Загадки для знатоков: История открытия и исследования пульсаров. - Павел Амнуэль

Именно так и стояла проблема в начале XX века. Это была грандиозная мировоззренческая проблема. Если туманность Андромеды — далекая звездная система, то Млечный Путь, наша Галактика не единственная во Вселенной. Существуют и другие галактики, другие звездные острова, скопления десятков миллиардов звезд…

* * *

История выяснения физической природы туманности Андромеды была полна драматизма, ошибок и неожиданных прозрений. Мы остановимся на этом более подробно.

В конце XIX века общее мнение (точнее, общее заблуждение) было таково: все многочисленные спиральные туманности, наблюдаемые на небе, в том числе и туманность под номером 31 из каталога Шарля Мессье (М 31), расположенная в созвездии Андромеды, — это обычные газовые туманности, и находятся они в нашей Галактике не очень далеко от Солнца.

Вот, к примеру, что писала американский астроном миссис Кларк в 1890 году: «Вопрос о том, являются ли туманности внешними галактиками, едва ли нуждается в дальнейшем обсуждении. На него дан ответ самим прогрессом исследований. Можно с уверенностью сказать, что ни один компетентный ученый, располагающий всеми имеющимися доказательствами, не станет придерживаться мнения, что хотя бы одна туманность является звездной системой, сравнимой по размерам с Млечным Путем. Практически установлено, что все объекты, наблюдаемые на небе (как звезды, так и туманности), принадлежат к одному огромному агрегату…»

Заметьте, какие слова говорились в поддержку идеи, провалившейся четверть века спустя: «едва ли нуждается в обсуждении», «можно с уверенностью сказать», «практически установлено». Попробуйте возражать, если вам говорят, что это «практически установлено». Такая уверенность в неправильных представлениях встречалась и раньше, и потом, встречается и в наши дни, и не только в астрономии, но и в других науках, однако не слишком ли часто астрономы бывают уверены в том, в чем уверенными быть нельзя?

Астрономические явления зачастую лишь видимость, поверхность чего-то, что сможет быть открыто и познано, когда вступят в строй новые, более совершенные телескопы, появятся новые методы исследований. Приведем аналогичный пример. На самом рубеже XIX и XX веков американский астроном Дж. Шейнер получил спектр туманности Андромеды, оказавшийся очень похожим на спектр Солнца. Шейнер сделал из этого совершенно правильный вывод: туманность М 31 — колоссальное звездное скопление, подобное Млечному Пути, состоящее из таких же звезд, как Солнце. Идея ясная — казалось бы, против нее нечего возразить. Тем более что год спустя голландский ученый К. Истон предложил гипотезу о том, что и Млечный Путь — спиральная галактика, центр которой находится далеко от Солнца. Солнце — всего лишь рядовая звезда этой звездной карусели, расположенная в одном из неблизких к центру спиральных рукавов. Вот две правильные идеи, основанные на истолковании наблюдаемых явлений.

Но… Несколько лет спустя американский астроном В. Слайфер исследовал спектры туманностей, расположенных в звездном скоплении Плеяды. Скопление Плеяды невелико и находится, без сомнения, в нашей Галактике. А туманности связаны со скоплением и, значит, никак не могут быть «островными Вселенными». Так вот, В. Слайфер показал, что спектры этих туманностей тоже похожи на спектр Солнца! Легко представить, что именно сказал В. Слайфер по поводу своего открытия. Процитируем журнал «Популярная астрономия» (1913 год):

«Это наблюдение туманности в Плеядах навело меня на мысль, что туманность Андромеды и подобные спиральные туманности могут состоять из центральной звезды, окруженной и затемненной клочковатой и разреженной материей, которая сияет отраженным светом центрального солнца. Эта концепция согласуется со спектрограммами туманности Андромеды, а также оценкой ее параллакса, сделанной Болиным».

Вот так из двух правильных наблюдений были сделаны совершенно противоположные заключения о природе спиралей. И только из-за того, что двум разным, но одинаково выглядящим явлениям была приписана одна и та же причина. А измерение параллакса туманности Андромеды, о котором писал Слайфер, было попросту ошибочно — ни о каком параллаксе здесь говорить не приходится, слишком уж далеко туманность Андромеды.

