Лев Мухин - Мир астрономии

Итак, О. Рёмер находился в Дании, где он исследовал руины Ураниеборга — знаменитой обсерватории Тихо Браге. Тем временем придворный астроном Кассини, проводя наблюдения в Париже за затмениями спутников Юпитера, установил, что в соединениях моменты затмений первого спутника запаздывают более чем на 10 минут. Рёмер, вернувшись с острова Хвен и узнав об этом, продолжил наблюдения над затмениями спутников Юпитера и очень скоро объяснил факт запаздывания конечностью скорости распространения света. Он вычислил ее из имевшихся в то время данных для орбит планет и получил значение для скорости света 2,3 × 10 10 см/сек. Это было одним из величайших достижений астрономии.

Джон Доменико Кассини (1685–1712).

Мы до сих пор говорили о достижениях астрономии в «рамках» Солнечной системы. Не менее впечатляющие успехи были достигнуты в это время при изучении более далеких объектов. Здесь в наблюдении уже не Солнечной системы, а Вселенной бесспорное первенство принадлежало Гершелю. Именно его пионерским работам обязана астрономия появлению первой систематической «инвентаризации» нашего мира, которой астроном занялся после открытия Урана.

Гершель проделал неимоверно тщательную и кропотливую работу: подробный и систематический обзор всего неба. Каждый объект, попадавший в поле зрения его телескопа, заносился в каталог. Поскольку инструменты Гершеля были лучше телескопов Гринвичской обсерватории, ему удалось открыть удивительный факт. Многие объекты, которые до наблюдений Гершеля казались туманными пятнышками, состояли на самом деле из многих тысяч звезд.

Гершель открыл не менее 2500 туманностей и звездных скоплений. И до Гершеля многие ученые считали, что Млечный Путь состоит из огромного числа звездных скоплений. Этой точки зрения придерживался, в частности, И. Кант. Но до наблюдений Гершеля это были чисто умозрительные рассуждения.

Схема затмения спутников Юпитера (рисунок Рёмера). Исследуя затмения спутников Юпитера, Рёмер вычислил примерную скорость света.

В результате «звездного зондирования» Гершелю удалось впервые установить, что «…звездная система, в которой мы живем, …состоящая из многих миллионов звезд, является, по всей вероятности, обособленной туманностью». «То, что Млечный Путь является очень вытянутым слоем звезд различных размеров, — в этом не остается ни малейшего сомнения; точно так же ясно, что и наше Солнце — одно из входящих в него небесных тел».

Гершель первым ввел понятия островных вселенных, сравнимых по размеру с нашей Галактикой. Это был первый человек, шагнувший за пределы известного мира и, в принципе, правильно нарисовавший его структуру. «Caelorum perrupit claustra» («он проник сквозь преграды небес»), — гласит надпись на надгробном камне отца современной астрономии.

Гершель умер в 1822 году, а в 1835 году впервые было измерено расстояние до звезд. Сейчас нам остается лишь гадать, на чем было основано пророческое утверждение Гершеля: «…Я наблюдал звезды, свет от которых, как можно доказать, идет два миллиона лет, прежде чем он достигнет Земли». Это таинственное замечание величайшего астронома, по всей видимости, навсегда останется тайной истории науки.

Метод, который был использован для определения расстояния до звезд через 13 лет после смерти Гершеля, нам уже знаком. Это все тот же метод параллакса, но уже так называемого годичного параллакса, когда в качестве базы используется весь диаметр земной орбиты. Из рисунка становится ясным, что если проводить измерение положения звезды на небе с интервалом в шесть месяцев, то расстояние до звезды можно легко определить, используя данные наблюдений за ее положением на небе и значение диаметра земной орбиты.

Оле Кристенсен Рёмер (1644–1710).

Поскольку ошибки в определении параллакса были заметными, наблюдения за Вегой, альфа Центавра и другими звездами велись в течение нескольких лет различными обсерваториями мира. Для звезды альфа Центавра измеренный параллакс оказался близок к 1″. Легко показать, что в этом случае расстояние до звезды оказывается равным 4 × 10 13километров, или около 4 световых лет.

Познакомившись с понятием параллакса, нам теперь легко определить и термин «парсек». Это расстояние, с которого земная орбита видна под углом в одну секунду. Соответственно и звезда, параллакс которой составляет одну секунду, находится от Земли на расстоянии одного парсека. Использование годичного параллакса позволяет определять расстояния, не превышающие 30 парсек, так как угловые смещения звезд столь малы на этих расстояниях, что точность измерений становится явно недостаточной.

К началу XX века астрономы полностью отдавали себе отчет в том, что размеры нашей Галактики составляют тысячи парсек (пс), а расстояние до ближайших туманностей и того больше. Однако для надежного измерения таких расстояний нужен был новый метод. Этот метод был использован в 20-х годах нашего века Хабблом для определения расстояний до нескольких ближайших галактик, но, прежде чем рассказать об этом, необходимо познакомиться как с развитием телескопических методов, так и с некоторыми свойствами звезд, в особенности с теми, которые придают живописность и непередаваемое разнообразие ночному небу.

Еще со времен Гиппарха и Птолемея было принято различать звезды по степени их блеска. Птолемей установил для различий блеска шесть классов звезд, которые он называл «величинами». Звезда первой величины — самая яркая. Шестой величины — самая слабая. Слово «величина» относится лишь к степени блеска звезды и ничего общего не имеет с ее размерами. К 1843 году на небе насчитывалось 14 звезд первой величины, 51 — второй, 153 — третьей, 325 — четвертой, 810 — пятой и 1871 звезда шестой величины.

Человеческий глаз — очень тонкий оптический инструмент и способен чувствовать бóльшие различия в блеске, чем одна звездная величина. Так, сын В. Гершеля, известный астроном Д. Гершель, продолжавший работу отца, расположил звезды южного неба по степени блеска, используя звездные величины с двумя десятичными знаками!

Метод годичного параллакса.

Но такая точность требовала введения какой-то количественной основы. В 1869 году был сформулирован «психофизический» закон, согласно которому физическое восприятие света уменьшается (или увеличивается) как логарифм интенсивности воздействия. Как можно проиллюстрировать этот факт?