Фридрих Вильгельм Бессель

Фридрих Вильгельм Бессель

Фридрих Вильгельм Бессель (нем. Friedrich Wilhelm Bessel, 22 июля 1784, Минден — 17 марта 1846, Кёнигсберг) — немецкий математик и астроном XIX века. В его честь названы функции Бесселя и неравенство Бесселя.

Обзор

Учение Бесселя в гимназии шло плохо, и потому он был отдан учеником и конторщиком в торговый дом в Бремене. Здесь, готовясь к участию в торговых экспедициях в южные страны, Бессель принялся изучать кораблевождение и мореходное дело, после чего перешёл к астрономии и математике. В 1804 году Бессель уже мог самостоятельно обработать наблюдения над кометой 1607 г.; эта работа познакомила его с Ольберсом и другими астрономами своего времени. Хотя перед ним открывалась торговая карьера, он предпочёл «бедность, но звёзды», и принял должность помощника знаменитого наблюдателя в его обсерватории в Лилиентале близ Бремена. С 1810 года ареной его деятельности стал Кёнигсберг.

Обсерватория в Кёнигсберге была построена под руководством Бесселя в 1810—1812 гг.; оборудование обсерватории изготовлялось по чертежам Бесселя и послужило прототипом и образцом для всех других обсерваторий этой эпохи. Преподавательской карьере в Кёнигсбергском университете препятствовало отсутствие у Бесселя учёных степеней, поэтому стараниями друзей в 1811 году философский факультет Гёттингенского университета заочно присвоил Бесселю, который никогда не учился ни в гимназии, ни в университете, степень доктора. Работы Бесселя имели исключительное значение для развития астрономии.

Наибольшая заслуга Бесселя состояла в коренной реформе измерительной астрономии, в установлении простых и в то же время точных методов обработки наблюдений. Из отдельных работ Бесселя важнейшая состояла в том, что им была решена вековая задача о параллаксе звёзд, о масштабе вселенной: Бессель первый измерил расстояние от звезды до Солнца.

Не менее важны работы Бесселя в геодезии. Здесь он так же, как и в измерительной астрономии, выработал инструменты и методы, употребляемые до сих пор, и оставил после себя теоретические работы. Произведённая им совместно с Бейером триангуляция Восточной Пруссии (1832) считается образцом подобного рода работ. Из 10 триангуляций Бессель вычислил размеры земного сфероида). Похоронен Бессель был на так называемом университетском «профессорском кладбище»; мраморная плита его памяти находится сегодня в Калининграде на холме между Гвардейским проспектом и ул. Галицкого.

Детство, отрочество и первое открытие

Немецкий астроном и математик Фридрих Вильгельм Бессель родился 22 июля 1784 в небольшом городе Минден в провинции Вестфалия на северо-западе Германии. Бессель происходил из старинного, но не отличавшегося социальной однородностью рода. Древнейшие из известных предков астронома жили в Лифляндии в XV веке, представители более поздних поколений как с отцовской, так и с материнской стороны происходили из провинций Северо-Западной Германии. Среди них были купцы, чиновники, ремесленники, теологи, пасторы. Со времён Реформации все предки Бесселя исповедовали евангелическое вероучение.

По словам Бесселя, его предки в прошлом владели значительными земельными угодьями, утраченными со временем по неизвестным причинам.

Отец Фридриха Вильгельма, Карл Фридрих Бессель, был чиновником невысокого ранга — он служил советником юстиции в Миндене. Мать, Эрнестина Бессель, урождённая Шрадер, происходила из пасторской семьи, проживавшей в городе Реме. Бессель вспоминал о своих родителях как о людях очень честных, высоко ценил ум отца и отмечал беззаветную любовь матери к близким. У Бесселя было 2 брата и 6 сестёр. Несмотря на скромные доходы отца, родителям удалось дать своим детям приличное воспитание и образование: Карл и Людвиг пошли по юридической части, а Фридрих стал всемирно известным учёным. Бессель вспоминал потом о годах, проведённых в родительском доме, как о «золотом веке жизни». Мальчик рос умным и любознательным, однако в гимназии слыл посредственным учеником и даже не успевал по латыни. Не одна лишь лень была причиной этому — уже в это время в нём проявилась одна из его характерных черт: отвращение к занятиям ради занятий и одновременно всепреодолевающая тяга к знаниям, приносящим очевидную и непосредственную пользу, которые немедленно можно приложить к живому делу. Сухой и отвлечённый гимназический курс не удовлетворял любознательности юного Бесселя, и в возрасте тринадцати лет, заручившись поддержкой своего учителя математики, просит отца забрать его из гимназии с тем чтобы продолжать обучение самостоятельно. Под контролем отца он занимается географией, математикой, письмом и французским языком. Это, надо полагать, было одним из первых шагов, в результате привёдшим Бесселя к вершинам науки.

Первое открытие Бесселя — тоже в отроческие годы. Изучая небо, мальчик обнаружил, что слабая звёздочка в созвездии Лиры, образующая вместе с Вегой и третьей звездой равносторонний треугольник, — двойная, в то время как на звёздной карте она была изображена в виде одной звезды! Это была ε Лиры — система 4.5 звездной величины, удаленная от нас на 40 парсек. Для невооруженного глаза, как правило, она выглядит как одиночная звезда. В бинокль или просто при остром зрении, какое было у Бесселя, она выглядит двойной, состоящей из двух широко расставленных белых звёзд 5-й величины. Их взаимное обращение происходит с периодом около 244 тыс. лет. Но если посмотреть на эти звезды в телескоп с увеличением 100‒200 раз, то каждая из них разделится на две с несколько меньшими расстояниями. У первой пары орбитальный период 1200 лет, у второй — 720 лет. Все четыре звезды очень похожи друг на друга: имеют блеск от 5 до 6 звездной величины и спектральные классы A4-F1. ε Лиры известна как Двойная Двойная. Бессель не раз потом обращался к этой звёздной паре для проверки остроты своего зрения. Десять лет спустя он почти не различал двух звёздочек, а на склоне лет он едва видел эту двойную даже как одиночную звезду.

