Пекка Теерикор - Эволюция Вселенной и происхождение жизни
Рис. 21.3. Вид планетарных туманностей привел Вильяма Гершеля к заключению, что некоторые туманности действительно «туманны», а не являются далекими звездными системами. На этом фото представлена планетарная туманность М57. Благодарность: Hubble Heritage Team (AURA/STScI/NASA).
Но как в обычном саду обитает более одного вида растений, и у каждого из них свой жизненный цикл, так же существует множество небесных тел совершенно разного типа, которые все вместе невозможно выстроить в единый эволюционный ряд. И даже если бы мы смогли выделить объекты одного типа, различающиеся только по возрасту, то все равно нелегко было бы в правильном порядке расставить кадры того космического фильма, который мы наблюдаем.
Вначале Гершель думал, что все туманности являются звездными системами, а их внешний вид отражает лишь разные стадии эволюции. В юном возрасте туманности могут выглядеть обширными скоплениями разрозненных звезд, а с возрастом они могут сжиматься под действием силы тяготения. Плотные шаровые скопления должны представлять последнюю стадию их эволюции. Когда позднее Гершель понял, что существуют истинно «туманные» туманности, он заключил, что при сжатии этого «тумана» могут рождаться звезды. Рассуждения Гершеля звучат вполне современно, но в то время их почта не обсуждали. Астрономов больше интересовали вопросы, связанные с нашей Солнечной системой, и, в любом случае, никто другой не имел такого же наблюдательного материала и поэтому не мог критиковать выводы Гершеля.
Единственный сын Вильяма Гершеля — Джон Гершель поступил в 1809 году в колледж Святого Джона в Кембридже, а после его окончания был избран для работы в том же колледже. В 1813 году, написав важную статью по математике, он стал членом Лондонского Королевского общества. Вопреки советам отца, он решил стать юристом. «Сколько людей потерпело крах, пытаясь жить честно на этом пути. Даже у священника было бы больше времени для разнообразной культурной деятельности», — сокрушался Вильям. В 1814 году Джон отправился в Лондон для изучения юриспруденции, но через 18 месяцев отказался от этой затеи и вернулся в Кембридж на место учителя и экзаменатора по математике.
Джон Гершель входит в астрономию.Лето 1816 года Джон провел со своим отцом. Видимо, как раз тогда он и решил заняться астрономией. Его отцу было уже 78 лет, здоровье его ухудшалось, и некому было продолжить его работу. Джон писал своему другу: «В понедельник я поеду в Кембридж, где думаю пробыть достаточно долго, чтобы оплатить счета, собрать свои книги и надолго, а может быть, и навсегда попрощаться с университетом… Я собираюсь под руководством моего отца продолжить серию его наблюдений с того места, на котором он остановится (пока он чувствует себя неплохо и регулярно наблюдает). Кроме того, я собираюсь продолжить начатое им прочесывание неба с помощью его мощных телескопов…»
Его первая большая астрономическая работа — каталог двойных звезд — была оценена очень высоко. В 1833 году Гершель решает поехать в Королевскую обсерваторию на мысе Доброй Надежды в Южной Африке, чтобы составить каталог небесных объектов, ко-торые не видны из Северного полушария. Гершель отправился туда со своей семьей и своим телескопом-рефрактором ДЛИНОЙ 20 футов. В январе 1834 года их корабль добрался до Южной Африки.
В течение 1825–1838 годов Джон Гершель открыл 2200 новых туманностей и звездных скоплений. Он много времени уделял исследованию Большого и Малого Магеллановых Облаков — двум туманностям, которые хорошо видны даже невооруженным глазом на южном небе. В свой телескоп Гершель у видел, что Магеллановы Облака содержат множество звезд, звездных скоплений и туманностей. Другие астрономы заинтересовались этими Облаками намного позже и пришли к важным открытиям. Как уже говорилось, ключ к измерению больших расстояний дали исследования цефеид в Малом Магеллановом Облаке.
В 1838 году Гершель вернулся в Англию. В следующем году из случайной фразы в письме он узнал о работах Дагера по реалистической фотографии. Не зная никаких деталей, спустя несколько дней Гершель сам начал делать фотоснимки. Он смог быстро добиться больших успехов, благодаря опубликованной им в 1819 году работе о химических процессах, связанных с фотографией (рис. 21.4).
Рис. 21.4. Джон Гершель (1792–1871) был сыном Вильяма Гершеля. Он жил в период изобретения фотографии и был одним из пионеров этой техники. Именно он придумал слово «фотография». В астрономии, кроме всего прочего, он открыл 2200 туманностей. Это фото сэра Джона сделано в 1867 году.
