Любительская астрономия: люди, открывшие небо

Она была награждена многочисленными наградами: например, в 1828 году получила золотую медаль Королевского астрономического общества, в котором она была избрана почетным членом в 1835 г. В 1838 году Королевская Ирландская академия наук в Дублине избрала 88-летнюю Каролину Гершель в свои члены. И в 1846 году, в возрасте 96 лет, Каролина была награждена от имени короля Пруссии золотой медалью Прусской академии наук.

Ни одна из обнаруженных ее комет не была названа в честь нее, но кратер на Луне, а также один из астероидов увековечили ее имя на просторах Солнечной системы.

Судьбы Уильяма и Каролины Гершелей могут служить примером для тех, кто хочет найти свой путь как в науке, так и в жизни. Их не остановила ни смена профессии, ни, в случае с Каролиной, нетипичность таких занятий для женщин в те времена…

3. «Левиафан» и мир туманностей

Инструменты Вильяма Гершеля оставались самыми крупными в мире около полувека. В 1847 году вступил в строй новый гигантский для того времени телескоп с зеркалом диаметром 72 дюйма (1,87 м) и фокусным расстоянием 17 метров. За свои размеры он получил прозвище в честь библейского чудовища – «Левиафан». Он оставался крупнейшим телескопом в мире до начала XX века.

На строительство телескопа ушли огромные средства и, конечно, труд многих людей, изготовивших зеркало, трубу, и громадную конструкцию, служившую им опорой. Но главного инженера и одновременно спонсора этого строительства Уильяма Парсонса, третьего лорда Росса – тоже можно назвать астрономом-любителем. Ведь он удовлетворял прежде всего собственную страсть к астрономии и сам проводил наблюдения при помощи этого инструмента. Но для реализации своего смелого замысла ему пришлось не только купить дорогостоящие материалы и оборудование для мастерских, но и обучить окрестных крестьян оптике и механике, поскольку специалистов найти было очень трудно.

«Левиафан», телескоп лорда Росса

«Левиафан» получился поистине гигантским. Вес трубы вместе с металлическим зеркалом достигал 12-ти тонн. Управлять такой громоздкой махиной было тяжело. Приводилась она в движение системой платформ, подпорок и рычагов. Опорой для трубы и защитой от ветра служили две огромные каменные стены. Нижний конец 12-тонной трубы опирался на чугунный шарнир, верхний был закреплен на цепях. Свободно двигаться эта конструкция могла лишь по высоте (вверх и вниз). По азимуту (т. е. вправо и влево) труба смещалась лишь на 15 градусов. Следить за объектом, таким образом, можно было лишь сравнительно короткое время и только тогда, когда он оказывался в узком интервале доступных телескопу азимутов (то есть в узкой полосе неба, на которую он мог быть направлен). Такая конструкция исключала и применение фотографических методов наблюдения, которые уже начинали входить в астрономическую практику. «Левиафан» не мог удерживать объект в поле зрения в течение длительной выдержки.

Лорд Росс

У бронзовых зеркал, которыми оснащались тогда все телескопы-рефлекторы, имелись серьезные недостатки: они были тяжелы, прогибались под собственным весом, к тому же быстро тускнели и требовали повторной полировки.

Не самым удачным было и расположение гиганта: климат Ирландии не изобилует ясными ночами: их бывает всего 60–80 за год…

Однако, несмотря на все эти трудности, телескоп лорда Росса (и несколько меньших инструментов, построенных им же) сослужил хорошую службу науке. С его помощью в каталоги были внесены новые звездные скопления и туманности. Лорд Росс делал детальные зарисовки этих объектов. Ему принадлежит, например, авторство названия «Крабовидная туманность», под которым мы знаем самый известный на небе остаток сверхновой[11 - Сверхновая – звезда, увеличивающая свой блеск в течение нескольких суток в миллионы и миллиарды раз, а потом угасающая в течение нескольких месяцев или лет. Причина – мощный взрыв, почти полностью разрушающий звезду.]. Некоторые из туманностей, которые в приборах Гершеля казались лишь облачками, оказались для «Левиафана» тесными звездными скоплениями. У некоторых, например у Туманности Андромеды и туманности в Гончих Псах, выявилась спиральная структура. Но то, что одни туманности представляют собой газовые облака нашей галактики, а другие – сами являются далекими гигантскими звездными системами – галактиками – стало окончательно ясно лишь в XX веке.

Лорд Росс умер в 1867 году. После его смерти «Левиафан» оставался в строю еще около 30 лет. На нем проводил наблюдения сын его создателя, а также Джон Дрейер – составитель Нового общего каталога туманностей и звездных скоплений, объекты из которого знакомы любителям астрономии и профессионалам по сокращенному обозначению NGC – New General Catalogue.

