. Однако Брэдли Шефер (Bradley Schaefer) из Университета штата Луизиана (США), кажется, впервые заметил в этом списке звёзд Гиппарха — Птолемея что-то ещё. Он проверил данные о звёздной величине объектов, содержащихся в списке Птолемея, и сравнил их с современными. Древний астроном оказался точным — чересчур точным!

Дело в том, что звёзды на ночном небе подвержены явлению, известному как атмосферная экстинкция. Это уменьшение интенсивности света от астрономического объекта из-за поглощения и рассеивания в атмосфере Земли: когда звезда у горизонта, её свет пронизывает почти вдвое бóльшую толщу атмосферного воздуха, чем когда она находится высоко в небе. Поэтому, когда вы наблюдаете одну и ту же звезду близко к горизонту и высоко в небе, у неё разная яркость. Увы, у Птолемея яркость одинаковая и соответствует реальной относительной яркости звёзд на небе, теоретически недоступной человеку с наблюдательными средствами второго века нашей эры. «Это поразительно и беспрецедентно!» — восклицает г-н Шефер.

И действительно: объяснение экстинкции было дано только в 1729 году. Теоретически, полагает наш современник, Птолемей мог измерить относительную звёздную величину, выбрав за точку отсчёта какую-то одну звезду (к примеру, Полярную), и затем искать аналогичные звёзды с близкой яркостью. Так поступают нынешние астрономы, однако они, чтобы пойти по этому пути, читали учебники, и до 1729 года им это, разумеется, просто не приходило в голову. Точнее, не должно было приходить в голову, ибо на самом деле это всё же происходило.

Как ни странно, но Брэдли Шефер обнаружил, что Абу-л-Хусейн Абд-ар-Рахман ибн Умар ас-Суфи, наблюдавший звёздное небо около 960 года н. э. из Исфахана (где звёзды немного не такие, как в Александрии Птолемея или на Родосе Гиппарха), также давал их звёздную величину практически без значимых искажений, то есть, получается, с учётом неизвестного ему эффекта экстинкции. То же самое с наблюдениями Тихо Браге, сделанными около 1590 года с острова Хвен, что между Данией и Швецией. Никто из четвёрки перечисленных учёных не оставил ни малейших упоминаний о том, какой именно техникой они пользовались. Больше того, никто из них вообще не упомянул проблему атмосферной экстинкции хоть в какой-то форме!

Интригует и то, что вышеизложенный метод коррекции звёздной величины не должен работать для всех этих учёных. Беда в том, что из своей Александрии, с Родоса и пр. каждый из них мог рассмотреть звёзды около зенита только в ряде случаев. Некоторые же звёзды вообще никогда не поднимались над горизонтом выше нескольких градусов, и их правильную относительную звёздную величину теоретически нельзя было измерить. Тем не менее Птолемей даёт их относительную яркость правильно, как будто имел возможность наблюдать их около зенита или каким-то неизвестным образом обходил эффект экстинкции.

Созвездие Персея (художественная илл. к каталогу Ас-Суфи, издание XVI века). Будучи переводчиком Птолемея на арабский, ас-Суфи нещадно критиковал предшественника и корректировал его, но с экстинкцией справлялся сходным, неизвестным нам образом.

При этом, отмечает современный учёный, при всей точности корректировки экстинкции Птолемей всё же слегка, но переоценивал такого рода поправку в некоторых направлениях и чуть недооценивал её в других. Но в целом — среднестатистически — его корректировка для всей тысячи описанных светил экстремально, неестественно точна.

Почему? У г-на Шефера нет ни малейшей мысли. Дело в том, что единственный вариант коррекции экстинкции, который лично он представляет себе на месте Птолемея, — это наблюдение всех звёзд у самого горизонта на одинаковой высоте, с тем чтобы их относительная звёздная величина совпадала. Однако выборочная изотропность точности корректировки экстинкции, по-видимому, не стыкуется с этой идеей. Кроме того, собственные опыты учёного по бестелескопному определению звёздной величины на примерно александрийской широте показали, что он смог сделать лишь часть той корректировки экстинкции, которая удавалась астрономам дотелескопной эпохи.

В целом, конечно, нельзя сказать, что Птолемей не задумывался над искажениями нашего видения небесных тел наземными причинами. Напомним: именно он первым в литературе указал, что кажущееся увеличение Луны по мере приближению к горизонту является оптической иллюзией неясной природы. Кроме того, он написал трактат «Оптика», где исследовал отражение и преломление света на границе воздуха и воды, а также воздуха и стекла, иными словами, знал про коэффициент преломления, а также сформулировал первую версию закона преломления. Однако его закон преломления лишь примерно соблюдается в жизни и только для малых углов, да и в любом случае прямой связи с коррекцией экстинкции эта работа не предлагает. Впрочем, труд дошёл до нас лишь в плохих арабских переводах и их поздних переложениях на латынь, так что, возможно, какие-то его детали нам уже не узнать.

Словом, чего бы он, Браге или ас-Суфи ни применяли для борьбы с экстинкцией, этот метод утрачен. Навсегда?

С препринтом соответствующего исследования можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Technology Review.