Вселенная. Путешествие во времени и пространстве - Сергей Арктурович Язев

Бесселю, президент Лондонского астрономического общества, сын Уильяма Гершеля (тоже выдающийся астроном, как и его отец) Джон Гершель заявил на церемонии:

«Я поздравляю вас и себя с тем, что нам посчастливилось увидеть, как огромная и несокрушимая стена, стоявшая на нашем пути в звездную Вселенную, стена, которую мы подрывали так долго и так тщетно, была пробита почти одновременно в трех местах».

Он имел в виду работы Бесселя, Струве и Гендерсона.

Но как далеко простирается пространство, наполненное звездами?

После Николая Кузанского и Джордано Бруно мысль о бесконечности Вселенной не казалось невозможной. Новая картина мира постепенно выстраивалась: бесконечная Вселенная наполнена звездами, находящимися на огромных расстояниях (несколько световых лет) друг от друга. Но телескопы, которые быстро совершенствовались, показывали, что в мире существуют не только сравнительно близкие к нам планеты с кометами, обращающиеся вокруг Солнца, а также звезды, подобные Солнцу.

Световое и инфракрасное излучение городов мешает астрономическим наблюдениям.

В те далекие времена, когда в городах еще не было светового загрязнения и яркие ночные фонари не мешали смотреть на ночное небо, в любой точке земного шара можно было увидеть неровную серебристую полосу — Млечный Путь. Ее происхождение пытались объяснить по-разному (испарения, особый тип облака). То, что это скопление звезд, предположил еще Демокрит (ок. 460 – ок. 370 годы до нашей эры), но доказать это в те времена было невозможно. Лишь в 1609 году Галилей посмотрел на Млечный Путь в телескоп и убедился, что это действительно множество звезд.

Млечный Путь над морем.

«Я наблюдал природу и вещество Млечного Пути. С помощью телескопа его удалось обозреть так по­дробно и с такой зрительной ясностью, что все споры... разрешились!.. Млечный же Путь есть на деле нечто иное, как масса бесчисленных звезд, собранных в скопления…» — писал Галилей в своей книге «Звездный Вестник», изданной в 1610 году.

Но телескопические наблюдения великих астрономов XVII–XVIII веков показали, что в небе помимо звезд можно увидеть слабо светящиеся туманные пятна самой разнообразной формы. Такие пятна получили название небулы, или ­туманности. Гершель в ходе своих многолетних наблюдений открыл более двух тысяч таких туманностей. Многие из них при разглядывании в сильный телескоп распадались на отдельные звезды, и становилось ясно, что это далекие скопления звезд, подобные фрагментам Млечного Пути. Но многие туманности на звезды не разрешались даже при большом увеличении телескопа. Некоторые из них совсем не походили на плотные скопления звезд, отличаясь и по внешнему виду, и по цвету.

Забегая вперед, укажем, что история изучения туманностей тоже, как и история исследований звезд Галактики, содержит множество имен, названий телескопов и отдельных достижений. Не будем задерживаться и сразу перейдем к результатам.

Сейчас мы знаем, что многие туманности — это огромные облака из газа и пыли. Некоторые из них порождены взрывами звезд (оказывается, отдельные типы звезд способны взрываться), и тогда их сорванные оболочки постепенно рассеиваются в пространстве. Есть и другие типы туманностей — например, гигантские облака разреженного газа (в основном водорода).

Итак, оказалось, что вещество во Вселенной не обязательно должно быть собрано в компактные шары, как звезды и планеты, — оно может быть рассеянным, занимая гигантские объемы пространства, иногда многократно превышающие по размерам расстояния между соседними звездами. Так телескопы позволяли обнаруживать новые типы небесных объектов, которыми, как оказалось, населена Вселенная. До появления сильных телескопов мы об их существовании даже не догадывались.

Важным был и вопрос о структуре Вселенной. Получалось, что почему-то большая часть звезд и туманностей располагалась в пределах узкой полосы Млечного Пути, а вне этой полосы видны лишь отдельные звезды на фоне черного неба. Пространственное распределение звезд было явно неравномерным. Млечный Путь опоясывает все небо, его видно и в Северном, и в Южном полушарии, а это значит, что Солнце вместе со своими планетами (Солнечной системой) находится внутри гигантской плоской системы из множества звезд. Эту систему назвали Галактикой (от греческого слова «галактос» — молоко: многие народы связывали светлую полосу на небе с образом разлитого молока).

Если смотреть на Млечный Путь, мы увидим огромное множество звезд в виде светящейся полосы на небе. Если же смотреть перпендикулярно плоскости Галактики, на пути нашего взгляда (астрономы говорят «на луче зрения») окажется гораздо меньше звезд, поскольку Галактика оказалась по космическим меркам сравнительно тонкой. Между отдельными далекими друг от друга звездами видно черное небо — пустое пространство космоса.

Разное количество звезд в разных направлениях объясняется формой Галактики. Скопление звезд подобно плоскому диску.

Идею о расположении звезд в пределах плоского диска впервые выдвинул английский ученый Томас Райт (1711–1786). Одна из его геометрических моделей предполагала, что форма Галактики напоминает гигантский плоский диск. Любопытно, что Райт допускал существование множества таких дисков, похожих на наш Млечный Путь.

Версию Райта подтвердили наблюдения величайшего английского астронома, в прошлом немецкого музыканта Уильяма Гершеля (1738–1822). Гершель своими руками и при помощи подручных построил несколько телескопов, в том числе крупнейший по тем временам в мире. Он не пропускал ни одной ясной ночи, наблюдая небесные светила на протяжении практически пятидесяти лет подряд. В 1781 году Гершель открыл седьмую планету Солнечной системы, которую назвали Уран. Радиус Солнечной системы сразу увеличился в глазах астрономов почти вдвое.

Телескоп Гершеля — самый большой телескоп своего времени, крупнейший в мире рефлектор с металлическим зеркалом.

Одна из научных задач, которую пытался решить Гершель, — выяснить, как устроен Млечный Путь. Понять, как расположено огромное скопление звезд в пространстве, крайне сложно — подобно тому как трудно бактерии представить себе внешний облик астронома, сидя у него в желудке. Тем не менее такая задача оказалась решаемой.

Гершель исходил из того, что все звезды излучают свет примерно одинаково (обладают примерно одинаковой светимостью), и если блеск звезд различен, то это связано только с различиями в расстояниях до них[16]. Гершель вместе со своей сестрой Каролиной стали подсчитывать количество звезд на разных площадках, на которые они разбили небо. Брат и сестра Гершель полагали, что чем больше слабых звезд в том или ином направлении они обнаружат, тем больше протяженность в этом направлении нашей звездной системы. По результатам своих длительных наблюдений Вильям Гершель построил диа­грамму, которая подтверждала: множество звезд Млечного Пути расположено в пространстве в виде гигантской плоской системы.

Галактика Млечный Путь — спиральная система.