Использование предметов, напоминающих линзы, имеет многовековую историю. Сама технология линзирования существует около 4000 лет; впрочем, линзы длительное время использовались не только в связи со своими оптическими свойствами, но и в качестве украшения. В V веке до н.э. в Древней Греции были сделаны подробные описания оптических свойств сфер, заполненных водой. В последующие столетия появились сочинения по оптике, из которых следует отметить труд Птолемея «Оптика», описывающий свойства света, включая отражение, преломление и цвет, а также сочинения персидского математика Ибн Сахла и арабского физика Ибн аль-Хайсама, который также был математиком, механиком и астрономом. Использование линзовой технологии для производства очков берёт начало в Северной Италии, начиная с конца XIII века, при этом массовое использование вогнутых линз для коррекции близорукости началось с 1451 года благодаря изобретению Николая Кузанского – замечательного немецкого учёного-энциклопедиста – католического епископа, занимавшегося философией, астрономией, математикой, теологией, юриспруденцией.

Тем не менее, технология линзирования не использовалась для изучения удалённых астрономических объектов вплоть до начала XVII века. Лишь в 1608 году нидерландский изобретатель из города Мидделбург Иоганн (Ханс) Липперсгей подал заявку на патент на инструмент для наблюдения за объектами на большом расстоянии, как если бы они находились рядом. Уже через несколько недель другой голландский изготовитель инструментов Якоб Метиус подал заявку на аналогичный патент. Рассмотрением патентных заявок в то время ведали Генеральные Штаты, исполнявшие функции представительного органа Нидерландов. Знание об изобретении на момент распространения заявок, по всей видимости, уже получило значительное распространение, поэтому патент на изобретение выдан не был, однако голландское правительство заключило с Липперсгеем контракт на изготовление копий его изобретения.

Новая конструкция получила практически мгновенное распространение по всей Европе – так, уже летом 1609 года английский астроном, математик, переводчик и этнограф Томас Хэрриот использовал телескоп с шестикратным увеличением для наблюдения за Луной. Примерно в это же время, в июне 1609 года, итальянский астроном, физик и инженер Галилео Галилей посетил Венецию и услышал там о «голландском перспективном стекле» - военном подзорном телескопе, приближавшем удалённые объекты. Возвратившись из Венеции в Падую, Галилей сразу же приступил к изготовлению телескопа.

К 1609 году Галилей уже обладал хорошими знаниями в области математики, полученными им в Пизанском университете, где он также совершил своё первое открытие – изохронизм колебаний маятника, а также блестяще изучил механику и гидравлику во Флоренции, где он изобрёл прибор для гидростатического определения удельного веса тел, а также провёл исследования центра тяжести твёрдых тел. Знания в области физики Галилео Галилей существенно расширил в период преподавания в Пизе, где он занимался исследованиями в области теории движения, и особенно в период преподавания в Падуанском университете, где он занимался исследованиями в области механики. В свой Падуанский период Галилей также организовал собственную мастерскую, где проводил эксперименты и изготавливал инструменты, которые продавал для увеличения своего дохода. Он сконструировал там машину для подъёма воды на более высокие уровни, которая стала впоследствии применяться в общественных целях. Галилео Галилей также изготовил новую модификацию компаса. Кроме того, Галилей начал проявлять большой интерес к изучению астрономических явлений, читая лекции по астрономии, в том числе связанные с появлением сверхновой 1604 года.

Обладая блестящими знаниями в области математики, астрономии, физики и инженерного дела, а также большим практическим опытом изготовления различных приборов и инструментов в собственной мастерской, в том числе собственных уникальных изобретений, получив сведения о новом чуде инженерной мысли – телескопе, Галилео Галилей сумел создать первый вариант телескопа уже на следующий день после возвращения в Падую. Телескоп использовал вогнутую окулярную линзу на одном конце свинцовой трубки и выпуклую объективную линзу на другом конце трубки – этот телескоп-рефрактор впоследствии назвали телескопом Галилея. Именно телескоп Галилея и был впервые назван «телескоп» - это название было придумано греческим математиком Джованни Демизиани и образовано от греческих слов «tele» («далеко») и «skopein» («смотреть», «видеть»).