На самом деле, Бессель действительно увлекался астрономией в отроческие годы, но не более, чем другими предметами, его любознательность простиралась во многих направлениях. Тогда ещё ни сам Бессель, ни его родители не думали об астрономии как о чём-то серьёзном, чему можно было бы посвятить всю жизнь. Предполагалось, что будущие занятия сыновей должны были обеспечить им приличное положение в обществе и материальное благополучие. Поэтому Фридрих был вполне счастлив, когда его отдали в ученики в солидную торговую фирму в Бремене. К тому же занятия коммерцией предполагали занятия счётом, а это ему всегда нравилось.

Бремен, начало учения и планы на будущее

1 января 1799 года отец привёз Фридриха Вильгельма Бесселя в Бремен, где тому предстояло начать самостоятельную жизнь. Семь лет, проведённых в Бремене, выявили подлинное призвание Бесселя. Это был непростой и временами болезненный процесс, в результате которого молодой Бессель, приехавший в Бремен с решимостью стать коммерсантом, спустя семь лет отказался от блестяще начатой коммерческой карьеры и навсегда связал свою жизнь с наукой.
2 января 1799 года Бессель получил своё первое рабочее место. По условиям договора он должен был в течение семи лет обучаться конторскому делу, после чего мог рассчитывать на место служащего в компании «Андреас Готлиб Куленкамп и сыновья». На время ученичества хозяева предоставляли ему жильё и пропитание, за что он должен был выполнять работу конторщика.
Шумный, разноязычный портовый город захватил его; перед его глазами развернулись крупные торговые дела, и его действительно интересовали занятия. Благодаря энергии и усердию его авторитет заметно возрос, и в конце года он даже получил поощрение в виде 5 фридрихсдоров . Это была достаточно осязаемая сумма в то время.
В это время в Европе назревали крупные политические события — начиналась эпоха Наполеоновских войн. Фирма Куленкампа получает целый ряд выгодных контрактов, что прибавило в том числе работы служащим. Но Бесселя эта возросшая нагрузка на работе вовсе не выбила из колеи, а когда заказы были выполнены, он обнаружил, что располагает достаточно большим количеством свободного времени.
Бессель всё чаще задумывался о своём будущем, и в конце концов решил, что ему ближе профессия торгового агента фирмы, чья обязанность была сопровождать корабли с товаром — при этом он мог и применить свои познания из области коммерции и испытать суровую романтику дальних странствий. Тут проявляется и ещё одна из его черт — поставив перед собой пусть и отдалённую цель, он немедленно приступает к делу. Он учится языкам, за три месяца он вполне овладел английской разговорной речью, учит испанский. По книгам изучает историю, теорию и практику торговли. Он решает овладеть астрономической частью навигации. Он считал, что в любом случае мореплавателю будет полезно уменье независимо от судовых вычислений определять положение корабля в море с помощью непосредственных наблюдений с секстантом и секундными часами, насколько это позволят положения Луны и Солнца.
Это ещё раз свидетельствует о той основательности, с которой он относился к любому делу. К тому же, здесь впервые отмечается серьёзное обращение Фридриха Вильгельма Бесселя к астрономии.

Первые шаги в астрономии

Поначалу астрономия оказывается среди интересов Фридриха в очень скромной роли. В марте 1800 года он посещает навигационную школу, где можно было послушать лекции по навигации и родственным ей наукам. Но всё же основным средством приобретения знаний для него остаётся самообразование. Он старался дотошно постигнуть существо предмета. Бессель связывал неуспех первых шагов в навигации с незнанием основ астрономии, и изучает астрономию. Он находит книгу И. Г. Ф. Боненбергера «Руководство к географическому определению мест преимущественно посредством зеркального секстанта», где находит теоретические обоснования методов навигационных измерений — то, чего ему так не хватало в других изучаемых им книгах. Но эта книга оказалась полезной не только в этом, он пишет «Я ясно понял, что на свете есть математика и что она нужна для решения задач навигации!» Теперь он также начинает заниматься и математикой.

При этом из писем брату Карлу следует, что в 1801 году познания Фридриха Бесселя в области математики не простирались далее арифметики и простейшей геометрии. Это ещё более поражает его стремительное восхождение к вершинам математической науки всего за 5 лет. Общественная атмосфера в Бремене в то время благоприятствовала развитию науки и привлечения к ней интереса масс. Центром научной деятельности был городской музей с солидной библиотекой и обладавший большой коллекцией естественных экспонатов. Там также проводились лекции на научные темы для широкой публики. Естественно, среди слушателей этих лекций был и Фридрих Вильгельм Бессель.

Именно здесь он впервые услышал имена двух астрономов, сыгравших потом значительную роль в его судьбе. Это были Генрих Вильгельм Ольберс и Иоганн Иероним Шретер. Ольберсу мир обязан большим трудом о системе комет, а главный судья Шретер был его ближайшим другом. О личном знакомстве с ними тогда он, ученик конторщика, мог только мечтать.

