Замок, остров и звёзды. Как был устроен Ураниборг

Мы успели привыкнуть к тому, что сегодня для нужд фундаментальной науки возводятся циклопические высокотехнологичные сооружения, такие, как Hyper-Kamiokande, LHC, LIGO или IceCube. Нас даже не смущает судьба долгостроев вроде ITER, который позиционируется как полноценный термоядерный промышленный объект, но до сих пор остаётся полигоном для проверки научно-инженерных гипотез. Однако в Рунете (если не считать этой талантливой и красивой публикации в журнале «Мел») почти не рассмотрен феномен Ураниборга – первого и единственного средневекового замка, спроектированного не как фортификационное сооружение, а как лаборатория и обсерватория. Об этом замке я хочу вам подробно рассказать.

Остров Вен находится в проливе Эресунн между Швецией и Данией. Площадь его составляет всего около 7,5 квадратных километров, а население по состоянию на 2008 год — 359 человек. Но в конце XVI века он по праву мог считаться астрономической столицей Европы, так как служил резиденцией и лабораторией для Тихо Браге.  

Первый камень этого уникального астрономического и алхимического замка Тихо Браге лично заложил 8 августа 1576 года.

Тихо Браге (1546 — 1601) наравне с Иоганном Кеплером был одним из величайших астрономов XVI века. Ранее я упоминал о работах Тихо в статье «Координаты чудес. Как сверхновые осветили путь к современной астрономии». В честь него названа сверхновая звезда, которую он открыл в 1572 году. Также он прославился наблюдениями комет и авторством тихонической модели солнечной системы, сочетавшей черты геоцентрической и гелиоцентрической моделей.

Браге работал под покровительством короля Фридриха II Датского и много путешествовал по Европе, разыскивая архитекторов и инженеров, способных воплотить проекты взыскательного монарха. В начале 1570-х королю доложили, что Браге, якобы, в секрете от него вынашивает планы перебраться в швейцарский Базель. Король решил действовать на упреждение и предложил Браге профинансировать обсерваторию, которая была бы выстроена в точности так, как тот пожелает. Браге решил не скромничать и представил план двух научных замков – Ураниборга (названного в честь Урании, музы астрономии) и Стьернеборга («звёздной крепости»), которые как раз могли расположиться на небольшом острове. Кроме них на острове работала небольшая типография и производили бумагу (для этого была специально обустроена водяная мельница). В подвале замка Тихо обустроил алхимическую лабораторию.

Ураниборг, как и многие северные замки того времени, был сложен из песчаника и известняка. Стены и башни замка выполнил в стиле фламандского Ренессанса датский придворный архитектор Ханс ван Стенвинкель-Старший (Ханс Эмденский), а внутреннее убранство замка и декор — скульптор Йохан Грегор ван дер Шардт. 

Обсерватория имела форму квадрата 16 на 16 метров, центральная башня возвышалась на 19 метров, а с северной и южной стороны к Ураниборгу были пристроены две круглые башни диаметром по 6 метров.

С внутренней стороны к стене замка, протянувшейся с севера на юг, был пристроен стационарный квадрант, сконструированный в 1582 году. С помощью этого прибора измеряли высоту звёзд над горизонтом, когда они пересекали меридиан, проходивший через замок.

Изображение этого квадранта сохранилось на иллюстрации из книги Браге «Astronomiae instauratae mechanica» (Механика обновлённой астрономии), вышедшей в 1598 году и описывавшей положения более 1000 звёзд.

В 1584 году в 80 метрах к югу от Ураниборга для Тихо возвели Стьернеборг (Stellaeburgum), помещения которого располагались в основном под землёй. Возвышались над грунтом пять куполов, Тихо называл их «криптами». Таким образом предусматривалась улучшенная защита приборов от ветра.

Сложно представить, но все свои исследования Тихо Браге (1546 — 1601) провёл до изобретения телескопа. Улучшенную подзорную трубу, которую можно считать первым телескопом, сконструировал в 1607 году голландец Иоганн Липперсгей, а первым применил такой прибор для астрономических наблюдений Галилео Галилей в 1608 или 1609 году. Браге же работал с угломерными инструментами, совершенствуя и дорабатывая приборы, которые использовались в навигационных целях не первый век.

Тихо работал в основном с тремя астрономическими приборами, изобретёнными ещё в античности — квадрантом, трикветрумом (параллактической линейкой) и армиллярной сферой. Стационарный квадрант, о котором я упоминал выше, был сделан Браге в единственном экземпляре, также он конструировал секстанты и полукруги.   

Уже работая на острове Вен, в 1577 году Тихо Браге наблюдал комету, которая осенью того года максимально приближалась к Земле и достигала яркости -7. Тогда Тихо установил, что кометы движутся за пределами земной атмосферы, а не являются просто отблесками Солнца, как полагал Иоганн Кеплер. Кроме того, описав эту комету вслед за сверхновой 1572 года, Тихо окончательно развенчал идею о неизменности небес. Впрочем, это не помешало ему интерпретировать комету и в астрологическом ключе как недобрый знак.