Уже через несколько дней после создания первой версии телескопа Галилей создал усовершенствованную версию, представив его публике в Венеции – сенат сразу же назначил его пожизненным лектором в Падуе и удвоил ему зарплату.

Галилео Галилей продолжил совершенствовать свою модель – он последовательно создал телескопы с 3-кратным, 8-кратным, и наконец, телескоп с 23-кратным увеличением длиной почти один метр с объективом 37 мм (который мог уменьшаться до 12-16 мм).

В октябре-ноябре 1609 года Галилео Галилей начал астрономические наблюдения с использованием этого телескопа, которые включали в себя в разное время в том числе: наблюдение за холмами и долинами на Луне; наблюдение за фазами Венеры; наблюдение за фазами на Солнце с использованием метода проекции. Одно из важнейших открытий было сделано Галилео Галилеем в ходе систематического наблюдения им Юпитера с помощью телескопа, которое было начато им 7 января 1610 года. Галилей сразу же увидел рядом с Юпитером три неяркие точки, которые первоначально он принял за звёзды. Он начал ежедневные наблюдения за этими объектами. В дальнейшем число точек возле Юпитера менялось ежедневно: 8 января наблюдались две точки, 11 января – две точки, 12 января – две точки, а 13 января Галилей впервые наблюдал четыре точки рядом с Юпитером. Наблюдая за изменением положения этих объектов, за их появлением и исчезновением в поле зрения, Галилей заключил, что эти объекты были не звёздами, а небесными телами, обращающимися вокруг Юпитера. Открытие четырёх спутников Юпитера Галилео Галилеем стало первым в истории открытием небесных тел, вращающихся не вокруг Земли.

Результаты исследований были опубликованы Галилеем в Венеции в марте 1610 года в книге под названием Sidereus Nuncius (лат. «Звёздный вестник»). Галилей первоначально назвал спутники «звёздами Медичи» в честь своего покровителя Козимо II де Медичи, Великого герцога Тосканского. Как указал Галилей в «Звёздном вестнике», «поскольку я, как первооткрыватель, должен назвать эти новые планеты, я желаю, в подражание великим мудрецам, поместившим среди звёзд самых замечательных героев того времени, посвятить их светлейшему герцогу Козимо II де Медичи, великому герцогу Тосканскому». Великий герцог Тосканы Козимо II Медичи был главным покровителем и другом Галилео Галилея, которого он знал ещё в юности и сделал придворным математиком и философом, обеспечив ему финансовую поддержку и защиту для научных исследований. Работа «Звёздный вестник» была выполнена также при поддержке Козимо II Медичи.

В «Звёздном вестнике» Галилей привёл иллюстрации Юпитера и его спутников за каждую ночь с конца января и вплоть до начала марта 1610 года. Галилей обратил внимание на то, что спутники меняли положение относительно Юпитера каждую ночь, при этом всегда появлялись на одной и той же линии вблизи него. Галилей отметил, что вращения были настолько быстрыми, что наблюдатель может получать изменение положения каждый час. В своих рисунках Галилей использовал открытый круг для изображения Юпитера и звёздочки для обозначения четырёх спутников; он сделал это, чтобы показать различия между двумя типами небесных тел.

В астрономическом трактате «Звёздный вестник» Галилео Галилей перечислил результаты своих астрономических наблюдений с помощью телескопа – не только за спутниками Юпитера, но и за Луной, за сотнями звёзд Млечного пути. В работе также содержатся рисунки и диаграммы Луны, созвездий, таких как Орион, Плеяды и Телец. В работе Галилей сделал вывод о том, что более тёмные области Луны – это плоские, низменные участки, а более светлые области – шероховастые и гористые участки. Галилей довольно точно определил, что лунные горы имеют высоту не менее четырёх миль. Галилей сообщил в своём исследовании, что через телескоп он увидел по меньшей мере в десять раз больше звёзд, чем видно невооружённым взглядом. Так, в созвездии Плеяды невооружённым взглядом видно только шесть звёзд, а в телескоп Галилей увидел тридцать пять. В созвездии Орион невооружённым взглядом наблюдается девять звёзд, а в телескоп Галилей увидел восемьдесят. Галилей также наблюдал в телескоп «туманные» звёзды из звёздного каталога Птолемея, и обнаружил, что эти «туманные» звёзды на самом деле состоят из множества маленьких звёзд. На этом основании Галилей сделал вывод о том, что туманности, как и сам Млечный Путь, представляют собой скопления многочисленных звёзд, объединённых в кластеры, отдельные звёзды в которых невозможно различить невооружённым взглядом.

