Пекка Теерикор - Эволюция Вселенной и происхождение жизни
Галилей был счастлив, что так просто разгадал причину млечного свечения, что собственными глазами увидел то, что Демокрит предвидел за 2000 лет до него. То же можно сказать о большинстве ближайших последователей Галилея. Но прошло еще полтора столетия, пока стала понятна природа этого звездного пояса как космической структуры.
К трехмерному Млечному Пути.В 1751 году Иммануил Кант (рис. 20.2), в это время еще студент и домашний учитель (это было за три десятилетия до его знаменитой «Критики чистого разума»), прочитал в газете отзыв о книге «Оригинальная теория, или Новая гипотеза о Вселенной», написанной англичанином Томасом Райтом. Этот отзыв оставлял впечатление, что Райт представлял Млечный Путь (то есть Галактику) в виде плоского слоя[6].
Рис. 20.2. (а) Томас Райт (1711–1786) и (б) Иммануил Кант (1724–1804). Эти мыслители, а также Иоганн Генрих Ламберт рассматривали Млечный Путь как проекцию трехмерной звездной системы.
Канта заинтересовало, как такая форма согласуется с гравитацией Ньютона, которую он изучал в университете своего родного города Кёнигсберга. Он отметил схожесть диска Сатурна и диска Галактики. Поскольку плоский диск возникает вследствие вращения вокруг планеты под действием ее гравитации, то и плоская форма Галактики также должна поддерживаться вращением. Кант предположил, что и другие маленькие туманные объекты на небе в действительности похожи на Галактику, наблюдаемую с большого расстояния. В 1755 году он опубликовал книгу с этими идеями. К сожалению, ее издатель обанкротился, и книга была конфискована. Поэтому прошло немало времени, прежде чем идеи Канта о Вселенной стали известны другим ученым.
Но каковы были на самом деле идеи Томаса Райта (см. рис. 20.2)? Путем самообразования Райт стал астрономом и математиком, а одним из способов его заработка было чтение популярных лекций. Интерес Райта к Млечному Пути был связан с тем, что всю жизнь он пытался создать модель Вселенной. Ему хотелось видеть порядок и гармонию в мире, созданном Богом, и эта модель должна была объяснить распределение звезд на небе.
В своей «Оригинальной теории» Райт считает само собой разумеющимся, что Вселенная бесконечно велика. Он также был убежден, что звезды — это далекие солнца: если бы мы смотрели на Солнце издалека, его видимый диаметр, равный 1/2 градуса, уменьшился бы до размера светлой точки. И это было бы так, даже если наблюдали бы далекое Солнце с помощью большого телескопа. Он также верил, что у звезд имеются планеты, обращающиеся вокруг них, точно так же, как они обращаются вокруг Солнца.
Райт оценил, сколько звезд содержится в поясе Млечного Пути: «Полагая, что ширина Млечного Пути в среднем составляет всего 9 градусов и что каждый квадратный градус содержит всего 1200 звезд, получим, что вся кольцеобразная поверхность должна содержать около 3 888 000 звезд». Оцененное Райтом число звезд гораздо меньше современного значения в 200 млрд, но он выдвинул первую хорошую идею об «астрономическом» числе звезд. Более того, Райт предположил, что Млечный Путь — это огромная звездная система, в которой звезды обращаются вокруг общего центра. Причем Солнце не располагается в центре этой системы, а сама она не является центром Вселенной — современные астрономы думают так же.
Райт объяснял вид Млечного Пути на небе тем, что существует огромный пласт звезд и Солнце расположено внутри него. Когда мы смотрим вдоль этого пласта, то, естественно, видим огромное число звезд. Когда же луч нашего зрения направлен под углом к пласту, то в этом направлении видно меньше звезд. Визуально на небе это представляется как кольцо из звезд — Млечный Путь (рис. 20.3).
Рис. 20.3. Томас Райт использовал этот рисунок, чтобы объяснить, почему мы видим звездный пояс Млечного Пути, если находимся внутри плоского слоя, заполненного звездами.
Вообще говоря, Райт не утверждал, что Галактика имеет дискообразную форму. Он предпочитал нечто более красивое: огромную сферическую оболочку из звезд. Однако небольшая часть ее поверхности напоминает плоскость, так что видимый пласт из звезд был только локальной характеристикой. Райт представлял, что в центре этой сферы находится массивное тело, заставляющее звезды обращаться вокруг центра, но само оно остается недоступным для наблюдений.
