2 месяца назад
Нету коментариев

Наверное, мало кто остается равнодушным, глядя на звездное небо в темную безлунную ночь. А если доба­вить еще немного воображения — представить, сколь да­леки от нас звезды, вообразить, что туманный пояс Млечного Пути — гигантский диск нашей Галактики, ес­ли дерзнуть осмыслить, что и сама Галактика — лишь ничтожно малая песчинка в холодном и воистину без­брежном океане Мироздания… Действительно, дав лю­дям звездное небо, Природа одарила нас самым вели­чественным из своих зрелищ. Тысячи поколений с изум­лением, а порою и с трепетом созерцали его.

При всем том звездное небо, каким оно видно нево­оруженным глазом, не столь уж балует нас разнообра­зием светил. Звезды, хоть они и красивы, все же лишь точки света на темном небосводе. Планеты, за исклю­чением ослепительной Венеры и сияющего ровным бе­ловатым блеском Юпитера, мало чем отличаются по ви­ду от звезд. Млечный Путь — слабая размытая полоса с едва намечающейся структурой. Ну, а Луна для нас— скорее деталь ночного пейзажа, чем небесное тело. Правда, время от времени на небе появляются еще при­чудливые кометы, но не столь уж часто и не на долго.

Странно представить это, но люди получили первые представления о всем удивительном разнообразии све­тящихся образований, которыми населено наше небо, лишь немногим более двух столетий назад. Конечно, всем известно, что уже первые наблюдения с самым примитивным телескопом позволили Галилею открыть и фазы Венеры, и горы на Луне. Он же заподозрил су­ществование кольца Сатурна и объявил, что Млечный Путь состоит из множества слабых звездочек. Но еще многие десятилетия понадобились для того, чтобы уяснить, что не только звезды и планеты населяют глубины космоса.

Первые открытия Галилея привлекли внимание не­многочисленных ученых того времени к новому научно­му прибору — телескопу. Естественным следствием этого было возрастание объема астрономических наблюдений. Новые открытия, хотя и не столь сенсационные, после­довали довольно скоро. В частности, наблюдатели ста­ли замечать на небе слабые туманные пятна неясных очертаний.

После того как это произошло, еще несколько деся­тилетий ученые были вынуждены заниматься почти чи­сто умозрительными рассуждениями о том, что же пред­ставляют собою слабые и размытые светящиеся пятна, тут и там видимые в телескопы среди звезд. Только в начале нашего столетия догадки стали уступать место научному знанию.

Надо сказать, что во все времена наука, вернее, ее деятели, были подвержены влиянию своего рода науч­ной моды. Правда, чаще всего мода на исследование тех или иных явлений природы — сейчас мы употреб­ляем более звучный термин «актуальность исследова­ний» — соответствует объективному состоянию науки. Однако ученые — люди, а потому отнюдь не свободны от заблуждений и влияния разного рода внешних со­блазнов. Так вот, в конце XVII — начале XVIII в., как впрочем и много позднее, существовало увлечение «по­исками комет. Заметим, что ранние кометные исследо­вания, конечно, обогатили науку, но едва ли пропорцио­нально огромному труду, в них вложенному.

Прилежные «ловцы комет», наверное, чаще других астрономов видели в окуляры своих телескопов наибо­лее яркие туманности и ошибочно принимали их за при­ближающуюся комету с еще неразвившимся хвостом. Убедившись вскоре, что в отличие от настоящей коме­ты туманное пятно не движется среди звезд, наблюда­тель терпел жестокое разочарование.

Один из наиболее рьяных и самоотверженных лов­цов комет своего времени, сначала технический сотруд­ник Парижской обсерватории, позднее академик Шарль Мессье решил раз и навсегда покончить с источником досадных заблуждений и составил список 103 известных ему «ложных комет». Каталог Мессье был опубликован в 1771 г. И вот ирония судьбы: только историки науки знают, кем был Мессье и сколько комет он открыл, толь­ко немногие специалисты помнят характеристики этих комет. Однако до сих пор в астрономической литерату­ре нет-нет, да и встретится обозначение яркой туманно­сти по каталогу Мессье — буква «М» и номер при ней.