Названия спутников – Ио, Европа, Ганимед и Каллисто – были предложены немецким астрономом Симоном Мариусом. Мифологические имена спутников были даны в честь персонажей, связанных с Зевсом в древнегреческой мифологии. Зевс и Юпитер, по сути, один и тот же верховный бог неба и грома в греческой (Зевс) и римской (Юпитер) мифологиях. Ио был назван в честь жрицы Геры и возлюбленной Зевса, Европа – в честь дочери финикийского царя, похищенной Зевсом, Ганимед – в честь сына троянского царя Троса, похищенного зевсовым орлом на Олимп, Каллисто – в честь дочери царя Аркадии Ликаона. Симон Мариус пытался также заявить о своём приоритете в открытии четырёх спутников Юпитера, утверждая, что наблюдал их в Нюрнберге ещё в 1609 году, однако результаты его исследований были опубликованы им лишь в 1614 году, поэтому приоритет в открытии четырёх спутников остался за Галилеем. При этом некоторые исследователи полагают, что один из спутников Юпитера (Каллисто либо Ганимед) наблюдал ещё китайский астроном Гань Дэ в 364 г. до н.э.

Открытие четырёх спутников Юпитера – Ио, Европы, Ганимеда и Каллисто – и доказательство вращения вокруг Юпитера сразу четырёх небесных тел стало важным аргументом в пользу гелиоцентрической системы Николая Коперника. Практические наблюдения в телескоп предоставили дополнительные аргументы в пользу эту концепции мироздания.

В апреле 1610 года Иоганн Кеплер стал первым астрономом, публично поддержавшим выводы Галилео Галилея. В августе 1610 года Кеплер опубликовал независимое подтверждение выводов Галилея. В декабре 1610 года выводы Галилея подтвердил влиятельный римский астроном Клавиус.

После открытия спутников Галилей приобрёл общеевропейскую славу, он стал известным по всей Европе, в его честь стали сочинять оды, его открытия пользовались вниманием у коронованных особ.

Галилей принял предложение Великого герцога Тосканы Козимо II Медичи и перебрался во Флоренцию. Его покровитель обещал ему почётное и доходное место советника при тосканском дворе. Получив это место, Галилео Галилей смог выплатить накопившиеся долги, а в научных исследованиях Галилей добился значительных успехов в области создания новой механики. Однако если в Венеции он был недоступен для инквизиции, то во Флоренции после смерти Козимо II Медичи и после определения гелиоцентризма как ереси католической церковью он начал подвергаться преследованиям из-за своих коперниканских взглядов. В 1633 году Галилей был арестован, против него был проведён инквизиционный процесс, он был приговорён к тюремному заключению, сумев избежать сожжения на костре. Ему пришлось на коленях произнести текст отречения от коперниканских гелиоцентрических взглядов. И после освобождения из заключения он находился под наблюдением инквизиции до конца своих дней.

С 1981 по 1992 год в католической церкви по инициативе Папы Римского Иоанна Павла II работала комиссия по реабилитации Галилео Галилея. Лишь 31 октября 1992 года Иоанн Павел II официально признал на пленарном заседании Папской академии наук, что инквизиция совершила ошибку, силой вынудив Галилея отречься от теории Коперника.

В 1991 году Галилео Галилей был включён в Международный зал космической славы за его новаторские телескопические наблюдения, которые заложили основы современной астрономии (открытие кратеров на Луне, фаз Венеры, спутников Юпитера, доказательство системы Коперника). Международный зал космической славы является частью Космического центра имени Кеннеди (НАСА) и представляет собой музей в городе Тайтусвилл в штате Флорида, США, и посвящён выдающимся личностям в освоении космоса.

