Космос. Иллюстрированная история астрономии и космологии - Джон Норт

процессах как источнике энергии. В 1920 г. в президентском обращении к Британской ассоциации содействия развитию науки (орган с весьма широким представительством неспециалистов) он был более конкретен и предложил теорию, согласно которой звездный водород может быть преобразован в гелий, а возникающая в результате разница в массе и будет той освобожденной энергией, излучаемой звездой. Кроме того, он высказал предположение еще более прозорливое в двух отношениях: «Если, действительно, субатомная энергия в звездах свободно используется для построения в них огромных печей, то, кажется, мы немного приблизились к исполнению нашей мечты о контроле этой скрытой энергии для обеспечения благополучия человеческой расы – или для ее самоубийства».

Такие фундаментальные идеи, как эта мысль Эддингтона, не получают всеобщего признания, и один из его наиболее упорных, но выдающихся критиков Джеймс Джинс продолжал выступать за гравитационное сжатие как главный источник энергии звезд до тех пор, пока также не поменял свои взгляды. Джинс даже утверждал, что он выдвигал подобную идею в журнале Nature в 1904 г. – до уравнения Эйнштейна 1905 г., связывающего массу и энергию – но в этом утверждении был элемент стремления выдать желаемое за действительное. Теперь он обыгрывал идею, согласно которой энергия звезд должна быть продуктом определенного типа радиоактивных преобразований, включающих массивные атомы. Он начал пересматривать одну за другой уже общепризнанные доктрины, например что материя в звездах подчиняется газовым законам лабораторной физики. В то время как Джинс продолжал свои поиски подходящего источника энергии, Фрэнсис Уильям Астон открывал в 1920‐х гг. свойства изотопов. Он, например, показал, как «урановый свинец», «ториевый свинец» и «обычный свинец» отличаются друг от друга атомным весом, то есть одним из важнейших идентификационных признаков, но при этом остаются неотличимыми по своим химическим свойствам. Джинс и другие понимали, что в ходе эволюции звезд превращение элементов (не столько между изотопами, но и по другим структурным состояниям) может происходить в колоссальных масштабах с высвобождением огромного количества энергии. Многие из его идей были скоротечны, но и он, и Эддингтон придали ощутимый импульс этой абсолютно новой отрасли астрофизики.

Другой физик, причастный к этому делу, Жан Перрен, уже начиная с 1919 г. понимал: то, что мы сегодня назвали бы «реакцией термоядерного синтеза» (реакция, в которой атомные ядра сливаются для формирования более тяжелых элементов), может быть источником энергии звезд. В итоге эта теоретическая догадка, выраженная только с качественной точки зрения, была корректно доказана и стала составной частью цельной картины явления. Однако понадобилось еще два десятилетия, чтобы подробности подобных реакций могли быть выражены в удовлетворительной форме Карлом Фридрихом фон Вайцзеккером и Хансом Бете, независимо друг от друга. Их работа и исследования Эддингтона и его предшественников будут рассмотрены более подробно в этой главе.

СОЛНЕЧНЫЕ ПЯТНА И МАГНЕТИЗМ

В XIX в. солнечная астрономия существовала, как это всегда бывает в астрономии, на двух различных уровнях: на одном – исключительно наблюдательном, а на другом – обильно теоретическом. Далекая от критического осмысления теорий, наблюдательная астрономия, особенно в любительских кругах, представляла собой не более чем прилежную регистрацию необычных вещей. Даже умеренно приемлемые теории часто следовали за наблюдениями со значительным запозданием, если вообще следовали, причем с заметным элементом интуитивной прозорливости. Это можно проиллюстрировать многими примерами. В 1826 г. Самуэль Генрих Швабе, аптекарь из Дессау (Германия), вознамерился открыть планету внутри орбиты Меркурия. По этой причине (и обратите внимание, насколько эта история близка к истории с Мессье и туманностями) он фиксировал положения солнечных пятен просто для исключения их из своих поисков. Просматривая свои данные через двенадцать лет наблюдений, он вдруг обнаружил, что общее количество солнечных пятен меняется с периодом около десяти лет. Чтобы убедиться в этом, он продолжил работать в этом направлении и в 1843 г. опубликовал в порядке рабочей гипотезы идею о десятилетней периодичности.

