Видатний астроном Джованні-Доменіко Кассіні

У червні минуло чотири століття від дня народження видатного італійського й французького астронома Джованні-Доменіко (Джана-Домініка) Кассіні (1625–1712). Він був майстерним спостерігачем небесних тіл і не менш успішним теоретиком. Дж.-Д. Кассіні відкрив чотири супутники Сатурна, визначив періоди осьового обертання Юпітера й Марса, розробив першу точну теорію рефракції, склав широковживані тоді ефемериди супутників Юпітера, створив велику карту Місяця — це далеко не повний перелік його наукових здобутків. Учений проявив себе і як талановитий організатор науки: понад 40 років він був директором Паризької обсерваторії — першої у Європі державної астрономічної установи.

Джованні-Доменіко Кассіні народився 8 червня 1625 року в італійському поселенні Перинальдо, розміщеному в графстві Ніцца. Освіту він здобув у колегіумі міста Генуї, в одному з католицьких монастирів і в деяких інших навчальних закладах.

У 1644 році талановитий юнак отримав запрошення від багатої та впливової людини —маркіза Корнеліо Мальвазії (1603—1664), болонського сенатора, — працювати в його приватній обсерваторії в Панцано, що поблизу м. Болоньї. Цікавий факт: маркіз Мальвазія дуже захоплювався астрологією; на щастя, молодий Джованні Кассіні, переконавшись сам у безглуздості астрології, зумів переконати в цьому і свого покровителя-маркіза — принаймні, так стверджують деякі дослідники історії науки.

Працюючи в обсерваторії маркіза Мальвазії, 19-річний Джованні, звичайно, продовжив свою астрономічну освіту, а допомогли йому в цьому відомі італійські вчені Джованні Річчолі (1598—1671) та Франческо Грімальді (1618—1663). Так промайнуло п’ять років — і ще зовсім молодий Дж.-Д. Кассіні, після смерти знаного математика Бонавентури Кавальєрі (1598—1647), за протекцією маркіза Мальвазії, у 1650 р. став на посаду професора астрономії Болонського університету. У цьому осередку освіти й науки він плідно трудився майже два десятиліття.

Джованні Кассіні у ті роки став добре відомим серед астрономічної спільноти, бо вже чимало зробив у царині науки про небо. Зокрема, у храмі св. Петронія (базиліка Сан-Петроніо) він поновив полуденну лінію, що її раніше провів італійський священнослужитель і вчений Ігнатій (Іньяціо) Данті (1536—1586). Щоб пояснити, що таке полуденна лінія, треба мати поняття про небесну сферу, полюси світу та небесний меридіан.

Небесна сфера — це уявна сферична поверхня довільного радіуса, центр якої перебуває в оці спостерігача; можна вважати, що зорі, планети й інші небесні світила містяться на небесній сфері. Пряма, що паралельна осі добового обертання Землі й проходить через центр небесної сфери, називається віссю світу. Ця пряма перетинає небесну сферу у двох точках, які мають назву північний і південний полюси світу. Коло на небесній сфері, що проходить через полюси світу і зеніт точки спостережень, називають небесним меридіаном. Проекція небесного меридіана на площину горизонту і є полуденною лінією. У момент полудня тінь від вертикального предмета лягає вздовж полуденної лінії; у цей момент центр Сонця перетинає небесний меридіан, або, як кажуть астрономи, перебуває у верхній кульмінації для заданого місця спостережень.

Послуговуючись поновленою полуденною лінією в базиліці, Дж.-Д. Кассіні виконав чимало астрономічних спостережень. Серед інших його заслуг того часу: опублікував наукові нотатки про комети, видимі в 1652 і 1664 роках, а також склав таблиці руху (ефемериди) супутників Юпітера й нові, досконаліші від наявних тоді, сонячні таблиці. Таблиці руху небесних тіл містять відомості, де на небесній сфері перебуває світило (небесне тіло) в той чи той момент часу. Крім того, цей італійський астроном на основі власних телескопічних спостережень довів факт осьового обертання деяких планет. Про ці наукові здобутки Дж.-Д. Кассіні докладніше скажемо нижче.