У Юпитера к настоящему времени открыто по меньшей мере 97 спутников, однако самыми крупными и представляющими наибольший интерес для научных исследований являются Ио, Европа, Ганимед и Каллисто, открытые Галилео Галилеем. Спутник Ио интересен наибольшим уровнем геологической активности среди всех тел Солнечной системы – на нём действуют более 400 вулканов, которые постоянно извергаются. Высокий уровень геологической активности Ио вызван мощными приливными силами Юпитера. Каллисто интересен наличием огромного подземного океана под ледяной коркой. Ганимед является единственным спутником с собственной магнитосферой и также, возможно имеет потенциальный подземный океан жидкой воды под ледяной корой. Такой же океан, возможно, есть у спутника Европы, причём следы выбросов углекислого газа и воды делают его ключевым объектом для исследований с целью поиска внеземной жизни, как и спутники Ганимед и Европа. Последние исследования аппарата Europa Clipper и данные, поступившие в январе 2026 года, указали на отсутствие необходимой геологической активности на дне океана (вулканов, тектонических процессов), которая могла бы обеспечить источники энергии и химические вещества для зарождения жизни на Европе. Однако исследования в рамках миссий NASA Europa Clipper и миссии JUICE Европейского космического агентства, фокусирующихся также на Ганимеде и Каллисто, будут продолжены.

Думается, что спутник Ио также не следует исключать из исследований с целью поиска внеземных форм жизни, поскольку высокая вулканическая активность спутника может создать среду для развития форм жизни, основанных на сероводороде. Интерес в этой связи представляет планируемая миссия NASA совместно с Аризонским университетом и Лабораторией прикладной физики, которая должна стартовать в январе 2029 года и прибыть на место в августе 2033 года. Сбор материала планируется в рамках 10 сближений с поверхностью Ио, однако было бы целесообразно модифицировать миссию для сбора материала непосредственно с грунта спутника.

Эпохальное открытие четырёх спутников Юпитера - Ио, Европы, Ганимеда и Каллисто – Галилео Галилеем знаменовало собой настоящий прорыв в астрономии. Вооружившись достижениями оптики, воспользовавшись изобретением телескопа и применив новые знания для совершения прорывных открытий, Галилей на примере Юпитера показал, что спутники существуют у других планет и вращаются вокруг них. В дальнейшем открытие новых спутников у планет продолжалось – так, в 1655 году голландский астроном Христиан Гюйгенс открыл спутник Сатурна Титан, а в 1671-1684 годах итальянский и французский астроном Джованни Кассинни открыл другие спутники Сатурна – Япет, Рею, Тефию и Диону. В 1787-1789 годах английский астроном Уильям Гершель открыл спутники Урана – Титанию и Оберон, а также новые спутники Сатурна – Энцелад и Мимас. В 1846 году британский астроном Уильям Ласселл открыл спутник Нептуна Тритон, в 1851 году он открыл спутники Урана Ариэль и Умбриэль, а за три года до этого совместно с Уильямом и Джорджем Бондом он открыл очередной спутник Сатурна – Гиперион. В 1877 году американский астроном Асаф Холл открыл спутники Марса – Деймос и Фобос. В 1892 году американский астроном Эдвард Барнард открыл спутник Юпитера Амальтею, а в 1898 году американский астроном Уильям Пикеринг открыл Фебу – уже девятый спутник Сатурна. В XX-XX1 веках было открыто огромное количество новых спутников у планет Солнечной системы различными исследователями, в том числе спутники начали открывать у карликовых планет, например, у карликовой планеты Эрида был открыт спутник Дисномия, а у карликовой планеты Хаумеа были открыты спутники Хииака и Намака.

Новые перспективы открывает поиск экзоспутников за пределами Солнечной системы. К настоящему времени открыты уже тысячи экзопланет, а вот изучение экзоспутников, по сути, только начинается. Есть несколько кандидатов на эту роль, обнаруженные с помощью транзитного метода, с помощью выявления следов натриевого облака и по другим признакам. Как представляется, подтверждённые открытия экзоспутников знаменуют собой новую эру в астрономии и переход на новый уровень исследований. Надеюсь, что совершенствование имеющихся и появление новых методов наблюдений, а также использование возможностей межпланетных миссий позволит учёным открыть ещё множество спутников, в том числе за пределами Солнечной системы, изучить их свойства, различия, механизм образования и эволюцию, возможность появления на них жизни. Однако начало исследованиям спутников внеземных планет положило именно открытие Галилео Галилеем четырёх «лун» Юпитера в 1610 году после начала использования телескопа для астрономических исследований, что знаменовало собой качественно новый этап развития астрономии. 

Юрий Понажев, АГО, Смоленск