Нил Тайсон - На службе у войны: негласный союз астрофизики и армии

Но Фраунгофер не ограничился тем, что прилежно зарисовал систему линий в солнечном спектре. Он еще заметил, что положение двух ярких желтых линий в спектре раскаленного натрия точно соответствует положению двух наиболее заметных темных линий солнечного спектра. Больше того, он обратил внимание на то, что спектр Солнца очень похож на спектры солнечного света, отраженного от планет. С другой стороны, оказалось, что не только Солнце, но и каждая яркая звезда имеет свою собственную, отличную от всех других, картину линий. Так что можно, пожалуй, сказать, что Фраунгофер сделал первый настоящий спектроскоп.

Свет всегда был предметом жарких споров и передовых исследований. На протяжении большей части XIX века его фундаментальная природа ускользала от ученых. Состоит ли он, как утверждал Ньютон, из корпускул или из волн? Распространяется ли он в заполняющей все пространство податливой невидимой среде? С какой скоростью? Связан ли он с электричеством? С магнетизмом? В середине XIX века спектроскопия еще не существовала как самостоятельная наука, но вскоре стала таковой – в основном благодаря сотрудничеству двух профессоров Гейдельбергского университета, физика Густава Кирхгофа и химика Роберта Бунзена (который, кстати, лишь усовершенствовал, но вовсе не изобрел бунзеновскую газовую горелку). В конце 1850-х они занялись

общей работой, которая не дает нам обоим покоя. <���…> Найдено средство определять состав Солнца и неподвижных звезд с той же точностью, с которой мы определяем присутствие серной кислоты, хлора и т. д. с помощью наших химических методов. Этим методом состав субстанций на Солнце можно определять столь же легко, как и на Земле [234] .

В 1859 году Бунзен и Кирхгоф придумали способ накладывать спектр света, испускаемого натриевой лампой, на спектр солнечного света, подтвердив при этом подозрения Фраунгофера о связи между двумя замеченными им в спектре Солнца темными линиями и двумя ярко-желтыми линиями натрия. Отныне и навсегда была установлена связь между лабораториями химиков и веществом, заполняющим самые дальние уголки Вселенной. За последовавшие несколько лет, сжигая различные вещества на бунзеновской горелке и пропуская свет этого пламени через спектроскоп собственной конструкции,

Кирхгоф и Бунзен методически регистрировали системы линий, создаваемых известными элементами, открыли несколько новых и дали возможность своим ученикам и другим исследователям открывать их еще и еще.

Когда Бунзен и Кирхгоф в 1860 году начали публиковать результаты своих трудов, незадолго перед этим скончавшийся французский философ Огюст Конт, наверно, перевернулся в гробу: в 1835 году во втором томе своего шеститомного «Курса позитивной философии» он без тени сомнения провозгласил невозможность получения какой-либо химической информации о звездах (получение физической информации он, правда, допускал, но в крайне ограниченном объеме):

Мы понимаем возможность определения их формы, расстояний до них, их размеров и движений; в то же время мы никогда при помощи какого бы то ни было метода не узнаем ни их химического состава, ни минералогической структуры, ни, тем более, природы каких-либо высокоорганизованных существ, которые, возможно, обитают на их поверхности, <���…> Я настаиваю на своем мнении, что любое представление об истинной температуре на звездах будет навсегда скрыто от нас [235].

__________________

Если бы Конт оказался прав, астрофизики не существовало бы. Но вскоре после выхода в свет второго тома его главного сочинения спектроскопические открытия, касающиеся космических окрестностей Земли, начнут лавинообразно умножаться. Скоро спектры можно будет уже не только наблюдать, но и фотографировать, несмотря на трудности, связанные с тем, что на любой длине волны надо собрать достаточно фотонов, чтобы линия зарегистрировалась на фотоэмульсии. Астрофотографы будут снимать ранее невиданные и даже непредставимые атрибуты далеких небесных тел. За тридцать лет до его получения на Земле в спектре Солнца будет открыт и назван в честь греческого бога Солнца Гелиоса новый элемент гелий. И в 1887 году – спустя сорок лет после того, как два бостонца в течение ста секунд дагеротипировали Вегу, – два брата-француза, Поль-Пьер и Матье-Проспер Анри, потратят всего 20 секунд, чтобы сфотографировать звезду, в десять тысяч раз более слабую [236].

В апреле 1887 года созванный Французской академией наук Астрографический конгресс, на который прибыли ученые из девятнадцати стран, зарегистрировал официальный брак фотографии и астрономии. За девять дней, проведенных в Париже, делегаты договорились об организации международной кампании: на основе двух главных принципов – использования стандартных инструментов и стандартной методики – не только получить полную фотографическую карту неба, но и составить точный каталог двух миллионов звезд. Это была амбициозная задача – ведь среднее количество видимых невооруженным глазом звезд ненамного больше 6000. В качестве стандартного инструмента был выбран тот, что разработали братья Анри. Уже на следующий год американский астроном, физик и пионер воздухоплавания Сэмюэль П. Лэнгли напечатал книгу «Новая астрономия». Правда, это название понравилось не всем. Как писал один педантичный астрофизик XIX века, «новая астрономия, в отличие от старой, которой мы обязаны умению плавать по морям, предвычислять приливы и ежедневно измерять время, не может похвалиться никакой материальной пользой, которую мы могли бы извлечь из нее для наших ежедневных потребностей» [237].

Новой астрономии понадобился новый журнал и новая организация. В 1895 году вышел первый номер «Астрофизического журнала, международного обзора спектроскопии и астрономической физики» (The Astrophysical Journal). Спустя четыре года несколько групп исследователей неба объединилось в Астрономическое и астрофизическое общество Америки. Под усеченными названиями – «Астрофизический журнал» и Американское астрономическое общество – они процветают и сегодня.

___________________

У нас, современных астрофизиков, в распоряжении телескопы, которые собирают в 70 000 раз больше света, чем труба Галилея, и спектрометры, способные зарегистрировать присутствие водорода в галактике, отстоящей от нас на несколько миллиардов световых лет. Мы вооружены множеством вспомогательных инструментов и методов: адаптивной оптикой, цифровыми приемниками, суперкомпьютерами, устройствами, которые экранируют ослепительный свет материнских звезд и позволяют зарегистрировать обращающиеся вокруг них планеты, методами отделения сигнала от шума. Но при всех инновациях, при всей сложности технологий перед астрофизиком XXI века стоит все та же главная и столь же трудная, как и прежде, задача, которую решал и Галилей: собрать максимальное количество света от исключительно слабого и далекого объекта, а затем извлечь из этого света как можно больше информации. Различие заключается в том, как именно современный астрофизик – и современный военный – обрабатывает собранный им свет.