Часто решение фундаментальных, мировоззренческих проблем зависит от какой-то частной задачи, которая на определенном этапе развития науки становится краеугольным камнем. Законы Кеплера сконструированы из-за того, что в расчетах движения планеты Марс оказалась ошибка в восемь угловых минут. Коперник передвинул Солнце в центр мироздания, потому что за тысячу лет накопились ошибки в пред-вычислении положений планет. А решение фундаментальной проблемы единственности нашей Галактики во Вселенной неожиданно затормозилось, поскольку не было известно расстояние до туманности Андромеды…

Может показаться, что сам факт вспышки новой звезды в туманности Андромеды дает возможность оценить расстояние до нее. Если считать, конечно, что обычные новые звезды и S Андромеды — явления одного типа. Звезда S Андромеды была слабее новой Персея, вспыхнувшей в 1901 году, на три звездные величины, то есть в 12 раз. Допустим, что в максимуме блеска на самом деле обе звезды были одинаково яркими. Тогда получается, что туманность Андромеды должна быть удалена от Солнца на расстояние в 3,5 раза большее, чем новая Персея. Именно так и рассуждал в 1911 году американский физик Ф. Бери, получивший из своих рассуждений, что расстояние до М 31 всего 5 тысяч световых лет, или около 1600 парсек. Это означает, что туманность Андромеды — близкий объект, расположенный внутри нашей Галактики.

Но ведь на самом деле нужно было рассуждать наоборот! Сначала определить расстояние до М 31 каким-то независимым способом, после этого вычислить светимость S Андромеды и лишь тогда сравнивать S Андромеды с другими новыми звездами. Бери поставил проблему с ног на голову.

Нужны были дополнительные наблюдения, и они появились в 1917 году, когда Дж. Ричи на обсерватории Маунт Вилсон совершенно случайно открыл новую звезду в другой спиральной туманности NGC 6946. Новая была очень слабенькой, в максимуме блеска достигала всего 15-й звездной величины! Ее и видно-то было только в крупный телескоп. Но главная характеристика — ход изменения блеска — была подобна изменению блеска обычных новых звезд. Раньше никому и в голову не приходило, что новые звезды могут быть такими слабыми. Их ведь трудно заметить с первого взгляда, просматривая фотографии туманностей. Не исключено, что были и другие аналогичные вспышки, оставшиеся незамеченными. Ричи начал изучать прежние фотографии спиральных туманностей, особенно туманности Андромеды. И нашел две новые звезды, на которые раньше не обратил внимания. Две очень слабые новые звезды, не шедшие ни в какое сравнение с S Андромеды. Поистине, S Андромеды оказалась выродком, монстром в мире звезд.

Случай с Ричи очень типичен. Исследователь случайно обратил внимание на слабенькую вспышку в NGC 6946. Но эту случайность скорее можно назвать шорами целеустремленности. Исследователь видит прежде всего то, что хочет видеть. Он ищет новые звезды и знает, что вспышка бывает яркой. Если кто-то скажет ему, что в данном конкретном случае новая может быть слабее в тысячи раз, он отмахнется. Хотя потом, когда исследователь случайно обратит внимание на такую очень слабую новую, объяснение возникнет легко. Ведь ясно: чем дальше от нас вспыхивает новая, тем она слабее. И если она настолько слаба, то какие же бездны пространства нас разделяют!..

Если бы Ричи с самого начала искал все возможные вспышки, а не только самые яркие, он нашел бы новые звезды в туманности М 31 на несколько лет раньше.

После сообщения Ричи ученые стали просматривать стеклянные библиотеки обсерваторий и нашли слабые вспышки новых звезд не только в туманности Андромеды. Через два месяца астрономы знали уже об одиннадцати вспышках новых звезд в семи спиральных туманностях. Из них четыре — в туманности Андромеды. Не считая знаменитой и ни на что не похожей S Андромеды. Однако даже после этого случая никто не обратил внимания на разительное отличие вспышек новых от S Андромеды. Пользуясь языком детектива, можно сказать, что показания свидетелей по-прежнему оставались противоречивыми. Все наблюдали одно и то же, но… видели разное.

Лишь в 1924 году Э. Хаббл и Дж. Ричи получили прекрасные фотографии туманности Андромеды, на которых было видно, что ее спирали состоят из россыпи звезд. Более того, Хаббл даже обнаружил среди этих звезд обычные переменные звезды цефеиды, каких много в нашей Галактике. Яркость цефеид строго связана с периодом пульсаций их излучения. По цефеидам — звездным маякам — и удалось наконец установить, что расстояние до туманности Андромеды составляет 1,5 миллиона световых лет, в 300 раз больше, чем полагал Ф. Бери! Потому и вспышки новых звезд в этой туманности выглядели такими слабыми.