Со временем помимо сугубо прагматического взгляда на цели своих занятий Бессель ощущает в себе первые признаки «чистого» интереса к основам науки. Особенно взволновало его открытие, сделанное хорошо известным человеком, сделанное совсем рядом — обнаружение Ольберсом в 1802 году малой планеты Паллады, а затем и планеты Весты. Под впечатлением от этого он пытается научиться вычислять планетные орбиты из наблюдений. Астрономия и математика заменяют для него все прочие развлечения, они занимают почти всё его свободное время.

Он обращается к серьёзным периодическим изданиям, в том числе и к «Берлинскому астрономическому ежегоднику» и т. д. Пока многое ему было непонятно, но эти пробелы постепенно сокращались благодаря упорным и систематическим занятиям.

Первые наблюдения

Деятельная натура Фридриха Вильгельма Бесселя не могла ограничиться лишь теорией — у него появилось непреодолимое желание самому выполнить астрономические наблюдения и с их помощью определить географические координаты Бремена. В то время у него было очень мало денег, поэтому он не мог себе позволить купить инструменты, и он начинает сооружать инструменты сам. И он создаёт секстант и часы с секундными ударами.

Деревянные детали секстанта — подставка и сектор радиусом 48 см. — изготовил из красного дерева столяр по чертежам Бесселя. В сектор был вделан лимб из слоновой кости, на котором Бессель самостоятельно нанёс деления с интервалом 15 дуговых минут. К сектору жёстко крепился телескоп с отверстием 3 см и фокусным расстоянием 46 см. В фокусе телескопа Фридрих Бессель установил винтовой микрометр; указанием по считыванию зенитных расстояний по сектору служила нить отвеса. Телескоп давал 15-кратное увеличение, и с ним можно было видеть даже едва заметные глазу звёзды. Секстант оказался очень удачным. Часы же Бесселю помог сделать знакомый часовщик.

В комнате, которую предоставили ученику Куленкампов, единственное окно выходило на северную сторону и было неудобным для астрономических наблюдений. Это стало причиной того, что Бессель установил свой секстант в доме своего друга И. Г. Гелле, где было помещение с большими окнами, смотрящими на юг, запад и восток. Сначала он провёл проверку своих часов, и был удивлён полученной точностью — он ожидал от своего прибора куда больших погрешностей. Но, как отмечал он сам, ещё более ценным результатом этого стало умение производить тригонометрические вычисления.

Отработав методику определения поправки часов, Бессель выполнил важнейшее в его планах наблюдение — покрытие звезды Луной для определения разности долгот Бремена и какого-нибудь другого пункта с неизвестной долготой. Для этого нужно было знать момент покрытия по местному времени этого пункта. Необходимые данные Бессель взял и «Ежемесячные корреспонденции» и «Ежегодника» Боде. Бессель с волнением вывел искомую долготу. Ошибка определения не превышала нескольких секунд! Этот успех окрылил Бесселя. Это практически решило его судьбу: он открыл в себе способность собственным умом и своими руками добиться чего-то большего, чем успех на службе, — способность самостоятельно добыть крупицу научной истины.

По книге Ж. Ж. Ф. Лаланда «Учебник астрономии» и статьям Ольберса он изучает методы вычисления кометных орбит по данным наблюдений. Знание немедленно потребовало конкретного применения, он учился не ради экзамена, а ради получения результатов.

Вычисление Ф. В. Бесселем орбиты кометы Галлея

Случай испытать свои познания и умение, имевший важные последствия в судьбе молодого человека, скоро представился. В приложении к «Берлинскому астрономическому ежегоднику» он нашёл данные о наблюдениях кометы Галлея, выполненных ещё в 1607 году Томасом Харриотом и Натаниелем Торпорлеем. Вычисление орбиты кометы по этим данным представляло серьёзную задачу теоретической астрономии, для решения которой требовались профессиональная подготовка и основательные вычислительные навыки. И Бессель решил взяться за эту работу. Он трудился весь июнь и большую часть июля 1803 года, просиживая за расчётами до 2‒3 часов ночи. Расчёты достигли 330 страниц, и цель была достигнута: Бессель получил элементы орбиты Галлеевой кометы. Ему очень хотелось услышать мнение специалиста о своей работе, и ему повезло в этом — потому что Генрих Вильгельм Ольберс, лучший в Германии специалист по кометам, жил с ним в одном городе. Ольберс, хоть и был медиком, всё же вошёл в историю науки благодаря его работам в области астрономии, которой он занимался в свободное время и на личные средства. Случайно заметив Ольберса на улице, Бессель говорит ему о своей работе и просит того с ней ознакомиться. После прочтения тот решает, что труд непременно должен быть опубликован. Фридриху тогда было 20 лет. С этого времени начинается многолетняя дружба этих двух астрономов, основанная на любви к предмету. Ещё год с учётом дополнительных данных Бессель вносил поправки в свои вычисления и его труд, «Вычисление наблюдений Харриота и Торпорлея кометы 1607 года» вышел в «Ежемесячных корреспонденциях» в ноябре 1804 года. Успех приводит к тому, что Фридрих рассчитывает и элементы орбиты кометы 1618 года, и ещё нескольких комет. В это же время он начинает общаться и с Карлом Фридрихом Гауссом, их переписка длилась 40 лет.

