• Главная
• В избранное
• Наш E-MAIL
• Добавить материал
• Нашёл ошибку
• Вниз

Классификация — это лишь один из методов (и, вероятно, самый простой) отыскания порядка в мире.

(А. Вул)

Природа настолько разнообразна, что не будь у человека избирательной способности и склонности к обобщениям, он никогда бы не познал окружающий мир. По мере накопления знаний мы стремимся подмечать сходные черты у различных явлений. Это позволяет отнести их к одному классу или типу. Становится легче. Так мы вводим хоть какой-то порядок в запутанные явления природы и начинаем чувствовать себя уютнее. Человек — педант. А природа? Природа вполне может обходиться без классификации. Так что эта глава, можно считать, будет посвящена чисто человеческой деятельности.

Астрономия — опасная вещь. Попробуйте понаблюдать сверкающие россыпи в телескоп, изготовленный собственными руками. Ночь, вторая, третья… Сначала это забавно, потом интересно, потом… потом вам приходит в голову навести какой-то порядок в кажущемся хаосе. И тогда все, вы погибли! Вы заболели. Вы отравлены небом на всю жизнь. И вы пьете чашу Сократа, благословляя и проклиная тот миг, когда впервые подняли голову кверху. Но вы — человек!

Две тысячи лет назад Гиппарх, составляя звездный каталог, разделил сверкающие небесные тела на шесть групп — шесть звездных величин. При этом к первой он отнес яркие звезды, ко второй — те, чей блеск в два с половиной раза слабее, чем у звезд первой величины. К третьей — звезды, в два с половиной раза слабее второй. И так далее — до шестой включительно. Звезды шестой величины оказались в 100 раз слабее наиболее ярких. Это тот минимум, который мог заметить невооруженный глаз.

Сейчас мощные оптические системы современных телескопов позволяют выуживать на фотопластинку звезды, блеск которых во столько раз слабее солнечного, что число этих «разов» записывается цифрой с сорока нулями. Так, звезда 23-й звездной величины имеет блеск в 8,71•10⁴⁰ раз слабее солнечного.

Самые яркие звезды на нашем небе — Сириус и Канопус. Астрономы обозначают их звездные величины отрицательными числами. Затем идут звезды величиной от нуля до единицы. Их всего десять. Они из числа знакомых уже нам навигационных маяков штурманов Земли.

Менее яркие звезды, до второй величины, считаются уже на десятки — их 41. Звезд от второй до третьей величины — 138, от третьей до четвертой — 357, до пятой — 1030! Шестую величину разглядит уже не каждый, и потому тут число спорное. В общем всего около пяти-шести тысяч в обоих полушариях. Немного. Но стоит приставить к глазам хотя бы бинокль, их число возрастет в десятки раз. Телескоп же средней силы заставляет нас вести счет на миллионы.

Точно сказать, сколько всего звезд во вселенной, трудно. В одном только Млечном Пути — светлой полосе, пересекающей ночное небо, — их примерно около 100 миллиардов. Конечно, число это грубо приближенное, дающее лишь порядок величины. Ручаться за его точность в пределах даже 10 миллиардов нельзя. Млечный Путь — это наша звездная система, наша Галактика. Если внимательно присмотреться, на небе можно обнаружить и другие галактики, ничем не уступающие нашей. Сейчас их число оценивается примерно сотней миллионов. Ну-ка, помножьте 100 миллионов на 100 миллиардов. Что, страшновато?

Но вернемся к Гиппарху и его звездным величинам. Видимые звездные величины хороши до тех пор, пока астрономия не перешагивает порог звездочетства. Дальше — хуже. Приходит время, наука требует сравнить звезды между собой. Легенда о хрустальной сфере оказалась несостоятельной, и звезды рассеялись на разные расстояния. Так что, прежде чем говорить о сравнении, их неплохо бы выстроить в одну шеренгу: перенести на одинаковое расстояние от Солнца и тогда уж оценивать действительную, или, как говорят астрономы, абсолютную, звездную величину. Абсолютная звездная величина — это блеск звезды со стандартного расстояния в 10 парсеков от солнечной системы. Надо признать, что при таком удалении само Солнце выглядело бы довольно жалко, как звезда пятой величины.