Далі величезну роль у житті Джованні Кассіні відіграла ухвала Паризької Академії наук (АН), за згодою короля Людовика XIV (1638—1715), заснувати астрономічну обсерваторію у Франції. Створена 1666 року, Академія наук на першому же своєму засіданні 22 грудня 1966 р. постановила спорудити королівську обсерваторію — першу державну обсерваторію в Європі. Організацією обсерваторії, як і Паризької АН, опікувався французький високопосадовець, міністр короля Людовика XIV, Жан-Батист Кольбер (1619—1683).

Будівлю Паризької обсерваторії спроектував французький архітектор Клод Перро (1613—1688), брат всесвітньо відомого дитячого письменника Шарля Перро — автора казок «Кіт у чоботях», «Попелюшка», «Спляча красуня», «Червона шапочка» та ін. Місце для обсерваторії обрали далеко (на той час) від Парижа; зазвичай обсерваторії так і розміщують — на значній віддалі від великих поселень, щоб освітлення та інші фактори не заважали проводити астрономічні спостереження.

Вісь симетрії будівлі Паризької обсерваторії збігалася з місцевим меридіаном — відтоді його називають паризьким меридіаном. У червні 1667 р., в день літнього сонцестояння, учені Паризької АН на місці майбутньої споруди обсерваторії позначили на землі лінію меридіана та інші напрямки, потрібні для точного орієнтування будівлі відносно сторін світу.

У 1669 р. один із з перших астрономів Паризької АН, майстерний спостерігач, абат Жан Пікар (1620—1682), з ініціативи якого і розпочали зведення державної обсерваторії, порадив згаданому вище королівському міністрові Ж.-Б. Кольберові доручити керівництво цією обсерваторією Джованні Кассіні. Жан-Батист Кольбер прислухався до цієї поради.

Так почався паризький період життя вже досвідченого, висококваліфікованого італійського астронома. Джованні Кассіні вирушив до Парижа в лютому 1669 р. і провів у дорозі майже 40 днів — настільки довгими були тоді подорожі навіть до сусідньої країни. Прибувши до французької столиці, Дж.-Д. Кассіні зразу ж поринув у роботу: треба було керувати спорудженням обсерваторії, внести деякі зміни до плану її будівлі, подбати про інструменти для астрономічних спостережень тощо.

У 1671 р. зведення Паризької обсерваторії завершили, поступово її обладнали потужними астрономічними інструментами, які давали змогу дуже продуктивно спостерігати небесні світила. А першим інструментом Паризької обсерваторії став квадрант радіусом у півтора метра, оснащений невеликим телескопом. Квадрант являє собою чверть розділеного круга, розміщену у вертикальній площині прямовисно. Він дає змогу вимірювати висоти світил і реєструвати моменти проходження світил через вертикал або меридіан. Вертикалом називають коло на небесній сфері, яке проходить через зеніт, надир і задану точку небесної сфери, а висота світила — це дуга вертикала між площиною горизонту і світилом. Оскільки квадрант призначений для визначення положень світил на небі, то він є астрометричним інструментом. Астрометрія — це найдавніший розділ астрономії, який вивчає геометричні та кінематичні характеристики небесних тіл: положення на небесній сфері, рухи та ін.

З вересня 1673 р. Дж.-Д. Кассіні мешкав на території обсерваторії. У середині 1670-х років він одружився з француженкою Женев’євою Делестр (de Laistre), дочкою генерал-лейтенанта Клермон-ан-Бовезі. Того ж року він став громадянином Франції, змінивши ім’я з Джованні-Доменіко на Джан-Домінік.

Дж.-Д. Кассіні був директором Паризької обсерваторії до кінця своїх днів — понад чотири десятиліття. У 1711 р. він втратив зір, а наступного року, 14 вересня, помер у Парижі у віці 87 років.