Туманные пятна интересовали Мессье только как по­меха, о существовании которой следует знать, но не бо­лее. Впрочем, если бы Мессье и захотел специально за­няться их изучением, его ждало бы разочарование. Он, как и все современные ему астрономы, за единственным исключением, просто не располагал телескопом, подхо­дящим для серьезного исследования этих объектов. Все телескопы были слишком малы.

Галилей и его последователи использовали телескоп главным образом как прибор, повышающий остроту зрения, т. е. угловое разрешение глаза. Действительно, и фазы Венеры, и спутники Юпитера, и кольца Сатур­на в принципе можно было бы различить и без увели­чения количества световой энергии, воспринимаемой зрачком. Другое дело, что угловое разрешение глаза — прибора, к тому же весьма несовершенного по своим оптическим свойствам, для этого недостаточно.

Второе важнейшее свойство телескопа — его способ­ность концентрировать световую энергию — сразу же про­явилось в том, что с его помощью удавалось различить множество слабых звезд, не видимых невооруженным глазом. Однако до второй половины XVIII в. астроно­мы не углублялись в мир звезд, ограничиваясь главным образом изучением Солнечной системы. Представления об этом мире, прежде всего о его масштабах, были еще довольно расплывчатыми.

С исследованием туманных пятен дело обстояло и того хуже. Общеизвестно, что размеры звезд соизмери­мы с диаметром нашего Солнца, а то и с радиусом зем­ной орбиты. И все же из-за своей огромной удаленно­сти звезды представляются нам геометрическими точка­ми. Ни в один из существующих оптических телескопов нельзя непосредственно различить диск ни одной звез­ды. Поэтому звезда, наблюдаемая в телескоп, лишь увеличивает свою видимую яркость, продолжая оста­ваться блестящей точкой.

Иное дело туманные пятна. Они по астрономической терминологии являются протяженными объектами, т. е. имеют конечные, порою весьма значительные угловые размеры. Когда такой объект рассматривается в теле­скоп, его видимые размеры возрастают соответственно увеличению инструмента. Возрастает и общее количест­во световой энергии, заключенное в изображении пятна, поскольку площадь объектива телескопа всегда значи­тельно больше площади зрачка глаза. При всем той мо­жет оказаться, что яркость изображения, т. е. световая энергия, приходящая в зрачок от элемента площади те­лескопического изображения, будет меньше, чем при на­блюдении невооруженным глазом. Если же объект и без того имеет малую яркость, он может, стать попросту не­различимым.

Понять сказанное помогают простые геометрические соображения и простой опыт разглядывания удаленно­го предмета, скажем, освещенной стены дома или окна в любой оптический прибор, дающий переменные увели­чения. Либо, на худой конец, наблюдения удаленного источника света в расфокусированный бинокль. Нужно только помнить, что полная световая энергия, собирае­мая объективом прибора, остается постоянной, а пло­щадь изображения растет пропорционально квадрату увеличения.

Итак, для исследования туманных пятен нужны бы­ли не просто телескопы, а большие телескопы, собираю­щие много света, и здесь уместно сказать несколько слов об астрономических телескопах вообще.

Над астрономией нового времени тяготеет своего ро­да проклятие, наложенное самой природой: астрономам всегда не хватает света. Свет, а вернее электромагнит­ное излучение всевозможных частот, — это единственное, что приходит к нам на Землю из бескрайнего внешнего мира. Все, что мы знаем об этом мире, все сведения, заполняющие десятки тысяч томов специальных науч­ных библиотек, все факты и рассуждения на страницах периодических изданий, все научно-популярные книги по астрономии — все это зиждется на своего рода «фун­даменте» из слабеньких ручейков электромагнитного из­лучения, втекающих в наши телескопы. Чтобы понять, сколь слаб каждый из этих ручейков, представим, что мощность потока видимого света, собираемого телеско­пом диаметром, скажем, в 1 м (не столь уж малень­кий телескоп), от звезды нулевой звездной величины (самые яркие звезды нашего неба) составляет всего лишь около одной миллиардной ватта! И это дает астрономам право на своеобразную гордость: как мало го­ворит нам о себе Вселенная и как много, как невообра­зимо много узнали мы о ней за 300 лет существования телескопической астрономии.