Возвращаясь к статье «Координаты чудес», напомню, что на рубеже XVI и XVII веков с Земли были невооружённым глазом видны две сверхновые — в 1572 и 1604 годах. Вторая из них была названа сверхновой Кеплера (Тихо не дожил до неё менее трёх лет), а первая, названная сверхновой Браге, зажглась в небесах, когда Кеплеру было чуть более года, и он её, по-видимому, не помнил. В сознательном возрасте оба этих события застал Галилео Галилей (1564 — 1642). Однако, до возникновения сверхновой Браге подобных событий не происходило не менее чем с 1181 года, поэтому сам Браге воспринял «новую звезду» (stella nova) как настоящее чудо. Он сравнивал её с Вифлеемской звездой. Измерив параллакс новой звезды, Тихо заключил, что она удалена от Земли значительно сильнее, чем Луна. По Аристотелю, там уже должна была простираться область светоносного эфира, бесконечного и неизменного — но появление новой звезды эту точку зрения опровергало. Таким образом, Великая комета 1577 года встала для Браге в один ряд со сверхновой и стала стимулом для конструирования и совершенствования астрономических приборов.

Тихо подробно описал Великую комету в своих заметках. Во-первых, как и сверхновая, комета прошла мимо Земли определённо дальше, чем в пределах орбиты Луны, тем самым опровергая миф о «небесной тверди». Во-вторых, Тихо отметил, что орбита кометы имеет «яйцевидную» форму, и этот факт позволял всерьёз усомниться в утверждении Птолемея, будто небесные тела движутся по идеальным круговым орбитам. Наконец, Тихо уверенно показал, что комета на пути к Солнцу успела пересечь орбиты нескольких планет, а значит, «хрустальные сферы» Птолемея также не выдержали проверки на прочность.

Более того, его наблюдения комет были настолько точны, что он смог поставить под сомнение ещё один тезис Аристотеля, будто «кометы подобны сгусткам болотного газа, поднявшегося в пространство между Землёй и Луной».  

Конструируя новые астрономические приборы и изобретая новые методы наблюдения, Тихо смог добиться непревзойдённой для своего времени точности измерений. Он не только смело увеличивал размер приборов (наряду с каменным квадрантом у него был и деревянный диаметром 5,4 м). Браге делал многие приборы стационарными, чтобы повысить их устойчивость, совершенствовал способы градуировки и подбирал секущие линии так, чтобы максимально повысить точность угловых измерений. Более того, Тихо тщательно анализировал возникавшие ошибки, постепенно снижая их и стремясь добиться, чтобы погрешность не превышала одной минуты дуги. Тихо первым предпочёл непосредственно измерять экваториальные координаты звёзд, отказавшись ориентироваться на зодиак. Для этого он собрал экваториальную армиллярную сферу. Кроме того, Браге первым из астрономов учитывал при наблюдениях погрешности, связанные с движением атмосферы.

Большинство приборов располагалось на втором этаже Ураниборга и на балконах у башен. Там Браге установил секстанты, квадранты и трикветрумы собственного изготовления. Таким образом, Ураниборг был первой в Европе высокотехнологичной обсерваторией, в которой не хватало только телескопа — самого важного астрономического инструмента ближайшего будущего.

Ураниборг использовался не только для астрономических наблюдений, но и для химических опытов. В замке работал полноценный научно-исследовательский институт, где постоянно или временно жили студенты, «аспиранты», инженеры, ремонтировавшие приборы, а также математики (занимавшиеся вспомогательными расчётами и анализом данных) и, конечно, целый штат работников типографии и библиотеки.

Тихо Браге накопил огромный для своего времени массив данных, а также успел систематизировать свои наблюдения, но, фактически, не успел ими воспользоваться. После смерти Фредерика II Браге вскоре впал в немилость. В 1597 году ему было отказано в поддержке, и он был вынужден перебраться в Прагу, куда к нему приехал в качестве ассистента молодой Иоганн Кеплер. Сотрудничество этих великих современников — отдельная яркая страница в истории астрономии, но Тихо Браге после недолгой болезни умер в 1601 году, а Иоганн Кеплер, воспользовавшись его наработками, сформулировал законы движения планет.

Новый король Дании Кристиан IV сровнял Ураниборг с землёй, а крипты Стьернеборга сохранились до наших дней. Сейчас туда водят экскурсии.

Часть оборудования Браге смог перевезти с собой в Прагу, и несколько его приборов сохранилось. В Народном техническом музее Праги сегодня экспонируются два секстанта Браге, созданные, вероятно, в самом конце работы Ураниборга. Модель деревянного квадранта установлена в круглой башне старой обсерватории Копенгагена.   

Заключение

Я планировал написать на Хабре статью о Тихо Браге ко дню космонавтики с тех пор, как всеобщее внимание привлёк фильм о другом великом организаторе науки — Роберте Оппенгеймере. На мой взгляд, краткие исторические эпизоды, в которые можно перенаправить на развитие науки пару процентов казны целого государства, ценны настолько, что их последствия ощущаются на протяжении веков. Парадоксальным образом Тихо Браге, как и Оппенгеймер, больше преуспел в анализе, чем в синтезе, он остался последним средневековым астрономом на заре начинавшегося нового времени. Он слишком увлекался астрологией и алхимией и, по‑видимому, не оценил масштаба идей Коперника, сочтя их «еще одной теорией». Тем не менее, на Хабре не хватало рассказа о его инженерных изысканиях и масштабе его мышления, и вот теперь он здесь есть. Если же в качестве добавки вам интересны новейшие археологические данные, касающиеся алхимических опытов, проделанных в Ураниборге — почитайте перевод «В лаборатории астронома эпохи Возрождения Тихо Браге нашли многовековую химическую загадку» на эту тему, который опубликовал на Хабре прошлым летом уважаемый @SLY_G.