Після смерті Джана-Домініка Кассіні директором цієї астрономічної установи став його син Жак Кассіні (1677—1756), пізніше її очолювали його внук Цезар-Франсуа Кассіні (1714—1784) та правнук Жан-Домінік Кассіні (1748—1845). Загалом, представники астрономічної династії Кассіні керували Паризькою обсерваторією понад 120 років (!), аж до 1793 року. Додамо, що в наш час Паризька обсерваторія успішно функціонує і є найстарішою із діючих обсерваторій у світі; її сайт: Observatoire de Paris .

А тепер докладніше про наукові здобутки Джана-Домініка Кассіні. Основні його роботи стосуються спостережної астрономії. Дж.-Д. Кассіні був навдивовижу майстерним спостерігачем Сонця, Місяця, планет і їхніх супутників. В Італії цей вправний астроном провів величезну кількість позиційних спостережень Сонця за допомогою меридіанного інструмента (спостереження в меридіані; горизонтальну вісь інструмента встановлено в напрямку схід—захід). За результатами цих спостережень він склав нові сонячні таблиці (ефемериди Сонця), які опубліковано 1662 року.

У 1664 р. Дж.-Д. Кассіні став спостерігати поверхні планет, послуговуючись великими та якісними телескопами. Того ж року він досить точно визначив період осьового обертання Юпітера (приблизно 10 год), описав систему смуг на юпітеріанській поверхні, а також виміряв сплюснутість цієї планети. Через два роки вчений про спостерігав поверхню Марса і за її деталями з високою точністю визначив період його осьового обертання: 24 год 40 хв. Ще одна велика праця Джана Кассіні — таблиці руху супутників Юпітера (1668 р.; виправлені в 1693 р.), які набули широкого вжитку серед астрономів і мореплавців.

Джан-Домінік Кассіні відкрив чотири супутники Сатурна: Япет (1671 р.), Рею (1672 р.), Тефію чи Тетіс (1684 р.) та Діону (1684 р.). Япет (його середній діаметр становить приблизно 1500 км) має кілька цікавих особливостей, зокрема одна його півкуля дуже темна, а друга, навпаки, дуже світла, яскрава; темну частину названо областю Кассіні (лат. Cassini Regio). На сайті Національного аерокосмічного агентства США (NASA) подано тривимірну (3D) модель цього унікального космічного тіла: Iapetus (за допомогою комп’ютерної мишки зображення Япета можна повертати і бачити різні частини його поверхні).

Крім того, вчений виявив (1675 р.), що кільце Сатурна складається з двох частин, розділених темною смугою — її названо щілиною Кассіні. Він висловив правильний здогад, що кільце Сатурна є системою величезної кількості окремих малих тіл.

Чималий внесок зробив Джан Кассіні у вивчення Місяця. Він спостерігав за його рухом, багато років вивчав деталі на його поверхні і склав якісну карту нашого природного супутника (1679 р.).

У 1672 році Дж.-Д. Кассіні взяв участь у спостереженнях Марса під час його протистояння (опозиції) зі Сонцем, тобто тоді, коли в просторі Марс, Земля й Сонце перебували на одній прямій лінії, при цьому наша планета містилася між Марсом і Сонцем. Метою цих спостережень було визначити відстань від Землі до Сонця. Джан Кассіні та згаданий вище французький астроном Жан Пікар спостерігали в Паризькій обсерваторії, а їхній колега Жан Ріше (1630—1696) помандрував для цього аж у Південну Америку, в м. Кайєнну (адміністративний центр французького заморського департаменту Гвіана), розміщене поблизу екватора, — ця експедиція зайняла аж два роки. Спостереження виявилися успішними: відстань від Землі до Сонця оцінено в 140 млн км; ця величина близька до істинного значення (приблизно 150 млн км).

Дж.-Д. Кассіні дав перший науковий опис зодіакального світла (1685 р.) і запропонував саму назву для цього явища, яку вживають дотепер. Він спостерігав зодіакальне світло в Паризькій обсерваторії протягом десятка років, починаючи з 1683 р.

