Недостача слабых звезд
В 1839 году в только что отстроенной Пулковской обсерватории установили величайший для того времени 15-дюймовый телескоп. Знаменитый русский астроном и основатель Пулковской обсерватории Василий Яковлевич Струве с помощью нового телескопа продолжал исследования звездного мира, начатые им еще в Дерптской обсерватории.
После нескольких лет работы В. Я. Струве пришел к твердому убеждению, что он видит не все звезды, какие мог бы показать ему новый телескоп. По всем признакам свет слабых и очень далеких звезд почему-то не долетает до Земли.
Еще в XVIII веке ученые, подсчитывая звезды, заметили, что слабых звезд на небе оказывается меньше, чем можно было ожидать. По расчетам астрономов выходило, что звезд восьмой величины должно быть, примерно, вчетверо больше, чем звезд седьмой величины; звезд девятой величины — вчетверо больше, чем звезд восьмой величины, и так далее.
В действительности же получилась иная картина. Звезд седьмой величины насчитывается 14 300, а звезд восьмой величины вместо 51 200 — только 41000. Звезд девятой величины вместо 164 000–117 000. Наблюдения противоречат вычислениям. Слабых звезд явно недостает.
Каждый раз, заметив в окружающем нас мире что-либо новое, астрономы стараются понять, что перед ними — истинное явление или же нечто кажущееся. Так и тут. Может быть это только кажется, что слабых звезд мало, может быть их на самом деле больше, но они почему-либо невидимы.
Мнения астрономов разделились. Большинство утверждало, что вычисления ошибочны, слабых звезд и в действительности столько, сколько их видно.
Меньшинство полагало более благоразумным подождать, понаблюдать — с течением времени станет ясно, в чем тут дело.
Только очень немногие ученые — два-три человека — считали недостачу слабых звезд кажущимся явлением.
В 1847 году Струве опубликовал свой многолетний труд «Этюды звездной астрономии». В этом капитальном произведении В. Я. Струве весьма решительно доказывал, что нехватка слабых звезд — явление кажущееся, на самом деле звезд больше, чем мы видим.
Западноевропейские ученые встретили открытие русского астронома с явным неодобрением. Они называли доводы В. Я. Струве неубедительными и мало обоснованными. Свои возражения критики сопровождали ироническими замечаниями и всячески высказывали свое недовольство. Это и понятно. Струве был слишком авторитетным ученым, к словам директора «астрономической столицы мира» волей-неволей приходилось прислушиваться. Но соглашаться с мнением В. Я. Струве западноевропейские ученые не хотела.
Спор о числе слабых звезд только на первый взгляд казался чем-то второстепенным. Он скрывал в своей основе глубокие противоречия двух мировоззрений.
Ученые-идеалисты, стремившиеся угодить церковным требованиям, яростно доказывали, что чем дальше от Солнца, тем звезды размещены в пространстве все реже и реже. Никакой нехватки слабых звезд нет. Звезды действительно столпились вокруг Солнца. Они якобы окружают его, как самое главное светило во всей Вселенной. Солнце занимает это почетное место, потому что ему, как творению бога, полагается сиять в центре Мира.
Доводы Струве опровергали этот библейский вымысел. Струве изгонял Солнце из центра Вселенной. Он низводил его в положение обычной рядовой звезды. Подобные мысли были совершенно неприемлемы для религиозно настроенных ученых.
Еще больше их возмущало объяснение Струве, почему звезд видно меньше, чем их есть в действительности.
Струве указывал, что межзвездное пространство не пусто. Оно заполнено чрезвычайно разреженной материей: мелкой пылью и частицами газов. Эта космическая пыль затуманивает свет далеких звезд, ослабляет его, а самые тусклые звезды становятся вовсе невидимыми. И из-за этого возникает противоречие между наблюдениями и расчетами астрономов. Но это противоречие кажущееся — «виновата» космическая пыль.
Западноевропейские астрономы негодовали. Мысль о засоренности космического пространства казалась им чудовищной и безбожной. По Струве получалось, что бог, создавая Землю, Солнце и звезды, оставил на небе какой-то сор.
Противодействие, которое встретили идеи Струве, сделало свое дело. Работа Струве была временно забыта. Предубеждение, внушенное религиозными представлениями о Вселенной, помешало развитию астрономии, задержало его более чем на полвека.
В конце прошлого столетия астрономы стали замечать, что в спектрах далеких звезд имеются линии, которые не могут принадлежать звездам. Они явно захвачены световым лучом во время его путешествия в космическом пространстве. И чем дальше находится исследуемая звезда, тем резче выделяются эти линии.
В 1910 году известный русский астроном Г. А. Тихов доказал, что межзвездная пыль действительно существует. Однако буржуазным ученым и этого было мало. Космическую пыль «открывали» по меньшей мере раз пять или шесть.
Окончательно признали ее существование только в 1930 году. Помогли этому земные вулканы. В начале нашего столетия произошло несколько извержений: в 1902 году на острове Мартинике проснулся вулкан Лысая Гора, в 1906 году было извержение Везувия, а в 1914 году — Сакурашимо.
