Александр Гурштейн - Извечные тайны неба

В дальнейшем выяснилась двойственная природа фраунгоферовых линий: часть из них обусловлена поглощением света молекулами азота, кислорода, воды и углекислого газа при прохождении через земную атмосферу, другая часть – поглощением света во внешней, очень разреженной газовой оболочке Солнца. Изучая именно эту, вторую часть спектральных линий поглощения в спектрах звезд, и удалось сделать первые шаги в изучении химической и физической природы далеких небесных тел.

Большие заслуги в развитии спектрального анализа применительно к астрофизическим задачам принадлежат выдающемуся русскому астроному А. А. Белопольскому.

Несмотря на кажущееся однообразие звездных спектров, они чрезвычайно различны в деталях. Было установлено, что это разнообразие происходит не столько от различий в химическом составе звезд, содержащих преимущественно водород и гелий, сколько от физических условий, в которых находится их излучающая поверхность, и в первую очередь от ее температуры.

По смещению линий к красному или фиолетовому концу спектра по эффекту Доплера – Физо стало возможным судить о скорости приближения или удаления излучающего тела по лучу зрения.

Как сказал поэт, «распялив луч в трехгранности стекла», наблюдатель звездного неба

… Сквозь трещины распластанного спектра

Туманностей исследовал состав,

Хвостов комет и бег миров в пространстве…

С помощью спектрального анализа оказалось возможным дать подробную классификацию всех наблюдаемых на небе звезд.

Как это обычно бывает в науке, глубокая физическая связь между различными явлениями обнаруживается значительно позже, чем такая связь устанавливается из опыта в форме некоторых эмпирических закономерностей. Лучшим примером в этом отношении может служить периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева – классификация, которая послужила замечательной основой для дальнейшего развития представлений о внутреннем строении веществ. Периодический закон Менделеева позволил сделать далеко идущие выводы и предсказания, причем последующие разработки не отвергали, а только все более обогащали первоначальную систему.

Нечто аналогичное, хотя и в гораздо более скромных размерах, получилось и при классификации звездных спектров. Правильная классификация в конечном счете позволила расположить все звезды в единую непрерывную последовательность на диаграмме Герцшпрунга-Рессела и приблизиться к пониманию законов их развития. И совсем не случайно один астроном в шутку назвал спектры звезд их «отпечатками пальцев».

Наряду со спектральным анализом, важнейшим стимулом интенсивного развития астрофизики послужило изобретение фотографии. Так случилось, что первое в мире публичное сообщение о великом изобретении Луи Дагера на совместном заседании Академии наук и Академии изящных искусств 19 августа 1839 г. в Париже сделал именно астроном – непременный секретарь Академии наук и глава Парижской обсерватории Франсуа Араго. Астрономы вместе с Араго тотчас по достоинству оценили непреходящее значение фотографии для науки. Уже в 1840 г. были получены дагерротипы с изображениями Луны, а Джон Гершель применил дагерротипную пластинку для регистрации солнечного спектра с помощью призмы, изготовленной Фраунгофером. Фотокамера в совокупности с телескопом – эта новая разновидность телескопа получила наименование астрографа – стала незаменимым астрономическим прибором. Регистрация спектров Солнца и звезд начала выполняться только фотографически.

Благодаря бурному развитию физической теории строения атомного ядра и совершенствованию техники физического эксперимента астрофизика в XX в. оказалась самой быстро развивающейся областью астрономии и заняла в ней доминирующее место.

Ученые нуждаются в помощниках. Всегда нуждались в поддержке даже ученые-теоретики, и мы хорошо помним, какие важные услуги оказали и Копернику, и Ньютону их молодые коллеги – добровольные помощники Ретик и Галлей. Что же говорить тогда об экспериментаторах и особенно об астрономах-наблюдателях, которым приходится работать ночью с громоздкими инструментами. Наладка этих инструментов, тщательный уход и постоянное поддерживание их в рабочем состоянии – одно это уже составляет задачу трудоемкую, требующую многих специальных знаний.

А необходимость выполнять во время наблюдений сразу несколько операций? А бесконечные вычисления, которые приходится выполнять и до наблюдений, чтобы определить их программу, и после наблюдений, чтобы их обработать? А постройка новых инструментов?

Что не под силу одному, может сделать группа, содружество ученых, коллектив. Астрономы больше других ученых нуждаются в таких содружествах: ведь многие важные результаты достигаются в астрономии зачастую лишь в итоге наблюдений, продолжающихся непрерывно по единому плану долгие годы и даже десятки лет. Только планомерная подготовка учеников, кропотливое обучение их тонкому искусству астрономических наблюдений может обеспечить преемственность в выполнении крупных астрономических программ. А все это возможно только в условиях сложившихся, постоянно существующих научных центров. Такими «царствами астрономов» стали их обсерватории.

Широкий размах строительство обсерваторий приобретает в Европе во второй половине XVII в. С одной стороны, необходимость уточнения всех астрономических таблиц из новых наблюдений настоятельно диктуемся потребностями практики: они остаются незаменимым средством определения местоположения в открытом море. С точки зрения любого адмиралтейства астрономические наблюдения являются делом государственной важности.

С другой стороны, уровень технического оснащения астрономов невиданно возрос. С помощью телескопа и хронометра астрономы теперь действительно могут обеспечить практические потребности государства. Однако астрономические инструменты становятся дорогостоящими, постройка и содержание их требуют специальных механиков, и все это больше не по карману простым любителям. Астрономия приобретает облик государственной науки, субсидируемой казной.