Так задача определения звездных расстояний оказалась ключевой проблемой астрономии. Выражаясь высоким стилем, вполне приличествующим книгам, рассказывающим о науке, мы могли бы сказать так: «Блуждая на ощупь по сумрачному дворцу Урании, люди очутились перед дверью, за которой сиял свет истины».

Дверь эту надо было открыть любыми способами, хоть взломать.

Еще землемеры Египта, нарезая участки после разливов Нила, помнили теорему: «Основание и два угла при нем позволяют построить весь треугольник». А не пригодна ли эта теорема и для целей «звездомеров»? Взять, например, в качестве основания треугольника диаметр земной орбиты. Измерить углы между диаметром и направлениями на звезду. Тогда третий угол — его назвали параллаксом звезды — сам, как спелый плод, падает в руки. Ведь сумма углов любого треугольника — 180 градусов. А зная параллакс, определить высоту треугольника, то есть расстояние до звезды, — пустяк!

Сначала телескопов не было. Углы мерили трикветриумом — несколькими деревянными линейками на шарнирах. Вся конструкция подносилась к глазам, и измерения производились тоже на глазок. Позже угломерным инструментом стал служить квадрант. При этом чем больше и тяжелее было само деревянное сооружение, тем выше оказывалась точность наблюдений. И лишь много позже появился телескоп с перекрестьем из двух туго натянутых нитей да еще с микрометрическим винтом.

Первым, кто пришел к мысли, что звездные расстояния нужно и можно мерить, был Коперник. Увы, единственным инструментом Коперника был как раз трикветриум, на линейках которого деления были нанесены от руки чернилами. Точность же требовалась до долей секунды. Для усиления впечатления напомним, что угловая секунда — это ¹/_{324 000} (одна трехсотдвадцатичетырехтысячная) доля прямого угла. Попробуйте уловите…

После многих попыток, придя все же к выводу, что до звезд расстояние по меньшей мере раз в тысячу больше, чем до Солнца, почтенный каноник оставил непосильную задачу.

Эстафету подхватил Тихо Браге. Помните, с каким благоговением принял заносчивый аристократ в подарок грубую линейку Коперника? Как был счастлив, несмотря на свой несносный характер и непомерное самомнение. Инструменты датского астронома были изготовлены из дуба лучшими мастерами Европы. Когда Тихо Браге вместе с многочисленным семейством покидал Ураниенборг, его стенной квадрант занимал целую повозку.

Но дубовые инструменты давали и «дубовый» результат. Увеличив Коперниково расстояние до звезд в три раза, Тихо Браге тоже сдался, отказавшись от измерений.

Были и еще попытки, такие же неудачные. Кое-кто стал подозревать сам метод. Конечно, дескать, землемеров он устраивает, но земные расстояния — не небесные. Чем дальше звезда, тем параллакс меньше. Ах, если бы знали они, трудолюбивые предки наши, что параллакс даже ближайшей звезды, Альфы Центавра, составляет всего три четверти угловой секунды, а расстояние в 270 тысяч раз больше, чем от Земли до Солнца. Нет, хорошо, что они не знали этого.

Берясь за непосильные задачи, люди учатся.

А известно, что и ошибки приносят новые знания.

В 1725 году английский астроном Джеймс Брадлей приступил к определению параллакса Гаммы Дракона. Работы, которые проводились до него, он знал неплохо и выбрал Гамму Дракона специально, чтобы избежать прошлых ошибок. Эта звезда проходила через меридиан в Англии точно в зените (над головой), а значит, атмосферные помехи при ее наблюдении сводились к минимуму. Кроме того, Брадлей решил в момент прохождения ее через меридиан, намертво приколотить трубу телескопа к стене. Сделать это было нетрудно — трубы телескопов в те времена делали из досок. Польза от этого хитроумного хода очевидна — инструмент остается неподвижен, а положение звезды в поле его зрения, за счет движения Земли, будет все время меняться. В течение года она опишет маленький эллипс, измерив который он, сэр Брадлей, вычислит параллакс звезды, а потом и расстояние до нее.