В 1908 году телескоп был частично демонтирован, а в 1914 году зеркало с оправой передано в музей науки в Лондоне.

В 1994 году бывший инженер-строитель и астроном-любитель Майкл Табриди начал работу по восстановлению телескопа. Первоначальные чертежи были утеряны, и ему пришлось предпринять почти детективную работу, чтобы сопоставить между собой остатки телескопа, случайные комментарии в журналах наблюдений, а также фотографии инструмента, сделанные Мэри Росс, женой Уильяма. Восстановительные работы продолжались с начала 1996 года. До начала 1997 года было запланировано ввести в строй рабочее зеркало, но из-за бюджетных ограничений эту идею пришлось отложить для отдельного проекта.

Новое зеркало было установлено в 1999 году. В отличие от оригинального, которое было сделано из бронзы, и в отличие от современных зеркал, которые изготавливаются из стекла с алюминиевым или серебряным покрытием, это зеркало сделано из алюминия – как компромисс между достоверностью и полезностью в астрономических наблюдениях. Восстановленный телескоп лорда Росса – замечательный памятник науки.

4. Открывая переменные звезды

Как упоминалось выше, в древности любые изменения на небе воспринимались как экстраординарные события. Возможно, вспышка новой звезды побудила Гиппарха составить звездный каталог.

Изучение переменных звезд началась в 1596 году, когда Давид Фабрициус (1564–1617) обнаружил, что звезда Омикрон Кита (получившая впоследствии собственное имя Мира) периодически меняет свою яркость. В то время это было сенсацией, потому что неизменность «сферы неподвижных звезд» была утвердившейся догмой. Три четверти века спустя, в 1670 году, итальянский астроном Джеминиано Монтанари (1633–1687) пишет о том, что вторая по яркости звезда в созвездии Персея изменяет свой блеск.

Эта звезда имеет арабское название «Алголь», что означает «Голова чудовища». На месте Алголя в традиционном изображении созвездия рисуют голову Медузы – чудовища, убитого греческим героем Персеем при помощи зеркального щита, отразившего ее взгляд. Другое название Алголя – «Дьявольская звезда». Это имя может указывать на то, что, возможно, еще до Монтанари арабские астрономы знали особый характер Алголя.

Спустя более ста лет после Монтанари, в 1783 году, на Алголь посмотрел глазами астронома молодой англичанин, которого звали Джон Гудрайк.

Он родился 17 сентября 1764 года в Гронингене в семье британского дипломата и голландской купеческой дочери. В возрасте пяти лет он перенес скарлатину и полностью потерял слух. Но после правильного обучения, которое смогли ему обеспечить родители, он смог читать по губам и говорить. Для этого его отправили в специализированную школу в Эдинбурге. В 1778 году в тринадцатилетнем возрасте он смог поступить в академию в Уоррингтоне под Йорком, где не было специальных условий для людей с ограниченными возможностями.

Джон Гудрайк

Уоррингтонский преподаватель Уильям Энфилд увлек его астрономией. Джон наблюдал небо вместе со своим двоюродным братом Эдвардом Пиготтом.

Гудрайк был первым, кто точно определил период изменения блеска Алголя и построил кривую его блеска. За 2,87 суток (68 часов и 50 минут) звезда изменяет блеск более чем на одну величину. Большую часть времени она видна как звезда второй величины, затем ее блеск стремительно начинает падать, достигая звездной величины почти три с половиной (астрономы записывают это как 2,0

 – 3,5

), а затем вновь возрастает. От начала и до конца этого периода проходит около 9 часов.

Но в чем причина переменности Алголя? Гудрайк предположил, что вокруг звезды вращается достаточно большое тело, которое, проходя перед звездой, частично закрывает ее от нас, уменьшая идущий от нее поток света. По мысли Гудрайка это могла быть планета или более тусклая звезда. Два небесных тела расположены так близко друг к другу, что их нельзя разделить ни в один телескоп (правда, он выдвинул и другое предположение – что звезда имеет на своей поверхности темный участок, который периодически поворачивается к Земле из-за вращения звезды).

Кривая блеска Алголя

Кривая блеска Беты Лиры

Из этих двух гипотез более правдоподобной казалась гипотеза о затмениях. Она хорошо объясняла строгую периодичность изменения блеска и потому была принята большинством астрономов. Однако вплоть до 1889 года оставалась хотя и красивой, но всего лишь гипотезой. Доказал правоту Гудрайка астроном Герман Фогель, который работал в Потсдамской обсерватории. Для того чтобы показать, что Алголь состоит из двух компонентов, он применил спектральный анализ – метод, который в ту пору только входил в научный обиход. С помощью призмы Фогель разложил свет Алголя в спектр. Удивительным было то, что темные линии поглощения различных химических элементов то расходились, то сходились, так, как если бы принадлежали двум разным звездам. Это говорило о движении объектов: вследствие эффекта Доплера смещение линий в красную сторону спектра свидетельствует об удалении звезды от наблюдателя, а в фиолетовую – об ее приближении.