Значит, все сведения об астрономических объектах и явлениях зашифрованы в слабеньком потоке электро­магнитной энергии, улавливаемом нашими телескопами. Способы расшифровки этой информации, уже весьма изощренные, продолжают непрерывно совершенствовать­ся. Нетрудно понять, что, чем больше энергии мы полу­чаем, тем разнообразнее и тоньше могут быть методы ее анализа. Поэтому астрономам нужно как можно больше света, чтобы узнать о самом факте существова­ния предельно слабого объекта, чтобы исследовать тон­чайшие детали сравнительно яркого объекта. Ну а если нужно как можно больше света — значит, нужен как можно более крупный телескоп.

Едва ли есть другой оптический прибор, которому человечество обязано столь многим с точки зрения свое­го интеллектуального становления и роста. По-видимо­му, и во всем арсенале науки найдется немного уст­ройств, способных в этом смысле соперничать с телеско­пом. К тому же телескоп обладает еще одним немало­важным свойством: он очень медленно стареет. До сих пор астрономы используют крупные инструменты, соз­данные в начале нашего или даже в конце прошлого столетия.

Стоимость большого оптического телескопа доволь­но высока — это миллионы, а порою десятки миллионов рублей. Впрочем, науку наших дней трудно удивить за­тратами: мощные ускорители элементарных частиц, кос­мические исследования или глобальные геофизические проекты обходятся много дороже, не говоря уже о сро­ках морального износа оборудования. Но вот к телеско­пу мы продолжаем относиться как к своего рода пред­мету научной роскоши. Пожалуй, это не справедливо. Однако возвратимся к нашей основной теме.

За время, прошедшее от первых телескопических на­блюдений Галилея до второй половины XVIII в., в телескопостроении не произошло решающих сдвигов к луч­шему. Хотя к концу этого срока и даже ранее уже были известны основные системы телескопов, с их реализа­цией обстояло плохо. Не существовало технологии вар­ки оптического стекла и методов контроля точнейших поверхностей линз и зеркал. Не умели изготовлять стек­лянные зеркала с покрытием из хорошо отражающего свет материала. В то время, да и столетие спустя зер­кала для телескопов делались из особого зеркального сплава — материала чрезвычайно капризного в техноло­гическом отношении. Наконец, металлообрабатываю­щая промышленность еще не умела создавать достаточ­но точные и устойчивые механические конструкции для подвески крупных оптических систем.

Поэтому в середине XVIII столетия астрономы поль­зовались лишь небольшими, весьма примитивными те­лескопами, объективы которых — линзовые или зеркаль­ные — редко бывали больше 10 см. Не составляло исклю­чения даже оборудование такой первоклассной для сво­его времени обсерватории, как обсерватория новоучреж­денной Петербургской академии наук.

Конечно, в такие инструменты можно было видеть наиболее яркие туманные пятна, но и только. Для того чтобы двинуться дальше, понадобился человек, если не гениальный, то без сомнения выдающийся по одаренно­сти и преданности науке.

Рядом с такими гигантами, как Коперник, Кеплер, Галилей, Ньютон, имя Вильяма Гершеля (1738—1822) оказывается как бы в тени. Но при всем том оно неот­делимо от истории астрономии и заслуживает почетно­го места в ряду деятелей мировой науки. Именно тру­дами Гершеля наше мировоззрение сделало очередной шаг, выйдя за пределы Солнечной системы и вступив в неизмеримо более грандиозную звездную вселенную.