Ночью 14 декабря 1725 года астроном закрепил телескоп и строго-настрого запретил всем даже приближаться к нему. Прошло рождество, наступил новый год. Сэр Брадлей выдерживал характер, демонстрируя английское хладнокровие. Правда, злые языки говорили, что последние дни 1725 года в Лондоне стояла отвратительная погода, небо затянули тучи и Брадлей ходил злой как черт.

Первого января облака рассеялись. И Брадлей прильнул к окуляру. За две с половиной недели Гамма Дракона уже должна была хоть немного сместиться со своего положения. И вот… О счастье, о радость! Она действительно передвинулась. Правда, несколько не туда, как он ожидал. «Тысяча чертей!» — чем дольше вглядывался астроном в положение звезды, тем больше терял над собой власть. Проклятое светило ехало вовсе не в ту сторону. Вместо того чтобы сместиться влево и тем положить начало ожидаемому эллипсу, оно упорно покатилось вправо. Тут никакой, даже британской, выдержки не хватит.

Целый год двигалась звезда по своему загадочному пути. И 14 декабря 1726 года, описав кривую, похожую на эллипс, вернулась на старое место. Но не тот эллипс! Брадлей пронаблюдал положения и смещения других звезд. И вы представляете ужас, охвативший астронома, когда выяснилось, что все светила, на каком бы расстоянии они ни находились от Земли, крутят овалы совершенно одинаковых размеров. Тут есть от чего волосам встать дыбом. Мистика! Чудеса! Два года упорнейших наблюдений — и результат нуль!

Брадлей думал. Думал непрерывно, дома и в обсерватории. Думал, даже гуляя под дождем, наклоняя зонт навстречу холодным струям. Впрочем, стоп! Не дождь ли натолкнул его на решение?

Вы не замечали, что, стоя под дождем, зонт лучше всего держать над головой прямо, как брадлеев телескоп, направленный в зенит. Но стоит вам начать двигаться, наклоняйте, если хотите остаться сухим, зонт перед собой. И чем быстрее идете, тем большим должен быть угол наклона.

Ну-ка, внимательный читатель, что отсюда следует? Не кажется ли вам, что, зная скорость падающей капли и угол наклона зонта, вы, пожалуй, сможете определить свою скорость? Автор призывает читателей составить самостоятельно пропорцию. Кому же это не под силу — вот она.

Предположим, что капли дождя летят со скоростью 3 м/сек. Оптимальное положение вашего зонта — под углом в 30 градусов. Как найти вашу скорость?

Прежде всего нарисуем треугольник скоростей. Здесь V₁ — вектор истинной скорости дождевой капли. V₂ — вектор кажущейся скорости. Их разность, очевидно, будет равна скорости человека — V_p.

Теперь пропорция:

^30°/_360° = ^V/_2πV1

Откуда V =2πV₁0,0835 = 1,57 м/сек.

(Однако вы торопитесь, уважаемый читатель.)

Порассуждав подобным образом, Брадлей увидел вдруг готовое решение проблемы. Напоминаем: сэр Джеймс Брадлей был стопроцентным англичанином и после короля с королевой превыше всех почитал Ньютона. Ньютон же считал свет потоком частиц. Вот вам и аналогия с дождевыми каплями. Значит, хоть свет от Гаммы Дракона и летит вертикально вниз, Земля тоже не ждет, катится себе по орбите. И пока световые частицы пролетают путь от объектива до окуляра, телескоп успевает вместе с Землей немножко подвинуться. Значит, для наблюдателя лучи Гаммы Дракона покажутся наклонными. А поскольку наша планета, облетая вокруг Солнца, движется сначала в одну, а потом в другую сторону, то и луч света от любой звезды опишет в поле зрения телескопа маленькую земную орбиту. Одинаковую для всех звезд.

«Черт возьми! — должен был снова подумать Брадлей, если был он стопроцентным англичанином. — Кажется я открыл что-то новенькое. Не назвать ли мне это явление аберрацией света?» Так он и поступил.