Астрономия

Имя молодого конторщика печаталось в солидных изданиях рядом с именами Ольберса и Гаусса, обретая известность в научных кругах. В сознании Бесселя закрепляется представление о серьёзном, недилетантском характере его астрономических знаний, он всё сильнее привязывается к науке. В первое своей работе об орбите кометы Галлея Бессель столкнулся с тем, что таблицы поправок Симпсона не обеспечивают достаточной точности при вычислении истинной аномалии для непараболических орбит. Усовершенствовав симпсоновскую методику, он опубликовал в «Ежемесячных корреспонденциях» теоретический мемуар «О вычислении истинной аномалии для орбит, близких к параболическим» — это была уже третья опубликованная им научная работа. Радость от сознания самостоятельного постижения сложнейших разделов астрономии и математики порождала планы новых работ и новые идеи, но не следует забывать, что по положению он оставался Бесселем-конторщиком, обременённым всеми обязанностями служащего торгового дома. Работал он с 8 до 8, имея 2‒3 часа свободного времени в середине дня. Науке отводились вечерние и ночные часы — с 9 вечера до 3 ночи. На сон оставалось менее 5 часов, но этого, о чём свидетельствовало неизменно хорошее самочувствие, было вполне достаточно. В доме Куленкампов хозяева высоко ценили его практический ум, добросовестность и трудолюбие. После 3 лет службы ему назначили жалованье в 12 фридрихсдоров, а к концу обучения он получал 30 фридрихсдоров. Бессель смог отказаться от материальной помощи отца. Достаточно часто по делам службы его посылали в другие города, но и в разъездах он не расставался со своими рукописями и не упускал из вида научных интересов. Круг его знакомых-астрономов значительно расширялся. Его серьёзные занятия астрономией уже не оставляли секрета ни для товарищей, ни для хозяев, а старый Куленкамп относился к увлечению ученика с уважением и даже одобрением. Получается, что в бременские годы отношение Бесселя к астрономии носило двойственный характер: с одной стороны, он рассматривал занятия этой наукой как одно из средств продвижения по коммерческой службе, с другой — испытывал к её предмету глубокий «чистый» интерес, не обусловленный какими-либо прагматическими соображениями. Что же так заинтересовала Бесселя? С гимназических лет он знал, что небесные тела движутся по определённым законам и что астрономы имеют средство предвычислять эти движения. Но в чём состоит это средство, какова связь между движением небесного тела и математическими вычислениями? Именно это и волновало его. Потребность найти ответы на эти вопросы и привела Бесселя в астрономию. Он шаг за шагом шёл к постижению теоретических основ астрономии, неразрывных с математикой. Чем шире и глубже становились познания Бесселя в астрономии, тем сильнее она влекла его к себе. Трудности лишь разжигали его энергию, успехи приносили радостное удовлетворение. Признание его научных заслуг учёными с широко известными именами укрепляло его уверенность в своих творческих возможностях.

«Бедность, но звёзды»

Зимой 1804‒1805 годов, задумываясь над своим будущим, Фридрих впервые почувствовал смутные сомнения в правильности выбранного жизненного пути. Как ни привлекательны казались морские странствия, но принести им в жертву занятия наукой теперь ему было бы очень трудно. Но он сознаёт, что он не смог бы заработать себе на существование, если бы занимался только астрономией. Ольберс понимал, насколько талантлив Бессель, и его не оставляла мысль о том, что он должен посвятить себя астрономии. Неожиданно появляется возможность ему помочь — из Лилиентальской обсерватории (близ Бремена), принадлежавшей И. Шретеру, уходит его помощник К. Л. Гардинг. В субботу 13 июля 1805 года Бессель отправился по приглашению Шретера (но с просьбы Ольберса) в Лилиенталь, предполагая остаться у Шретера до воскресения, с тем чтобы ночью увидеть инструменты в действии. Но погода оказалась пасмурной, и гостю пришлось ограничиться лишь осмотром астрономических приборов. Богатое оснащение обсерватории, мощь её инструментов поразили воображение Бесселя. В глубоком раздумье возвращался он на другой день в Бремен. Все последующие дни мысли о будущем не давали ему покоя. Не сразу, поддерживаемый и поощряемый Ольберсом, как отцом, он решился сделать выбор. Через две недели после посещения Лилиенталя Бессель обращается к Куленкампу с просьбой расторгнуть договор, срок которого истекал через 5 месяцев — 31 декабря 1805 года. Уход столь ценного работника из конторы стал бы ощутимой потерей для фирмы Куленкампов, и Бесселю было предложено место служащего с очень высоким жалованием. Однако Бессель не изменил принятого решения. По просьбе хозяев он остался до поры в торговом доме, но с твёрдой решимостью порвать с коммерческой деятельностью ради занятия астрономией. Когда переход в Лилиенталь, казалось, был лишь вопросом времени, ситуация осложнилась из-за позиции Гардинга. Он хотел оставить за собой это место с прежним жалованием. Но Ольберс развернул энергичную деятельность, стараясь обеспечить должность ассистента Бесселю. В результате было принято компромиссное решение: Гардинг получал половину прежнего жалованья, а другую Шретер смог предложить Бесселю. Перспектива более чем скромного существования не смутила Бесселя, он предпочёл «бедность, но звёзды». (Для сравнения — Куленкамп предлагал ему зарплату в 6‒7 раз больше). 17 октября 1805 года Бессель приступает к исполнению своих обязанностей в обсерватории. Но, не желая огорчать Куленкампов уходом из конторы, в которой в то время было очень много работы, он остался в Бремене до весны. 24 февраля умер старый Куленкамп, с большой теплотой относившийся к Бесселю, и с этой смертью оборвалась последняя ниточка, связывавшая будущего астронома с торговым делом. 19 марта 1806 года Бессель переезжает в Лилиенталь.