Биография Вильяма Гершеля как ученого не совсем обычна, хотя и не изобилует драматическими события­ми. Он родился в Ганновере в семье военного музыкан­та и после ряда жизненных перипетий очутился в Анг­лии — наиболее благополучной и развитой из европей­ских стран второй половины XVIII в. Гершель приехал в Англию как иммигрант скромным 19-летним музыкан­том и скончался там в глубокой старости как признан­ный и прославленный ученый, член Королевского обще­ства и королевский астроном (здесь и далее биографические подробности и научные воззре­ния В. Гершеля приводятся по обстоятельной книге А. И. Еремеевой «Вселенная Гершеля». М., «Наука», 1966). Известно, что Гершель с детства интересовался проблемами естествознания. Однако он не был состоятель­ным человеком и до определенного времени, по-видимо­му, просто не мог позволить себе отвлекаться от своего профессионального занятия — музыки ради любитель­ских экскурсов в науку. Лишь в возрасте 37 лет он, на­конец, смог или решился уделить часть своего времени и средств занятиям астрономией. С тех пор он уже не порывал с этой наукой, удивительно быстро превратив­шись из профессионального музыканта в профессио­нального астронома.

Свою новую жизнь Гершель начал с попытки изго­товить собственный телескоп. Далеко не сразу, но все же довольно быстро, благодаря его настойчивости и та­ланту, труды увенчались успехом, и Гершель стал счаст­ливым обладателем очень немалого по тому времени телескопа с зеркалом диаметром в 20 см. Телескоп сра­зу же был пущен в дело, и с тех пор жизнь Гершеля была посвящена изготовлению все новых телескопов и астрономическим наблюдениям.

Всего за свою долгую жизнь В. Гершель изготовил — по большей части для продажи — несколько десятков инструментов. Между прочим два из них оказались в России; один сохранился и выставлен сейчас в музее астрономической обсерватории в Тарту.

Рекордом Гершеля был огромный телескоп длиной свыше 12 м и с зеркалом диаметром в 122 см. Но боль­шая часть знаменитых наблюдений ученого была выпол­нена с более скромным, но и более удобным в обраще­нии телескопом диаметром 47,5 см и длиной всего в 6 м.

Вильям Гершель выполнил множество самых разно­образных астрономических исследований. Он наблюдал строение поверхностей планет, кольца Сатурна, слабые спутники планет, Солнце, попутно обнаружив существо­вание невидимого инфракрасного излучения. Он открыл шестую планету — Уран, что сразу же принесло ученому всемирную известность и признание. Но не это состав­ляло главную цель трудов Гершеля. По его собствен­ным словам, он решил «познать устройство небес», имея в виду, конечно, звездную вселенную, поскольку строе­ние нашей планетной системы к тому времени считалось уже вполне понятным.

Вильям Гершель оказался едва ли не первым астро­номом в истории, кто принялся изучать звездную все­ленную сразу со многих точек зрения, «комплексно», как сказали бы теперь. Обилие и важность сделанных им открытий поражают воображение, хотя и современ­ные астрономы не могут пожаловаться на недостаток все новых и новых загадок, которые задает им Вселен­ная.

Действительно, В. Гершель открыл и доказал суще­ствование двойных и кратных звездных систем, распро­странив тем самым действие закона всемирного тяготе­ния на мир звезд; утвердил в науке представление о движении Солнца относительно прочих звезд, причем указал примерное направление этого движения; первым научно обсновал факт существования гигантской галак­тической системы, одной из сотен миллиардов звезд ко­торой является наше Солнце; открыл переменные звез­ды; изобрел (методы измерения и сравнений блеска звезд; впервые применил призму для разложения света астро­номических объектов. Наконец, Гершель открыл звезд­ные скопления и туманности (сам этот термин, по-види­мому, утвердился в науке с его легкой руки). И именно В. Гершель первый из астрономов и мыслителей прив­нес в астрономию идею развития, эволюции.

Стоит сказать несколько слов о том, что за человек был этот замечательный ученый. Вильям Гершель про­жил долгую и внешне вполне благополучную жизнь. Его можно было назвать счастливцем. Действительно, на­учная удача и признание как бы сами находили его. Гершелю не приходилось ни заискивать перед сильны­ми мира, ни заниматься суетливой рекламой собствен­ных достижений. Но не забудем: все это было щедро оплачено поистине подвижническим трудом изо дня в день, из ночи в ночь, на протяжении десятилетий. По­пробуйте представить себе такую жизнь, когда днем вы посещаете нескольких учеников, затем пропадаете в ма­стерской, отливая или шлифуя зеркало для нового те­лескопа, затем готовитесь к ночным наблюдениям, ча­сами сидя в полной темноте, чтобы глаза привыкли. На­конец, проводите зябкую ночь у телескопа, примитив­ного, без всякой автоматики и особых удобств. Да при этом еще и остаетесь уравновешенным, обаятельным че­ловеком, умным и интересным собеседником.