Вулканы выбросили в верхние слои атмосферы огромное количество вулканического пепла. При страшном извержении Лысой Горы тучи пепла взметнулись на четыре тысячи метров над землей. Пепел поднялся в заоблачную высь, и воздушные течения разнесли его почти по всей Земле.
Извержение вулкана Лысая Гора на острове Мартинике 8 мая 1902 года.
К великой досаде астрономов частицы вулканического пепла плавали в атмосфере несколько лет и сильно мешали наблюдениям: свет звезд казался красноватым. Влияние пыли на свет звезд поневоле пришлось изучить как можно основательнее. И это помогло при исследованиях звезд.
Примерно, в двадцатых годах нашего века астрономы научились почти безошибочно и несколькими способами определять температуру звезд. При этом выяснилось, что прежние сведения о температуре звезд не вполне точны. Раньше считали, что все белые звезды горячи, а красноватые — холодны.
В 1930 году было замечено, что на некоторых участках неба звездочки, по всем признакам раскаленные до 10–12 тысяч градусов, кажутся почему-то красноватыми. Такие звезды должны быть ярко-белыми, но ни в коем случае не красными.
Эти звезды безусловно белые, но пока их свет летит до Земли, то по пути фиолетовые, синие, голубые и зеленые лучи частично теряются, остаются только красные, оранжевые и желтые лучи; свет начинает казаться красноватым. Как показали наблюдения, сделанные после вулканических извержений, виновником такого изменения света звезд может быть мельчайшая пыль. Пылинки поглощают и рассеивают преимущественно голубые и зеленые лучи. Желтые, оранжевые и красные лучи они пропускают сравнительно свободно. Поэтому свет, проходя сквозь слой пыли, теряет фиолетовые, голубые и зеленые лучи, и от этого краснеет.
Однако в тридцатых годах сильных вулканических извержений не наблюдалось. Атмосфера была чиста. Откуда же могла взяться пыль, заставившая звезды покраснеть? Она явно была не земного происхождения, так как красноватыми выглядели не все звезды, а только некоторые на отдельных участках неба.
Более подробные исследования показали, что покраснение света звезд вызвано не земной, а космической пылью. В межзвездном пространстве клубятся легкие, тонкие, прозрачные пылевые облака.
Таким образом гениальное предвидение В. Я. Струве полностью подтвердилось. Спор, длившийся почти девяносто лет, закончился победой русской науки. Межзвездное пространство действительно не пусто и не вполне прозрачно.
Западноевропейские ученые долгое время думали, что космическая пыль распределена в пространстве равномерно. Это тоже было ошибкой. Крупнейший советский астроном В. А. Амбарцумян вместе со своим учеником Ш. Г. Горделадзе доказали, что основная масса космической пыли и газов собрана в отдельные облака — туманности.
Облака космической пыли находятся на разных расстояниях от Земли. Одни из таких туманностей далеки и о их существовании можно судить только по легкому покраснению света звезд, расположенных позади туманности; другие — близки и видны сравнительно хорошо. Они отчетливо вырисовываются на фоне Млечного Пути.
Ближайшие к Земле облака темного пылеватого вещества были давно замечены людьми. Моряки и китобои, плававшие в южном полушарии, еще в XVII веке приметили одно такое облако и дали ему меткое прозвище: «Угольный мешок». В этом месте среди Млечного Пути на небольшом участке звезд почти не видно — они словно прихлопнуты черным мешком.
Есть такие же «угольные мешки» и на небе северного полушария. Они темнеют среди звезд Млечного Пути в созвездиям Лебедя, Стрельца и Змееносца.
Туманность «Волокнистая».
Долгое время эти темные провалы среди звезд считались пустотами — «дырами в небе», ученые думали, что сквозь них, как через окошки, чернеет даль мирового пространства.
Покраснение света звездочек, виднеющихся в таких «небесных окошках» помогло разоблачить ошибку. Это вовсе не «окошки», а темные, полупрозрачные массы пыли, заслоняющие от нас свет звезд.
В. А. Амбарцумян и Ш. Г. Горделадзе, исследовавшие природу распыленного межзвездного вещества, доказали, что между светлыми бесформенными туманностями, которые с давних пор были известны ученым, и темными туманностями никакой существенной разницы нет. Просто одни освещены ближайшими яркими звездами, а другие не имеют поблизости звезд-осветителей и поэтому темны.
Темная туманность, видимая на фоне звезд Млечного Пути.
Итак, в распоряжении ученых оказался чрезвычайно важный факт: в пространстве, кроме звезд и различных светлых туманностей, есть еще темные облака космической пыли. И вообще межзвездное пространство не пусто.
Но это открытие, сделанное в начале нашего века, было только одной из тропинок, которая повела ученых к исследованию глубин Вселенной. Примерно в те же годы астрономы одержали другую важную победу: они сумели измерить Млечный Путь.