В Лилиентале

Иоганн Иероним Шретер не был профессиональным астрономом, но при этом слыл лучшим после Вильяма Гершеля наблюдателем неба. Благодаря ему, в Лилиентальской обсерватории стоял крупнейший телескоп континента. В Лилиентале жизнь была совсем непохожа на суетную жизнь, к которой привык Бессель в Бремене. Теперь он смог посвятить всё своё свободное время астрономии. Теперь в его распоряжении был большой выбор инструментов и он мог сам решать, что ему и как наблюдать. В первые же месяцы в Лилиентале обозначилась сфера научных интересов Бесселя: точная позиционная астрономия, то есть та область астрономических исследований, которая основана на тонком измерении и строгом математическом расчёте. Проявилось и общее свойство натуры Бесселя — стремление к точности, определённости, к тщательности исполнения любого дела. Но инструменты, бывшие у Шретера, не очень хорошо подходили для интересов Бесселя. Это привело к тому, что Бессель начинает заниматься исследованием инструментов с целью выявить их важнейшие особенности и погрешности. Параллельно с этим он занимается исследованием небосвода, преимущественно наблюдая кометы и малые планеты. Результаты своих исследований Фридрих регулярно публиковал в «Ежемесячных корреспонденциях» и в «Берлинском астрономическом ежегоднике».

Но лилиентальские будни не были для него так однообразны, как это может показаться на первый взгляд. Жизнь его скрашивалась продолжительными прогулками по окрестностям городка и в особенности охота, которой он увлекался всё сильнее. Весной 1807 года он отдыхал дома, в родном Миндене. Летом 1807 года Бессель знакомится с Гауссом, с которым к этому времени переписывался уже два с половиной года, что ещё более улучшило их отношения. В идиллической тишине Лилиенталя за учёными беседами можно было на некоторое время забыть о бушевавших над Европой бурях истории. Шла эпоха Наполеоновских войн, а по условиям Тильзитского мира 18 августа 1807 года Наполеоном было учреждено Вестфальское королевство, подданными которого становились будущий «король математиков» Гаусс и будущий первый астроном Европы Бессель. И если Гауссу пришлось просто заплатить огромную, пускай и непосильную для него, сумму, то положение Бесселя было ещё более критическим — он подпадал под рекрутский набор. Неизвестно, как сложилась бы его судьба, если бы он пошёл служить в наполеоновскую армию. Его пытаются выручить Шретер, Гаусс и Ольберс, но их усилия тщетны. Только обращение к Мюллеру, историку и публицисту, назначенному Наполеоном министром в Вестфальском правительстве, ограждает молодого учёного от участи наполеоновского солдата. В 1808 году у него также нарушился контакт со Шретером, уделявшим слишком много времени строительству грязелечебницы и слишком мало — астрономии. К тому же умирает его бременский друг И. Г. Гелле. Все эти переживания ввергают его в тяжёлое меланхолическое состояние. Но несмотря на это Бессель очень плодотворно работает в обсерватории. С марта 1806 по март 1810 года он напечатал 51 научную работу, примерно половину из них он посвятил движению комет, несколько статей, 12 научных рецензий. В 1810 году Бессель был награждён премией Лаланда. Наибольшая заслуга Бесселя состояла в коренной реформе измерительной астрономии, в установлении простых и в то же время точных методов обработки наблюдений. Полагая, что в результаты наблюдений необходимо вносить поправки, учитывающие наличие самых, казалось бы, незначительных факторов, понижающих точность астрометрических измерений, Бессель разработал строгие математические методы коррекции результатов наблюдений. Первой работой Бесселя в этом направлении стала корректировка положений звезд в каталоге, составленном в 1750‒1762 гг. английским астрономом Дж. Брадлеем. При обработке наблюдений Бессель применял теорию вероятностей и способ наименьших квадратов. В дальнейшем Бессель сам вел наблюдения за звездами; он определил положение более 75 тысяч звезд и составил обширные каталоги, которые стали основой современных знаний о звездном небе. Этот кропотливый многолетний труд он начал именно в Лилиентале, а закончил в Кенигсберге, где увидела свет в 1818 году под названием «Основания астрономии». Бессель — один из основателей астрометрии.

Имя Бесселя обрело широкую известность в научных кругах, и он не раз получал приглашения занять тот или иной пост в других обсерваториях или учебных заведениях. Его приглашали и в Дюссельдорф, и в Грейфсвальд, и в Лейпциг, но Бессель не решается принять ни одно из предложений. Было жалко расставаться со стареющим Шретером и, к тому же, у него не было педагогического опыта.

В 1810 г. Бессель был приглашен в Кенигсберг. Ему предложили построить там обсерваторию, оснастить её необходимыми инструментами за казённый счёт, а затем возглавить её. Он также обеспечивался бесплатным жильём при будущей обсерватории и бесплатным топливом. Поддержанный Ольберсом. он принимает приглашение. 27 марта 1810 года Бессель покидает обсерваторию. Тогда они со Шретером виделись в последний раз. Не доверявший своим вассалам в Германии Наполеон присоединяет часть немецких территорий, в том числе и Лилиенталь, к Франции. В ходе боевых действий французские войска вошли в Лилиенталь и разграбили обсерваторию, поломали инструменты, разбили хронометр. В это время Шретера не было там, а когда он вернулся из Бремена, то был потрясён. Возродить обсерваторию не удалось и в 1840 году были снесены последние следы обсерватории, бывшей одной из лучших в Европе.