Не зная об идеях Райта и Канта, немецкий ученый Иоганн Генрих Ламберт (1728–1777) описал свои космологические идеи в книге «Космологические письма об устройстве Вселенной», изданной в 1761 году. Он представил Галактику как вращающуюся плоскую звездную систему и предположил, что массивный центр этой системы находится в туманности Ориона. Сегодня мы знаем, что ее центр расположен в совершенно другом направлении — в созвездии Стрельца, причем, как и предполагал Райт, этот центр не виден не только невооруженным глазом, но даже с помощью оптического телескопа.
Возможно, Ламберт был первым ученым, выдвинувшим идею о том, что Млечный Путь представляет собой плоскую звездную систему. В 1765 году Ламберт в письме Иммануилу Канту вспоминал, что эта идея пришла к нему в 1749 году, когда, «вопреки привычке, после ужина я прошел в свою комнату и стал смотреть на звезды, в особенности — на Млечный Путь». В «Космологических письмах…» он пишет:
«Я удивлялся множеству маленьких звезд в этой дуге (Млечном Пути)… Я думал, что эти звезды не могут быть такими близкими друг к другу, чтобы почти соприкасаться. Они должны быть расположены друг за другом, и звездный ряд, уходящий вглубь Млечного Пути, должен быть гораздо длиннее, чем ряд вне него. Если бы ряды проникали одинаково глубоко в разных направлениях, то все небо было бы таким же ярким, как Млечный Путь. Но вне Млечного Пути я вижу почти полностью пустые области. В итоге расположение неподвижных звезд не сферическое, а плоское, даже очень плоское».
Млечный Путь Вильяма Гершеля.Идеи Райта, Канта и Ламберта о природе Млечного Пути возникли как результат простого визуального впечатления о распределении звезд на небе. А первый настоящий обзор неба с помощью телескопа предпринял Вильям Гершель. Он переехал из Германии в Англию в 19-летнем возрасте и начал зарабатывать себе на жизнь музыкой (позднее он получил должность органиста в капелле города Бат). В 1773 году в возрасте 35 лет он случайно купил книгу по астрономии. «Когда я прочитал о множестве замечательных открытий, сделанных с помощью телескопа, я был так очарован, что мне захотелось посмотреть на небо и планеты собственными глазами с помощью одного из таких инструментов».
Работая день и ночь над созданием телескопа, Гершель научился шлифовать зеркала. Ему помогали брат Александр, тоже музыкант, и сестра Каролина. По мере того как Гершель учился строить всё более крупные и качественные телескопы, музыка отходила на второй план. Гершель начал делать систематические записи о том, что он видит на небе. Мы уже рассказывали (см. главу и) об открытии в 1791 году планеты Уран. Это принесло Гершелю славу астронома. Его хобби превратилось в профессию — он стал получать зарплату от короля как первый королевский астроном. Но в научных кругах имя Гершеля еще было малоизвестно. Например, крупнейший немецкий астроном И. Э. Боде никак не мог запомнить его имени и называл его то Мерстхелем, то Гертшелем, то Герршелем, то Гермстелем.
При исследовании Млечного Пути Гершель впервые применил методы статистики. Ему пришла блестящая идея очертить его границы, используя подсчеты звезд. Гершель верил, что его 47-сантиметровый телескоп был достаточно мощным, чтобы увидеть края Галактики. Число видимых в телескоп звезд говорит о том, насколько далеко расположен край в этом направлении: чем больше звезд, тем дальше край.
Рисунок 20.4 показывает результат подсчета звезд, представленный в виде контура Галактики. Это сечение, перпендикулярное плоскости Галактики, представляет результат исследования 683 областей, расположенных по дуге большого круга на небе. Он согласуется с выводами из визуального впечатления о том, что Галактика — это плоская звездная система.
Рис. 20.4. (а) Портрет Уильяма Гершеля, написанный в период открытия им Урана, (б) Сечение Млечного Пути, основанное на звездных подсчетах Гершеля, использовавшего телескоп с 47-см зеркалом (иллюстрация 1785 года). Этот великий астроном провел бесчисленное количество ночей, наблюдая небо.
Позже Гершель стал сомневаться в правильности этой картины. Встал вопрос о том, был ли его телескоп достаточно мощным, чтобы видеть звезды до края системы. Новый телескоп диаметром 120 см показывал гораздо больше звезд по сравнению с 47-сантиметровым телескопом. С другой стороны, этот большой телескоп не удовлетворял астронома полностью: он был неудобен в работе и даже несколько раз ранил помощника. Изучение Гершелем звездных скоплений заставило его поверить, что исходное предположение о равномерном распределении звезд в пространстве было неверным. Но идея о дискообразной Галактике жила до XX века, когда появилась возможность подтвердить ее более совершенными способами.