Це явище помітили ще народи Давнього Єгипту, Давньої Греції та ін. Воно полягає в тому, що певна частина нічного неба світиться, причому світіння найінтенсивніше в ділянці зодіакальних сузір’їв. Зазвичай видно дифузний світний конус, що простягається вздовж екліптики та розширюється в напрямку до горизонту. Зодіакальне світло зумовлене розсіюванням сонячних променів на часточках міжпланетного пилу, тобто має космічне походження. На це першим вказав саме Джан Кассіні, а до того вважали, що зодіакальне світло виникає через метеорологічні явища.

Ще одна велика заслуга Дж.-Д. Кассіні: він запропонував першу досить точну теорію атмосферної рефракції, засновану на законі Снелліуса (законі синуса). Цей закон відомий нам ще зі школи, він описує заломлення світла на межі двох прозорих середовищ і формулюється так: кут падіння світла на поверхню зв’язаний із кутом заломлення співвідношеннями: n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂, де n₁ — показник заломлення середовища, з якого світло падає на межу; θ₁ — кут падіння світла; n₂ — показник заломлення середовища, в яке світло потрапляє; θ₂ — кут заломлення світла.

Світло від небесних тіл заломлюється, проходячи крізь атмосферу, отже, напрям променя від небесного тіла змінюється. Таким чином, рефракція дуже відчутно впливає на якість астрономічних спостережень, тому дуже важливо вміти точно враховувати це явище. Рефракцію описують деякою теорією, що базується на тому чи тому уявленні про будову атмосфери, і таблицями, обчисленими за цією теорією для деяких середніх умов (температура, тиск, вологість повітря). У 1667 р. Дж.-Д. Кассіні склав досить точну таблицю рефракції, яка неабияк допомогла при опрацюванні результатів астрономічних спостережень.

Джан-Домінік Кассіні був обдарований не тільки здібностями до науки. Він мав ще і поетичний талант, замолоду написав багато віршів. Сучасники відмічали його спокійний, добрий, мирний характер і глибоку релігійність: навіть свою майже повну сліпоту він переживав без нарікань.

На честь Дж.-Д. Кассіні названо кратер на Місяці (водночас його названо на честь Жака Кассіні), кратер на Марсі та астероїд Головного поясу (24101) Кассіні (24101 Cassini). Цікаво, що один з астероїдів Головного поясу названо на честь невеликого поселення Перинальдо (7556 Perinaldo) — батьківщини Дж.-Д. Кассіні. На честь цього знаменитого європейського вченого назвали міжнародну автоматичну міжпланетну станцію (АМС) «Кассіні—Гюйґенс» («Cassini−Huygens»), що стартувала із Землі 1997 року і впродовж 2004—2017 рр. досліджувала Сатурн, його супутники та кільця, а її посадковий модуль здійснив успішну посадку на супутник Сатурна Титан.

У липні 2004 р. АМС вийшла на сатурноцентричну орбіту (оберталася навколо Сатурна), у грудні того ж року спускний модуль «Гюйґенс» відділився від орбітального модуля «Кассіні» (першого штучного супутника Сатурна) і в середині січня 2005 року ввійшов в атмосферу Титана, забезпечивши м’яку посадку автоматичної станції на його поверхню. Упродовж цієї космічної місії, завершеної 2017 року, здійснено 162 прольоти біля супутників Сатурна, на Землю передано майже півмільйона знімків. На основі даних місії докладно вивчено атмосфери Сатурна й Титана (склад, температура, вітри), супутники та кільця Сатурна, виявлено русла висохлих рік на поверхні Титана, водяний океан під поверхнею Енцелада, сім нових супутників Сатурна, зроблено дуже багато інших відкриттів. Для ілюстрації додаємо кілька світлин з борту цієї АМС. Веб-сторінки місії: Cassini-Huygens та NASA.

АвторЛ.М. Свачій, кандидат фізико-математичних наук, Головна астрономічна обсерваторія НАН України

За темою: Астрономія

№5, 2025

Астрономія — найдивовижніша з наук

№2, 2025

Олександр Костянтинович Кононович – один із перших вітчизняних астрофізиків

№10, 2024

Київський меридіан