Университет и обсерватория

В Кенигсберге Фридрих Вильгельм Бессель создал обсерваторию и выполнил самые значительные из своих работ, читал лекции в университете. Именно с Кенигсбергом были тесно связаны его общественная деятельность и семейная жизнь. Здесь он прожил 36 лет, и здесь он был погребён. Кенигсберг начала XIX века — провинциальный город Пруссии, с готическим кафедральным собором XIV века, почтенного возраста университетом, морской гаванью Пиллау и старинным рыцарским замком. Изначально Кенигсбергский университет должен был стать одним из идеологических инструментов в колонизаторской политике бывших рыцарей-завоевателей (тевтонцев). Первые два с половиной века существования университета жизнь университета проходила среди бесплодных религиозно-догматических распрей. Если добавить к этому суровый (по европейским меркам) климат Восточной Пруссии и отдалённость города от основных центров немецкой науки, то становится понятным, почему к началу XIX века Кенигсбергский университет был в научном отношении одним из наиболее отсталых академических заведений в Прусском государстве. Например, на философском и медицинском факультетах этого университета в то время училось всего 11 студентов, а всего в университете — 332 студента. Обсерватории там тоже не было, что кажется даже немного странным, учитывая, что Кенигсберг был городом-портом. После подписания же Тильзитского мира прусский король Фридрих Вильгельм III жил в Кенигсберге, что заставило его присмотреться к нуждам этого города. Приглашение Бесселя как раз и было одним из следствий этого. В Кенигсбергский университет привлекаются свежие научные силы.

В Кенигсберге его встретили очень благожелательно. Несмотря на отсутствие педагогического опыта, начало педагогической работы оказалось вполне удачным: лекции читал весьма охотно и при полной аудитории. Но некоторые проблемы всё же были — руководство философского факультета негативно относилось к тому, что у них преподаёт человек без учёных степеней. Бесселю ясно дали понять, что ему нужен диплом. Как и всегда в трудную минуту, Бессель обратился за помощью к своим друзьям — Ольберсу и Гауссу, написав им о своих проблемах. Благодаря им Бессель заочно получил диплом докторской степени философского факультета Геттингенского университета. Эти проблемы были связаны с напряжёнными отношениями между старым консервативным крылом университета и новыми молодыми силами. Зато это способствовало сплочению молодых учёных. Были созданы 2 редколлегии, естественнонаучная и гуманитарная. Естественники выпустили первый том своих трудов в 1812 году под названием «Кенигсбергский архив естествознания и математики». Бессель написал для этого сборника 4 работы: 2 по математике и 2 по астрономии (о Сатурне и «Некоторые результаты наблюдений Брадлея»). Работы Бесселя имели исключительное значение для развития астрономии. Трудно себе представить более полное сочетание гениального теоретика с блестящим практиком; введённые им приёмы наблюдения и их обработки служили непревзойдёнными образцами.

Начало строительства обсерватории задерживалось: Бессель приехал в Кенигсберг с проектом, казавшемся ему неудовлетворительным, не было даже выбрано место для строительства. Выбирал Бессель между двумя местами, он передал бумаги в военное ведомство, где тоже не смогли выбрать и отправили их в Берлин, где они пролежали ещё 6 недель. В итоге место было выбрано — холм Буттерберг, в самой высокой западной части старого городского вала. Строительство шло медленно и неровно. Трудности прежде всего возникали из-за нехватки средств, что неудивительно: страна была разорена недавней войной, огромная контрибуция, которую Пруссия платила Наполеону, опустошала государственную казну, крайне тяжёлым было политическое положение. Летом 1811 года строительство замерло совсем. Он уже начал помышлять о переезде на другое место, но всё-таки осенью 1811 года ему удаётся достать денег, и он решил остаться в Кенигсберге. Летом 1812 года через Кенигсберг проезжал Наполеон Бонапарт, пожелавший осмотреть город. Он был поражён тем, что прусский король мог думать о таких вещах (строительстве обсерватории), в такое время. К ноябрю 1813 года обсерватория была построена, и 12 ноября Бессель выполнил там первые наблюдения. Обсерватория была скромной по размерам. В плане здание имело форму креста, слегка вытянутого с востока на запад. В этом направлении длина здания составляла 26 метров, длина «перекладины креста» в направлении север-юг равнялась 18,4 м. Внешний архитектурный облик обсерватории формировали три главных объёма: двухэтажное, почти квадратное в плане восточное крыло размером 12x13 м, одноэтажная «перекладина» шириною 5,8 м и одноэтажное западное крыло размером около 7x8 м. Главный вход располагался в центре восточной стены и вёл в коридор первого этажа. Все помещения обсерватории соединялись между собой, и можно было попасть в любое из них, не выходя наружу. Важнейшей задачей астрономии первых десятилетий XIX века оставалось определение точных положений светил. Под воздействием этой целевой установки формировалась инструментальная база большинства европейских обсерваторий того времени. Главными приборами были «неподвижные» меридианные инструменты (пассажный, вертикальный круг, позже — меридианный круг), служившие для абсолютных определений координат светил, а также «подвижный» телескоп-рефрактор с микрометром для точных дифференциальных измерений малых углов. С помощью рефрактора определялись положения спутников планет, двойных звёзд, наблюдались кометы и астероиды. Эта тенденция отразилась как в первоначальном оснащении Кенигсбергской обсерватории, так и в последующих приобретениях Бесселя. Фридрих Бессель восторженно говорит о том счастье, которое испытывает, заведуя таким великолепным, полностью удовлетворяющим его желания учреждением. Бесселю удалось собрать много очень хороших инструментов для своей обсерватории, а в последующие годы инструментальные средства обновлялись и совершенствовались. Частично оборудование обсерватории изготовлялось по чертежам Бесселя и послужило прототипом и образцом для всех других обсерваторий этой эпохи. Была также создана очень большая для обсерватории того времени библиотека — на 2650 томов, преимущественно по астрономии, математике и географии. Основная масса книг была написана при жизни Бесселя. Полностью представлены важнейшие периодические научные издания («Всеобщие географические эфемериды», «Ежемесячные корреспонденции», «Журнал теоретической и прикладной математики» и т. д.). Также были книги, являвшиеся библиографической редкостью, например, «О вращениях небесных сфер» Н. Коперника. Библиотека была образцовым книжным собранием подобного рода и свидетельством глубины и разносторонности научных интересов её собирателя.