В 1842 году Джон Гершель стал ректором колледжа Маришаль в Абердине. В 1850 году он принял пост директора Монетного двора и взялся за его реформу. Этому он отдавал все свое время и силы, поэтому не мог далее продолжать научную работу. Но в 1864 году по своим и чужим наблюдениям туманностей он опубликовал их «Общий каталог» (General Catalogue), содержащий более 5000 объектов.
Между тем Уильям Парсонс, третий лорд Росс, начал в своем поместье Бёр-Касл работу над телескопом с апертурой 6 футов, прозванным Левиафаном, поскольку тогда это был крупнейший телескоп в мире. Член британского парламента с 21-летнего возраста, Парсонс унаследовал титул лорда от своего отца в 1841 году. Горячо интересуясь механическими приборами и обладая массой свободного времени и денег, Парсонс решил проявить свое мастерство в изготовлении телескопов. На протяжении нескольких лет Парсонс экспериментировал с отливкой металлических зеркал. Как и Гершель до него, Парсонс в качестве материала использовал сплав олова и меди. Он дает хорошо отражающую поверхность, но отлить из нее заготовку для зеркала очень трудно. Заготовка легко ломается. При шлифовке зеркала, необходимой для придания ему нужной формы, Парсонс впервые применил паровую машину. Начав с небольших телескопов, Парсонс в конце концов создал в 1845 году свой крупнейший телескоп, зеркало которого имело диаметр 183 см.
Этот гигант собирал гораздо больше света, чем телескопы Гершелей, и позволял более детально рассмотреть туманности. Одним из важнейших открытий Парсонса стала спиральная структура туманности М51, которую именно он увидел впервые. Уже вскоре после начала наблюдений на телескопе Парсонс докладывал, что он «очень четко видел спиральную форму основного ядра, а также спиральность меньшего ядра». Его рисунок туманности был продемонстрирован на собрании Британской ассоциации содействия развитию науки в Кембридже. Это стало сенсационной новостью, и с этого момента центр дискуссии сместился от вопроса «Можно ли разрешить туманности на звезды?» к вопросу об их форме. Вы можете сравнить современную фотографию М51 и рисунок Парсонса (рис. 21.5). За много лет до этого Джон Гершель смотрел на ту же туманность в свой 48-см телескоп, но смог разглядеть только «очень яркое круглое ядро, окруженное на некотором расстоянии туманным кольцом». Парсонс увидел «спиральность» и у других галактик; к 1850 году было известно уже 15 таких объектов, а к концу столетия эта цифра достигла тысячи. Спиральные туманности стали заметным компонентом Вселенной.
Некоторое время помощником лорда Росса в обсерватории Бёр-Касл был молодой датчанин Йохан Людвиг Дрейер (1852–1926). Ис-пользуя гигантский телескоп, он наблюдал туманности. Позже он стал директором обсерватории в городе Арма (Северная Ирландия). Составленный им «Новый общий каталог туманностей и звездных скоплений» (New General Catalogue, NGC) содержит 7840 объектов. Обозначения по каталогу NGC широко используются даже в наше время. Например, Туманность Андромеды (М31) имеет также обозначение NGC 224.
Рис. 21.5. Лорд Росс, Уильям Парсонс (1800–1867)> построил самый большой телескоп своего времени, (а) Туманность М51, расположенная на небе в направлении Ковша Большой Медведицы, при наблюдении в телескоп оказалась спиральной галактикой. (Ь) Сравните рисунок Парсонса 1845 года с фотографией, полученной космическим телескопом «Хаббл». Благодарность: HST/STScI/A URA/NASA/ESA.
Рождение астрофизики.Как уже говорилось в главе 5, Густав Кирхгоф и Роберт Бунзен исследовали спектр Солнца и отождествили некоторые линии известных химических элементов. За несколько лет до этого богатый любитель Уильям Хёггинс построил обсерваторию у своего дома близ Лондона. Узнав о работе Кирхгофа, он загорелся идеей расширить спектроскопические исследования, перенеся их от Солнца к звездам и туманностям. Для своего телескопа он изготовил спектроскоп и приступил к наблюдениям (рис. 21.6).
Целый год он изучал спектры звезд, а затем перешел к туманностям. Первой, на которую он навел телескоп, была планетарная туманность в созвездии Дракон. Хёггинс удивился, увидев в ее спектре эмиссионные линии. Согласно закону Кирхгофа, это означало, что источник излучения является газовым. Так Хёггинс доказал предположение Гершеля. Но когда он направил телескоп на Туманность Андромеды, результат оказался совсем иным: спектр был непрерывный, свет распределялся по всем цветам довольно равномерно, как в спектре звезды. Значит, Туманность Андромеды состоит из звезд; это галактика, которая кажется туманной лишь из-за огромного расстояния до нее. Хёггинс нашел способ отличить газообразную туманность от звездной системы. Он изучил спектры шестидесяти туманностей и обнаружил, что треть из них являются газообразными, а остальные — звездными системами.
