Кафедральный собор Успения Богородицы во Фромборке, в котором служил отец Николай, - одна из главных святынь польского католичества. Собор был окружён крепкой стеной с оборонительными башнями и мог, если надо, служить крепостью. Коперник выбрал для жилья не слишком уютное место – северо-западную башню соборной стены. На ее верхнем этаже он и устроил свой кабинет. Оттуда был выход на широкую крепостную стену с хорошим обзором. По ней можно было пройти к соседней башне, на которой была подходящая площадка для наблюдений другой части неба. Коперник собственноручно изготовил из дерева угломерные астрономические инструменты, подобные описанным в «Альмагесте». Среди них «трикветрум» - шарнирный треугольник, одна из планок которого наводилась на светило, а по другой велся отсчет, «гороскопий», или солнечный квадрант, - вертикальная плоскость с выступающим стерженьком в верхнем углу. Прибор устанавливался по линии север-юг и позволял по направлению полуденной тени в моменты солнцестояний судить о наклоне эклиптики к небесному экватору. Не менее важным инструментом была армиллярная сфера – вложенные друг в друга поворотные кольца, которые служили моделью небесных координат и давали возможность получать отсчёты по нужным направлениям.
Фромборк с точки зрения погодных условий и географического положения не был благоприятным местом для наблюдений, тем не менее Коперник много наблюдал, о чём можно судить по упоминаниям в его главном труде «О вращении небесных сфер».
Цель наблюдений Коперника заключалась не в открытии новых небесных явлений. Астрономы Средневековья занимались тем, что измеряли положения светил и сравнивали свои данные с результатами расчётов по схемам Птолемея. Многие поколения астрономов подправляли систему птолемеевых эпициклов, чтобы предсказывать положения планет более надёжно. В результате точность предсказаний оставляла желать лучшего, а Вселенная Птолемея усложнилась так, что было ясно – Бог не мог создать мир таким несуразным. В записи Коперника о наблюдении им Марса в противостоянии (по отношению к Солнцу) 5 июня 1512г. сказано: «Марс превышает расчет больше чем на 2 градуса». Как и другие астрономы, он думал об улучшении расчетных схем.
Первоначально и Коперник стремился сделать модель Птолемея более стройной и простой. В простоте, был он уверен, кроется истина. Путь к упрощению подсказал сам Птолемей, на страницах «Альмагеста» отвергнувший вращение и обращение Земли вокруг Солнца. Но то, что было несуразно полторы тысячи лет назад, стало предметом раздумий Коперника.
Движение Земли просто объясняло многие явления: годовое движение Солнца по эклиптике, прецессию земной оси (если уподобить Землю покачивающемуся волчку), «привязанность» Меркурия и Венеры к Солнцу, необычайную яркость Марса во время его противостояний и, наконец, петлеобразное движение планет (мы наблюдаем движущиеся планеты с движущейся Земли).
Тогда Коперник «принял на себя труд прочитать книги всех философов, которые только мог достать, желая найти, не высказывал ли когда кто-нибудь мнения, что у мировых сфер существуют движения, отличные от тех, которые предполагают преподающие в математических школах...». И он нашел у Цицерона, что мнения о вращении Земли вокруг оси придерживались пифагорейцы Экфант и Гикет. Аристотель сообщал о ее орбитальном движении согласно воззрениям пифагорейца Филолая. Коперник, к сожалению, не знал гелиоцентрической системы Аристарха Самосского, поскольку рассказ Архимеда о ней был опубликован в Европе после его смерти. Авторитет античных ученых укрепил Коперника в желании довести до конца гелиоцентрическую теорию.
Суть теории Коперника
Первый набросок своей теории Коперник изложил в работе, которая известна под русским названием, как «Малый комментарий Николая Коперника относительно установленных им гипотез о небесных движениях». Рукописное сочинение появилось около 1515 г. оно не было опубликовано при жизни автора. В «Малом комментарии» после краткого предисловия, завершающегося упоминанием о теории концентрических сфер Евдекса и Каллиппа, а также теории Птолемея, Николай Коперник указывает на недостатки этих теорий, вынуждающих его предложить свою теорию.
Эта новая теория исходит из следующих требований:
v Не существует единого центра для всех небесных орбит или сфер
v Центр Земли является не центром мира, а лишь центром тяготения и лунной орбиты
v Все сферы движутся вокруг Солнца, как вокруг своего центра, вследствие чего Солнце является центром всего мира
v Отношение расстояния от Земли до Солнца к высоте небесной тверди (то есть к расстоянию до сферы неподвижных звезд) меньше отношения радиуса Земли к расстоянию от нее до Солнца, причем, расстояние от Земли до Солнца ничтожно мало по сравнению с высотой небесной тверди
v Всякое движение, замечаемое у небесной тверди, связано не с каким-либо движением самой тверди, а с движением Земли. Земля же, вместе с окружающими ее стихиями (воздухом и водой) совершает в течение суток полный оборот вокруг своих неизменных полюсов, в то время как твердь небесная и расположенное на ней небо, остаются неподвижными
v То, что кажется нам движением Солнца, на самом деле связано с движениями Земли и нашей сферы, вместе с которой мы обращаемся вокруг Солнца, как всякая другая планета. Таким образом, Земля обладает более чем одним движением
v Кажущиеся прямые и попятные движения планет, обусловлены не их движениями, а движением Земли. Следовательно, одного лишь движения самой Земли достаточно для объяснения многих кажущихся неравномерностей на небе
В этих семи тезисах четко намечены контуры будущей гелиоцентрической системы, сущность которой заключается в том, что Земля одновременно движется и вокруг своей оси и вокруг Солнца
Формулируя тезисы своей теории, Николай Коперник пользуется понятиями астрономии начала XVI века. Так, в его тезисах речь идет о движении сфер, а не о движении планет. Ибо движение планет объяснялось тогда движением сфер, каждая из которых соответствовала определенной планете. Пятый тезис следует понимать как, что сфера неподвижных звезд не участвует в движении планетных сфер, а остается неподвижной. А в последнем тезисе речь идет о петлях, описываемых планетами на небе вследствие движения Земли вокруг Солнца. В теории Коперника оказалось достаточно принять допущение о том, что мы наблюдаем за планетами с движущейся Земли, плоскость орбиты которой, почти совпадает с плоскостями орбит других планет. Такое допущение существенно упрощало объяснение петлеобразного движения планет по сравнению со сложной системой эпициклов и дифферентов в теории Птолемея.
Необычайно важным был и четвертый тезис: никто до Коперника, а большинство астрономов и после его смерти, не смели приписывать Вселенной столь огромные размеры. Сформулировав 7 положений своей теории, Коперник переходит к описанию последовательности расположения небесных сфер (планет). Затем Коперник останавливается на том, почему годовое движение Солнца на небе следует объяснять лишь движением Земли.
Заканчивается «Малый комментарий» следующим утверждением: «Таким образом, всего тридцати четырех кругов достаточно для объяснения устройства Вселенной и всего хоровода планет».
Коперник необычайно гордился своим открытием, ибо видел в нем наиболее гармоничное решение проблемы, сохранявшее принцип, в силу которого все движения планет можно интерпретировать как сложения движений по окружности.