Годы зрелости и личность

Из отдельных работ Бесселя важнейшая состояла в том, что он был одним из первых астрономов, решившем вековую задачу о параллаксе звёзд, о масштабе вселенной. Вслед за В. Я. Струве, который в 1837 г. впервые определил расстояние до звезды Вега в созвездии Лиры, В 1838 при помощи гелиометра (астрометрического инструмента для измерения небольших (до 1°) углов на небесной сфере) определил параллакс звезды 61 Лебедя, измерив т.о. расстояние до неподвижных звёзд. Эта звезда оказалась одной из ближайших к Солнечной системе. Также Бессель разработал теорию солнечных затмений, определил массы планет и элементы спутников Сатурна. Наблюдая в течение ряда лет яркие звезды Сириус и Процион, Бессель обнаружил в их движении такие особенности, которые можно было объяснить только тем, что эти звезды имеют спутники. Но эти спутники настолько слабы по светимости, что их нельзя было увидеть в телескопы. Предположение Бесселя впоследствии подтвердились: в 1862 г. обнаружен спутник звезды Сириус, а в 1896 г. — спутник Проциона. Бессель, исследуя форму хвоста кометы Галлея, впервые объяснил её направление действием отталкивающих сил, исходящих из Солнца (напомним, хвосты комет почти всегда направлены в противоположную от Солнца сторону).

Не менее важны работы Бесселя в геодезии. Здесь он так же, как и в измерительной астрономии, выработал инструменты и методы, употребляемые до сих пор, и оставил после себя теоретические работы. Произведённая им совместно с Байером триангуляция Восточной Пруссии (1832) считается образцом подобного рода работ. Из 10 триангуляций Бессель вычислил размеры земного сфероида. Так же известны такие работы Бесселя, как определение длины секундного маятника и изобретение базисного прибора. В математике есть функции его имени, которые нашли широкое применение в физике, технике и астрономии (например, т. н. цилиндрические функции 1-го рода и дифференциальное уравнение, которому они удовлетворяют (уравнение Бесселя), неравенство для коэффициентов ряда Фурье (неравенство Бесселя), а также одна из интерполяционных формул). Бессель изобрёл базисный прибор, сильно облегчивший измерения длин линий на местности.

Бессель пользовался огромным авторитетом не только в Германии, но и далеко за её пределами. В Кенигсберг стремились многие астрономы из других стран, желающие познакомиться с ним и поучиться у него. Бессель читал публичные лекции почти ежегодно в течение 12 лет. В этих чтениях нашли систематическое изложение его взгляды на многие вопросы астрономии. Кенигсбергские десятилетия — пора жизненной и научно зрелости, когда ясно виделись цели, когда ушли в прошлое сомнения о правильности выбора жизненного пути и когда нелёгкий повседневный труд вознаграждал Бесселя обильными плодами. Труд учёного составлял главное содержание его жизни. Но Бессель не был ни кабинетным профессором в науке, ни педантом в повседневности. В значительной мере его достижениям в научной области способствовала та атмосфера взаимной доброжелательности, которую неизменно формировала среди окружавшие его людей личность Бесселя. Он имел близких друзей, многочисленных коллег и корреспондентов, был глубоко почитаем учениками. Он был счастлив в семье, в которой всегда находил отдохновение и любовь. Бессель был очень прост в обращении с людьми, всегда доброжелателен и внимателен к собеседнику. Эти качества он ценил и в других. Он органически не переносил лицемерия и криводушия.

Среди коллег и друзей Бесселя было немало лиц, близко знавших при жизни кенигсбергского мыслителя Иммануила Канта. После смерти философа они организовали «Общество друзей Канта», членами которого стали, в том числе, тесть Бесселя профессор К. Г. Гаген, философ Хр. Я. Краус, представители городских властей и т. д. — всего 20‒30 человек. Ежегодно в день рождения Канта — 22 апреля — «Общество» собиралось на торжественный обед, посвящённый этому событию. Со временем в члены «Общества» был избран и Бессель. Он предложил оживить традиционные собрания шуточным обрядом выборов «бобового короля». В торт, подаваемый на десерт, запекался серебряный боб. Нашедший в своём куске боб становился «бобовым королём», а его соседи за столом слева и справа — «бобовыми министрами». «Король» готовил к следующему собранию шуточную «бобовую» речь о знаменитом философе. Этот обряд стал традицией «общества друзей Канта».