Для ученого мира это было крупнейшим открытием. Для теологов — не меньшей неприятностью. Не забывайте, шло лишь самое начало восемнадцатого столетия, и движение Земли вокруг Солнца еще вовсе не для всех было непреложной истиной. Аберрация же света не оставляла больше никаких сомнений.

Брадлею воздали должное. Но червь неудовлетворенности грыз его до самой смерти — ведь он искал параллакс. Двадцать лет еще глядел англичанин в окуляр своего телескопа, мерил, мерил, годичные перемещения звезд и в конце концов открыл… нутацию, то есть колебания земной оси под действием лунного притяжения.

А параллакс?

Увы, он остался неуловимым.

Первый телескоп, как известно, появился у Галилея. Правда, кое-кто из святых отцов считал безобидный инструмент «бесовским снарядом» и в доказательство приводил слепоту старого ученого как наказание божие. Однако и слепой, Галилей видел дальше зрячих кардиналов. В свое время он разработал новый метод измерения расстояний до удаленных предметов. Метод был гениален и потому чрезвычайно прост.

Вытяните перед собой руку с поднятым большим пальцем. Прицельтесь на некоторый удаленный предмет, зажмурив левый глаз. Готово? Теперь откройте левый глаз, но закройте правый. Видите, полное впечатление, что палец перескочил вправо от удаленного предмета. Вы, надеюсь, не шевелили рукой? А теперь, зная расстояние между глазами, величину кажущегося перемещения пальца и длину руки, легко определить расстояние до удаленного предмета.

Эта задача по сложности не превосходит требований, предъявляемых к ученикам седьмого класса, и автор просто стесняется давать ее в качестве задания читателям.

Сейчас трудно с уверенностью сказать, пользовался ли Галилей большим пальцем. Но он предложил заменить расстояние между глазами диаметром земной орбиты. А в качестве удаленного предмета взять маленькую звездочку, размещенную на небе оптически рядом с той, расстояние до которой нас интересует.

Метод был готов. Жаль, сам Галилей не успел им воспользоваться. Срок, отпускаемый природой гениям, ничем не отличается от долголетия признанного болвана.

В 1775 году за проблему определения звездного параллакса взялся Вильям Гершель. Слава первого астронома королевства и лучшего строителя телескопов в мире привела его к этой актуальнейшей для того времени проблеме. Гершель отдал предпочтение методу Галилея, для чего ему прежде всего понадобились две звезды-соседки. Что ж, чего другого, а звезд на небе не занимать. Астроном выбрал несколько пар и принялся за наблюдения.

Прошло полгода. Звезды и не думали сходиться или расходиться ради славы науки астрономии. Гершелю, как на грех, попались истинно двойные светила, составляющие единую систему, прочно связанную взаимным притяжением. Это было занятно: двойные звезды — новинка в XVIII веке. Бывший музыкант стал искать и наблюдать другие парные системы. Скоро его каталог двойных звезд содержал уже описания 703 пар. Увлекшись поисками двойных звезд, Гершель открыл по пути тройные, четверные, вообще кратные системы, подчиняющиеся закону Ньютона так же, как верны ему Земля с Луной и Солнце со всем выводком.

Но мы, кажется, начинали говорить о параллаксе. Что ж, с давних пор известно, что нельзя объять необъятное. Наверное, поэтому параллакс по-прежнему и не давался никому в руки.

В 1833 году император Николай I подписал приглашение дерптскому астроному Фридриху Георгу Вильгельму Струве, именуемому в дальнейшей жизни и истории Василием Яковлевичем, взять на себя руководство строительством новой обсерватории под Петербургом, в Пулкове.

Струве родился в Германии, в городе Альтоне, и окончил Дерптский (Тартуский) университет с дипломом филолога. Однако пути господни неисповедимы. Студентом он случайно попал в домашнюю обсерваторию к одному из знакомых и… «погиб». Звезды оказались сильнее филологии.

Окончив университет и получив право на преподавание языка и литературы, молодой человек тут же засел за телескоп. Снова на его столе появились книги. Но, увы, это была не словесность, а математика. И спустя три года «экс-филолог» защитил диссертацию на тему «О географическом положении Дерптской обсерватории».

