На службе у войны: негласный союз астрофизики и армии - Эвис Лэнг

Свет всегда был предметом жарких споров и передовых исследований. На протяжении большей части XIX века его фундаментальная природа ускользала от ученых. Состоит ли он, как утверждал Ньютон, из корпускул или из волн? Распространяется ли он в заполняющей все пространство податливой невидимой среде? С какой скоростью? Связан ли он с электричеством? С магнетизмом? В середине XIX века спектроскопия еще не существовала как самостоятельная наука, но вскоре стала таковой – в основном благодаря сотрудничеству двух профессоров Гейдельбергского университета, физика Густава Кирхгофа и химика Роберта Бунзена (который, кстати, лишь усовершенствовал, но вовсе не изобрел бунзеновскую газовую горелку). В конце 1850-х они занялись

общей работой, которая не дает нам обоим покоя. Найдено средство определять состав Солнца и неподвижных звезд с той же точностью, с которой мы определяем присутствие серной кислоты, хлора и т. д. с помощью наших химических методов. Этим методом состав субстанций на Солнце можно определять столь же легко, как и на Земле.

В 1859 году Бунзен и Кирхгоф придумали способ накладывать спектр света, испускаемого натриевой лампой, на спектр солнечного света, подтвердив при этом подозрения Фраунгофера о связи между двумя замеченными им в спектре Солнца темными линиями и двумя ярко-желтыми линиями натрия. Отныне и навсегда была установлена связь между лабораториями химиков и веществом, заполняющим самые дальние уголки Вселенной. За последовавшие несколько лет, сжигая различные вещества на бунзеновской горелке и пропуская свет этого пламени через спектроскоп собственной конструкции,

Кирхгоф и Бунзен методически регистрировали системы линий, создаваемых известными элементами, открыли несколько новых и дали возможность своим ученикам и другим исследователям открывать их еще и еще.

Когда Бунзен и Кирхгоф в 1860 году начали публиковать результаты своих трудов, незадолго перед этим скончавшийся французский философ Огюст Конт, наверно, перевернулся в гробу: в 1835 году во втором томе своего шеститомного «Курса позитивной философии» он без тени сомнения провозгласил невозможность получения какой-либо химической информации о звездах (получение физической информации он, правда, допускал, но в крайне ограниченном объеме):

Мы понимаем возможность определения их формы, расстояний до них, их размеров и движений; в то же время мы никогда при помощи какого бы то ни было метода не узнаем ни их химического состава, ни минералогической структуры, ни, тем более, природы каких-либо высокоорганизованных существ, которые, возможно, обитают на их поверхности, Я настаиваю на своем мнении, что любое представление об истинной температуре на звездах будет навсегда скрыто от нас.

__________________

Если бы Конт оказался прав, астрофизики не существовало бы. Но вскоре после выхода в свет второго тома его главного сочинения спектроскопические открытия, касающиеся космических окрестностей Земли, начнут лавинообразно умножаться. Скоро спектры можно будет уже не только наблюдать, но и фотографировать, несмотря на трудности, связанные с тем, что на любой длине волны надо собрать достаточно фотонов, чтобы линия зарегистрировалась на фотоэмульсии. Астрофотографы будут снимать ранее невиданные и даже непредставимые атрибуты далеких небесных тел. За тридцать лет до его получения на Земле в спектре Солнца будет открыт и назван в честь греческого бога Солнца Гелиоса новый элемент гелий. И в 1887 году – спустя сорок лет после того, как два бостонца в течение ста секунд дагеротипировали Вегу, – два брата-француза, Поль-Пьер и Матье-Проспер Анри, потратят всего 20 секунд, чтобы сфотографировать звезду, в десять тысяч раз более слабую.

В апреле 1887 года созванный Французской академией наук Астрографический конгресс, на который прибыли ученые из девятнадцати стран, зарегистрировал официальный брак фотографии и астрономии. За девять дней, проведенных в Париже, делегаты договорились об организации международной кампании: на основе двух главных принципов – использования стандартных инструментов и стандартной методики – не только получить полную фотографическую карту неба, но и составить точный каталог двух миллионов звезд. Это была амбициозная задача – ведь среднее количество видимых невооруженным глазом звезд ненамного больше 6000. В качестве стандартного инструмента был выбран тот, что разработали братья Анри. Уже на следующий год американский астроном, физик и пионер воздухоплавания Сэмюэль П. Лэнгли напечатал книгу «Новая астрономия». Правда, это название понравилось не всем. Как писал один педантичный астрофизик XIX века, «новая астрономия, в отличие от старой, которой мы обязаны умению плавать по морям, предвычислять приливы и ежедневно измерять время, не может похвалиться никакой материальной пользой, которую мы могли бы извлечь из нее для наших ежедневных потребностей».

Новой астрономии понадобился новый журнал и новая организация. В 1895 году вышел первый номер «Астрофизического журнала, международного обзора спектроскопии и астрономической физики» (The Astrophysical Journal). Спустя четыре года несколько групп исследователей неба объединилось в Астрономическое и астрофизическое общество Америки. Под усеченными названиями – «Астрофизический журнал» и Американское астрономическое общество – они процветают и сегодня.

___________________

У нас, современных астрофизиков, в распоряжении телескопы, которые собирают в 70 000 раз больше света, чем труба Галилея, и спектрометры, способные зарегистрировать присутствие водорода в галактике, отстоящей от нас на несколько миллиардов световых лет. Мы вооружены множеством вспомогательных инструментов и методов: адаптивной оптикой, цифровыми приемниками, суперкомпьютерами, устройствами, которые экранируют ослепительный свет материнских звезд и позволяют зарегистрировать обращающиеся вокруг них планеты, методами отделения сигнала от шума. Но при всех инновациях, при всей сложности технологий перед астрофизиком XXI века стоит все та же главная и столь же трудная, как и прежде, задача, которую решал и Галилей: собрать максимальное количество света от исключительно слабого и далекого объекта, а затем извлечь из этого света как можно больше информации. Различие заключается в том, как именно современный астрофизик – и современный военный – обрабатывает собранный им свет.

Почти все, что нам известно о природе и поведении объектов Вселенной, астрофизики получают из анализа света. Большинство космических объектов и событий, которые мы наблюдаем, материализовались очень давно, и свет, который собирают наши телескопы, пришел на Землю после долгого – до 13 миллиардов лет – пути во Вселенной. Наблюдаемая Вселенная простирается почти на 900 000 миллиардов километров, а общие ее размеры еще намного больше. Астрофизики обречены на непреодолимый отрыв от объектов своего исследования – большинство этих объектов навсегда останутся вне пределов досягаемости; с Земли их в лучшем случае, хоть и с огромным трудом, можно только разглядеть. Их нельзя воссоздать в лаборатории, они извергают колоссальную энергию, и они недоступны воздействию. В подавляющем большинстве случаев они могут наблюдаться только ночью. Крайне непросто достичь их в их естественной среде, а если они находятся вне Солнечной системы, с ними пока вообще невозможно войти в соприкосновение или оставить на них какие-то следы. Хоть мы и зачарованы космосом, у нас нет никакой надежды завладеть им из-за безбрежных пространств, которые для этого надо преодолеть: даже когда мы просто хотим узнать что-нибудь о движениях звезды, мы анализируем не саму эту звезду даже не ее изображение, даже не спектр света, из которого состоит изображение этой звезды, а только смещения картины полос в этом спектре. Непростой путь.