Наблюдения показали, что полный цикл расхождения и схождения линий составлял 2,87 суток, в точности совпадая с периодом переменности Алголя! Так гениальная догадка Гудрайка нашла свое подтверждение в строгих наблюдениях.

Сегодня нам известно, что две звезды, Алголь A и Алголь B, образуют очень тесную двойную систему: расстояние между ними в 16 раз меньше расстояния от Земли до Солнца.

Гудрайк продолжал поиск переменных звезд. Он обнаружил переменность звезды Бета Лиры (собственное ее имя – Шелиак). Ее период он определил, как 12 дней и 20 часов. По последним данным он составляет 12 дней и примерно 21,8 часов.

Блеск Беты Лиры колеблется от 3

,3 до 4

,1. Как известно сейчас, это двойная звездная система с двумя гигантскими солнцами, которые находятся друг от друга на таком небольшом расстоянии, что деформируют друг друга и обмениваются веществом, которое накапливается в огромном аккреционном диске вокруг звезды.

Изменение яркости Шелиака происходит за счет деформации звездной атмосферы. Если звезда, которая под действием гравитации своей близкой соседки приобрела дынеобразную форму, поворачивается к нам своей вытянутой стороной, то для зрителя она выглядит ярче, нежели в случае, в котором звезда кажется круглой. Но разница в блеске обеих звезд тоже играет роль. Основной минимум блеска (4

,1) имеет место, когда более темный красный гигант показывает свою наименьшую видимую поверхность; вторичный минимум (3

,7) имеет место, когда менее яркая звезда стоит перед большей звездой.

Еще одна звезда, переменность которой обнаружил Джон Гудрайк, – знаменитая звезда, обозначенная на звездных картах как Дельта Цефея, ставшая прототипом целого класса переменных звезд. Гудрайк не смог объяснить характер изменения ее блеска: быстрый его подъем и более медленный спад (форма кривой на графике напоминает акулий плавник). Сейчас мы знаем, что звезды типа Дельты Цефея, или, как называют их астрономы, цефеиды – это массивные яркие гигантские звезды желтого цвета. Они светят в тысячи или даже в десятки тысяч раз мощнее Солнца Причиной переменности является пульсация внешних слоёв цефеид, что приводит к периодическим изменениям радиуса и температуры их фотосфер. В цикле пульсации звезда становится то больше и холоднее, то меньше и горячее. Наибольшая светимость достигается при наименьшем диаметре.

Кривая блеска Дельты Цефея

Кривая блеска Миры Кита

В 1912 году американский астроном Генриетта Суон Ливитт обнаружила связь между средней яркостью и периодом пульсации цефеид. Эта связь означает, что, зная период, можно определить абсолютную яркость такой звезды, а затем, сравнив ее с видимым блеском, вычислить расстояние до нее. Цефеиды, таким образом, оказались полезны для определения расстояния до галактик, которые достаточно близки к нам, чтобы их можно было разрешить на отдельные звезды, среди которых можно найти цефеиды. Для более далеких галактик такими «маяками» служат вспышки сверхновых звезд.

Заметим еще, что упомянутая выше Мира, которую открыл Дэвид Фабрициус, тоже пульсирует, но характер ее пульсаций иной. Звезды такого типа выделены в отдельный класс – мириды. Мира – красная звезда-сверхгигант.

Джон Гудрайк был принят в Королевское общество 16 апреля 1786 года в возрасте 21 года. Но, возможно, он даже не узнал об этом событии, потому что всего через четыре дня, 20 апреля 1786 года, он умер от пневмонии. Один из залов университета Йорк назван в честь него в знак памяти.

Любой любитель астрономии может сейчас повторить наблюдения Джона Гудрайка и проследить за изменением блеска Алголя, Дельты Цефея и Беты Лиры. А для многих астрономов-любителей наблюдение переменных звезд, которых открыто уже многие тысячи, – серьезное, увлекательное дело, которое к тому же приносит пользу науке.

5. Вокруг Планеты Икс

С середины XIX в. все новые и новые методы и технологии приходят на службу астрономам.

Появляется фотография – и вскоре она становится основным методом, вытесняя визуальные наблюдения. Строятся все более крупные телескопы…