Наивные времена! Языковед самоучкой не только постигает математику, но и становится магистром точных наук. Куда смотрело начальство? Между прочим, если перелистать страницы истории науки, сколько выдающихся деятелей ее вышло из тех, кто сумел преодолеть инерцию, понять свою ошибку и вовремя свернуть пусть с проторенной, но чужой дороги на свою! Это вместо того, чтобы всю жизнь тянуть опостылевшую лямку службы и жаловаться на судьбу. Работа обязательно должна быть главным интересом в жизни. Тогда она приносит удовлетворение, успех. Тогда человек счастлив.

Струве был счастлив. Он стал достойным наследником Гершеля в поисках и изучении двойных звезд. О людях, многого достигших своим трудом, принято говорить, что они обладали железной волей. К Струве это правило относится в наибольшей степени. Раз и навсегда филолог-астроном утвердил для себя жизненное правило: сначала продумывать предстоящую работу, составлять план, а уж начав, ни при каких обстоятельствах не останавливаться. Не исключено, что именно упорство и педантизм в двадцать девять лет привели его в ряды членов-корреспондентов Российской академии наук. Так или иначе, но в полдень 3 июля 1835 года именно он, директор будущей «Столицы звезд», поднял над головой платок, давая знак к началу церемонии по закладке первого камня Пулковской обсерватории.

На строительство не жалели средств. И новый директор вскоре приобрел для нее 15-дюймовый (38-сантиметровый) рефрактор. Это был лучший инструмент в мире. 27 окуляров прилагалось к нему. Они давали увеличение до двух тысяч раз. Струве выбирает яркую Вегу и решает определить ее параллакс.

Астрономические работы требовали много времени. Однако, несмотря на занятость строительством обсерватории, педантичный пулковский директор не запускал своих наблюдений. И в середине 1838 года ученый мир с восторгом узнал, что первая работа, выполненная Струве в новой русской обсерватории, дала астрономии первый параллакс. Расстояние до жемчужины ночного неба — Веги было найдено. Правда, Струве ошибся раза в два. После ряда уточнений и поправок оно оказалось равно 255 000 000 000 000 километров (или 8,26 парсека). Эта была колоссальная победа!

Именно с нее можно считать, что для астрономии в России наступил «золотой век». Русские астрономы вышли на мировую арену, удивляя всех своими работами.

Примерно в то же время директор Кенигсбергской обсерватории знаменитый Фридрих Бессель стал обладателем инструмента, сделанного незадолго до смерти самим Фраунгофером. Это был великолепный гелиометр с разрезанным объективом.

Принцип действия инструмента заключался в том, что изображение одного и того же предмета можно было получить отдельно на двух половинках объектива. Затем, совместив половинки до совпадения изображений, можно было точно измерить смещение, а значит… Да ведь прибор точно специально создан для того, чтобы решить вековую задачу — изловить, наконец, параллакс. Бессель это понял сразу. Однако, выбирая объект для наблюдения, он принял иной критерий удаленности звезды от Солнца. Бессель рассуждал так: чем ближе к нам чужое светило, тем заметнее оно должно перемещаться по небосводу. И он выбрал Шестьдесят первую Лебедя — маленькую, едва заметную двойную звездочку пятой величины.

Бессель навел на нее телескоп, повернул объектив так, чтобы разрез совпадал с линией, соединяющей звездную пару, и принялся медленно сдвигать половинку линзы, пока изображение первой звезды на правой половине не совпало с изображением второй звезды на левой половине линзы. Теперь надо было считать.

В декабре того же года он определил параллакс и вычислил расстояние до 61-й Лебедя, оказавшееся равным примерно 600 000 радиусов земной орбиты.

…Определение параллаксов звезд — каторжный труд. Снимем шляпы, чтобы поклониться труженикам астрометристам, измерившим к нашим дням параллаксы тысяч звезд. Звездные расстояния сдались. Открылась дверь к тайнику Урании. Астрономы получили возможность не только сравнивать звезды по блеску между собой, то есть определять абсолютную звездную величину, но и измерять радиусы звезд и даже «взвешивать» далекие светила.