На это почти не обращали внимания до 1851 г., когда Александр фон Гумбольдт опубликовал таблицу с результатами Швабе, сопроводив ее дополнительными данными. В 1852 г. швейцарец Иоганн Рудольф Вольф, работавший сначала в Берне, а затем в Цюрихе, собрал весь исторический материал по солнечным пятнам, который только мог отыскать, и получил средний период 11,11 года. Он продолжал публикации о числе солнечных пятен вплоть до своей смерти. В 1851 г. Иоганн Ламонт, астроном шотландского происхождения, который покинул свою страну в 1817 г. и переселился в Баварию, опубликовал сделанное им открытие: магнитное поле Земли, по всей видимости, также меняется с периодом около десяти лет, и периоды последовательно чередуются как слабые и сильные – другими словами, полный цикл равняется двойному циклу солнечных пятен. После этого Вольф и влиятельный англо-ирландский геофизик Эдуард Сэбин отметили, что, вообще говоря, за солнечными пятнами действительно следуют изменения в магнитном поле, приводящие к полярным сияниям, а также и другим явлениям. Между солнечными явлениями и земными процессами, несомненно, существует какая-то странная связь, но понадобилось целое столетие, чтобы отыскать этому какое-нибудь более-менее убедительное объяснение. И несмотря на современные успехи в нашем понимании физики Солнца, до сих пор не существует общепризнанного объяснения регулярного изменения числа солнечных пятен.

Не менее труднопостижимой была теория, объясняющая периодические изменения в поведении солнечных пятен, открытая богатым английским астрономом-любителем Ричардом Кристофером Кэррингтоном. В течение некоторого времени Кэррингтон работал наблюдателем только что основанного Даремского университета, но уволился для того, чтобы иметь возможность основать собственную частную обсерваторию недалеко от Райгита в графстве Суррей в целях пополнения зонного обзора Бесселя и Аргеландера до зоны в пределах девяти градусов от Северного полюса мира. В течение семи с половиной лет, с 1853 по 1861 г., он систематически скрупулезно наблюдал солнечные пятна, используя простой и точный метод, и сумел открыть, что период их вращения растет в зависимости от расстояния до солнечного экватора. Таким образом выяснилось, что пятна не могут рассматриваться как объекты, прочно связанные с твердым солнечным телом. Он обнаружил, что когда пятна были в целом более многочисленны, они испытывали тенденцию концентрироваться возле экватора и почти полностью исчезали на широте около 5 градусов во время минимума солнечных пятен. В это же время, как он заметил, начинают появляться первые солнечные пятна нового цикла.

Под влиянием подобных открытий Королевская обсерватория в Гринвиче под директорством У. Г. М. Кристи решила наконец вступить в программу астрофизических наблюдений, назначив в 1873 г. Эдуарда Уолтера Маундера ассистентом по фотографии и спектрографии. Маундер состоял в группе «вычислителей», нанятых из слоев общества, не имеющих университетского образования, и некоторые признаки возникшего в результате этого в Гринвиче социального напряжения, без сомнения, можно уловить в анекдотах, рассказанных Маундером о педантичном характере Эри, – например, что он со своими коллегами провел целый вечер, приклеивая этикетки со словом «пустая» к коробкам, которые действительно были пусты. Открытое восхищение Маундера, выражаемое в адрес Эри, было, несомненно, искренним, особенно в отношении его дальновидности при основании Магнитного и метеорологического отдела обсерватории в конце 1830‐х гг., но Маундер не мог удержаться от того, чтобы не выразить протест Эри против его драконовского использования «вычислителей», «мальчиков», которые работали над огромной лунной программой с восьми утра до восьми вечера с часовым перерывом в полдень.

С 1881 г., под руководством Кристи в помощь Маундеру в Гринвич наняли другую «вычислительницу», принадлежавшую к иному сословию. Это была Энни С. Д. Рассел, двумя годами ранее закончившая Кембридж со степенью по математике. После смерти первой жены Маундер в 1895 г. женился на Энни. Обладая математическими навыками, миссис Маундер внесла много новых идей, особенно полезных при статистическом анализе ежедневных фотографий Солнца, за что отвечал Маундер; в процессе фотографирования определялись положения,