Заслуживает упоминания также стиль научной ра­боты Гершеля. В его время еще не существовало физи­ческой теории в нашем современном представлении. Не было и аппарата этой теории, иными словами математических формул, в которые так удобно подставлять по­лученные при наблюдениях данные. Поэтому серьезно­му естествоиспытателю тех лет приходилось осмысли­вать свои открытия в общих, но вместе с тем возможно более конкретных терминах. Этот процесс скорее напо­минал работу философа.

Гершель, обладавший гибким умом, отлично владел этим методом. Притом располагая непостижимым коли­чеством оригинального фактического материала, он от­личался скромностью и осторожностью в его истолко­вании. Не то чтобы он опасался выдвигать гипотезы, известно, что это не так. Но он, видимо, обладал ред­ким даром трезвой оценки обоснованности и, так ска­зать, надежности своих умозаключений. Наконец, Гер­шель собственными глазами наблюдал природу и слиш­ком отчетливо сознавал, сколь величественна и сложна она в своих космических проявлениях для того, чтобы торопиться крикнуть: «Эврика!».

Но вернемся к нашему предмету. Около 1783 г. к Гершелю попало второе издание каталога туманных пя­тен Мессье. Интересуясь всем, что можно увидеть на небе, Гершель решил пополнить этот каталог и принял­ся за систематические поиски, охватывавшие всю до­ступную его телескопу часть небесной сферы. Вспомним, что телескопы Гершеля были самыми большими в совре­менном ему мире; они давали самое высокое угловое разрешение и собирали много больше света, чем любой другой телескоп того времени.

Результат поисков новых туманных пятен оказался совершенно неожиданным для астрономов — коллег Гер­шеля, да и для него самого. Ученый начал открывать новые туманные пятна и «туманные звезды» не то что десятками, а буквально сотнями. Во всяком случае пол­ное число таких объектов, открытых Гершелем, превы­сило 2500. Были и побочные результаты. Во-первых, выяснилось, что многие туманные пятна Мессье на деле являются тесными скоплениями слабых звездочек. Во-вторых, поражало разнообразие форм тех объектов, ко­торые казались истинными сгущениями слабосветящего­ся космического тумана. Среди четырех выделенных Гершелем типов туманностей его в особенности удивили призрачные зеленоватые пятнышки правильных круглых или кольцевых очертаний. При небольшом увеличении они, по-видимому, напоминали Гершелю вид в телескоп маленького зеленоватого диска открытого им ранее Ура­на и потому были окрещены планетарными туманно­стями.

Интуиция выдающегося ученого подсказала Герше­лю, что мир туманностей открывает новые пути иссле­дований и имеет свой, потаенный в то время смысл. Гершель продолжал изучать туманности до конца своих дней, пытаясь найти им место в собственной картине мироздания. Во многом он ошибался — многое предви­дел правильно. Так или иначе с того времени туманно­сти превратились в постоянный предмет астрономиче­ских исследований. Столетие спустя оказалось, что мно­гие из туманностей Гершеля на деле являются гигант­скими звездными системами, подобными нашей Галак­тике, но удаленными от нее на чудовищные расстояния. Тогда астрономы поняли, что Вильям Гершель открыл для них не только мир звезд, но и необъятные просто­ры Большой Вселенной.

Планетарным туманностям муза астрономии — Ура­ния отвела более скромную роль. Они оказались сравни­тельно близкими к нам и небольшими объектами. И все же история и итоги их исследования, пока отнюдь не завершенного, по-своему примечательны и достойны внимания. Речь об этом — впереди.

comments powered by HyperComments