Крайней деликатностью, видимо, объясняется одна его черта, которую он сам называл «странностью» и «мягкотелостью»: если кто-то из его близких терял дорогого человека или заболевал сам, Бессель избегал с ним общения или, по крайней мере, старался не касаться самого несчастья или недуга, боясь не найти нужных слов участия. Бессель всегда вёл подвижный образ жизни: с удовольствием купался в море, работал в саду, любил пешие прогулки, был заядлым охотником. К охоте он пристрастился ещё в Лилиентале и сохранил это увлечение до последних лет жизни. Бесселя нередко можно было увидеть в окружении учеников с лопатой в саду, посаженном вокруг обсерватории руками её директора. Бесселю нравилось беседовать с учениками за физической работой на воздухе, отвечать на их вопросы, выслушивать их сообщения о проделанном. Он искренне радовался каждому, пусть даже незначительному, достижению своих учеников. Студенты-астрономы принимали самое непосредственное участие в деятельности обсерватории, выполняя наблюдательные и вычислительные работы и тем оказывая посильную помощь Бесселю. Надёжным помощником Бесселю стал Фридрих Вильгельм Август Аргеландер, уроженец г. Мемеля (в наше время — город Клайпеда), поступивший в 1817 году в Кенигсбергский университет, чтобы постигнуть экономически и юридические науки. Но под влияние Бесселя он решил сделать своей профессией астрономию. Бессель нередкое доверял ему серьёзные вычислительные работы и самостоятельные наблюдения, что ему особенно нравилось. В итоге Аргеландер выучился и получил право преподавания в университете и его позвали руководить возведением обсерватории в Бонне. Добрым другом Бесселя и его надёжной опорой в первые кенигсбергские годы была частица родительского дома — его сестра Амалия. Она оставалась в семье брата и после его женитьбы. За пределами семейного круга самым близким Бесселю человеком был Генрих Вильгельм Ольберс. Бессель постоянно ощущал его отеческую заботу, не раз прибегал к его мудрым советам. Также хорошим другом его был Карл Фридрих Гаусс. Но если в отношениях Бесселя с Ольберсом глубокая личная приязнь и любовь к астрономии слились воедино, то в дружбе с Гауссом доминирующим был научный момент. С Репсольдом и Шумахером у него также были дружеские отношения. В 1812 году Бессель был помолвлен с Иоганной Гаген. Его невеста была красива, умна, образованна, молода. Осенью того же года состоялось их бракосочетание, положившее начало долгой и счастливой совместной жизни. И это сблизило Бесселя с отцом жены, старейшим университетским профессором, чьим отеческим покровительством пользовались многие учёные и в том числе сам Фридрих. Он читал лекции по физике, минералогии, ботанике и зоологии, по химии и фармации. Этот благородный человек был центром всеобщего внимания и уважения. Бессель имел двух сыновей и трёх дочерей, однако оба мальчика скончались раньше отца. Астроном был примерным семьянином — мужем и отцом. Свободное время он предпочитал проводить именно в кругу семьи. Все знакомы Бесселя отмечали необыкновенную сердечность этой семьи. Фридрих имел «золотые руки», и среди многих важных и неотложных дел он всегда находил время, чтобы собственноручно смастерить детям игрушки к рождественским праздникам. Его первенец Вильгельм, родившийся 16 июня 1814 года имел склонность к механике и математике, даже опубликовал в «Астрономических известиях» работу об элементах орбиты кометы Богуславского. Но он не пожелал быть математиком или астрономом и уехал в Берлин учиться архитектуре. Он очень помог отцу в достройке обсерватории в 1840 году, после чего опять вернулся в Берлин, где серьёзно заболел нервной лихорадкой и скончался 26 октября 1840 года. Отец очень горевал об этом, сник и потускнел. Второй сын умер в детстве. Несмотря на то, что Бессель лишился прямых наследников по мужской линии, его фамилия сохранилась в потомках, так как по его желанию старшие сыновья в семьях дочерей получили фамилию деда. Старшая дочь Мария вышла в 1834 году за физика из Берлина Г. А. Эрмана. Вторая дочь, Элиза, вышла в 1844 году за консула Л. Лорка, молодого человека из кенигсбергской семьи, с которой Бессель был дружен. Младшая дочь Иоганна вышла за члена Берлинской мэрии Гагена. У Бесселя было много внуков. Умер Бессель 17 марта 1846 году в Кёнигсберге. Похоронен Бессель был на так называемом университетском «профессорском кладбище»; мраморная плита его памяти находится сегодня в Калининграде на холме между Гвардейским проспектом и ул. Галицкого. В настоящее время на «профессорском кладбище» планируется строительство жилого дома. В связи с этим общественность выпустила петицию — чтобы остановить разрушение того, что осталось от кладбища, найти останки Бесселя и достойно их перезахоронить: https://www.change.org/petitions/city-council-of-deputies-of-kaliningrad-russia-stop-the-destruction-of-the-scholars-cemetery Супруга астронома Иоганна Бессель пережила мужа на 40 лет и даже была почётным гостем на праздновании 100-летия учёного в Кенигсберге в 1884 году. Она умерла в 1885 г. в возрасте 91 года и была погребена рядом с мужем.

Литература

• Багратуни Г. В. Жизнь и геодезические исследования Ф. В. Бесселя. — М.: Геодезиздат, 1961. — С. 5-15.^{о книге}