Космос. Иллюстрированная история астрономии и космологии - Джон Норт

скоростью и положением звезды в Млечном Пути, что позволяло обойтись без предположения о смешанных населениях. Это было началом долгого и непрерывного изучения движений в пределах Галактики, которое даже в работе Каптейна делало возможным применение гравитационных эффектов и, таким образом, привело к укреплению моделей, выведенных из подсчета звезд с измеренными звездными величинами и собственными движениями.

Еще до того как Каптейн обнародовал окончательный вариант своей модели, у него появился соперник в лице Харлоу Шепли, который, после переезда в обсерваторию Маунт-Вилсон, начал разрабатывать альтернативную модель. Как мы видели, он обратил внимание на то, что шаровые скопления, согласно предварительной оценке расстояний до них, распределены по небу несимметрично. Шепли обратил внимание на предположение, высказанное Болином в 1909 г. без каких-либо подтверждающих доказательств. Согласно этому простому предположению, Солнце не обязательно должно находиться в центре, и хотя это, по-видимому, объясняло асимметрию в распределении скоплений, оно не вязалось с оценкой расстояний, сделанной самим Шепли по меньшей мере вкупе с традиционными представлениями о размерах системы Млечного Пути. К 1916 г. он нашел с помощью цефеиды, что шаровое скопление Мессье 13 находится на расстоянии 30 килопарсеков от Солнца, а следовательно, далеко за пределами Галактики Каптейна. Год спустя, получив дополнительные данные о других шаровых скоплениях, он вернулся к идее Болина и решил, что все они действительно связаны с Галактикой (Млечным Путем) и располагаются вокруг невидимого центра нашей Галактики, который находится где-то в направлении созвездия Стрелец. Примерно третья их часть занимает только одну двадцатую часть неба в этом направлении. Он пришел к выводу, что Галактика должна быть в десять раз больше, чем принято думать.

Вообще говоря, оценка Шепли оказалась завышенной примерно вдвое, в частности из‐за того, что он не принял во внимание межзвездное поглощение. Нуль-пункт его графика период-светимость был занижен примерно на 1,5 звездные величины. Однако из‐за нехватки знаний, которые не удавалось получить еще в течение следующих трех десятилетий, он допустил и другую фундаментальную ошибку. Она заключалась в том, что он использовал цефеиды, принадлежащие к выделенному Вальтером Бааде в 1940‐х гг. звездному населению типа II. Бааде определил, что звезды этого типа со спектрами с типично низким содержанием металлов должны находиться главным образом в шаровых скоплениях, эллиптических галактиках и в балджах спиральных галактик. Звезды баадевского населения типа I относительно богаты металлами, молоды и сосредоточены в спиральных рукавах галактик. У Шепли не было шанса разобраться в том, что он огульно использует оба типа цефеид, вполне естественно полагая, будто цефеиды в шаровых скоплениях в точности такие же, как и в ближайшем окружении Солнца. Он недооценил яркость последних в четыре раза, и это было счастливым совпадением, поскольку свело ошибку на нет. Но даже если бы он учел величину поглощения, большинство астрономов все равно сочли бы, что он допустил нелепую ошибку.

В качестве подстрочного примечания к открытию Бааде: переменные с очень коротким периодом и малой массой – звезды типа RR Лиры – были после этого калиброваны заново и стали эталоном для шаровых скоплений, входящих в состав нашей Галактики.

СПИРАЛЬНЫЕ ТУМАННОСТИ В ФОКУСЕ ВНИМАНИЯ

Основные причины скепсиса в отношении утверждений Шепли основывались не на громадном авторитете Каптейна, а были связаны со спиральными туманностями и представлениями об их статусе. Спектроскопия в значительной степени расширила астрономические знания о них. После первого восхищения, испытанного Хёггинсом, когда он вроде бы открыл в их спектрах линии светящегося газа, он еще обнаружил, что тем не менее бо́льшая их часть обладает непрерывным спектром. Проведя различие между двумя разновидностями «зеленых» и «белых» туманностей, астрономы изо всех сил пытались телескопически разрешить белые туманности на звезды. Первый успех был достигнут не ранее 1924 г. с разрешением «туманности» Андромеды (М31), называемой туманностью, несмотря на то что еще в конце предыдущего столетия Юлиус Шейнер доказал схожесть ее спектра со спектром скопления звезд.

Можно, конечно, воспользовавшись преимуществами ретроспективного взгляда, провести различие между этими двумя самостоятельными областями исследований – нашей Галактикой и «белыми», в основном спиральными, туманностями, которые мы сегодня рассматриваем в качестве равноценных галактик, но проведение такого четкого разграничения не представлялось возможным до тех пор, пока существовала вероятность того, что вторые являлись всего лишь довесками первой. Модель Каптейна для Галактики была тщательно разработана на основе статистических данных, но имелись и более ранние альтернативы, основанные на представлениях, полученных с помощью материалов визуальных и фотографических наблюдений. Джон Гершель обратил внимание на нечто, напоминающее потоки звезд между нами и основной частью Млечного Пути. Джованни Челория из Милана предложил в 1879 г. модель, которая уподобляла Млечный Путь двум более или менее концентрическим кольцам звезд. Зелигер собирал доказательства против этих наблюдений, но вскоре голландский астроном Корнелис Истон, давно интересовавшийся этой проблемой, подготовил строгие доказательства в пользу гораздо более впечатляющего устройства Млечного Пути.

225

Фотографии «туманностей» (а на деле, спиральных галактик), полученных Дж. У. Ричи с помощью 60-дюймового телескопа в обсерватории Маунт-Вилсон около 1909 г. В левой части рисунка туманность Водоворот, М51 (NGC 51194–5, где она рассматривается как два объекта) в созвездии Гончие Псы; а в правой части – H. V. 24 (NGC 4565) в созвездии Волосы Вероники, видимая «с ребра».

Истон начал изучать эту проблему в 1881 г., в возрасте восемнадцати лет, и в течение более чем тридцати лет подготовил целую серию рисунков распределения яркости в Млечном Пути, основываясь главным образом на опубликованных данных. Будучи по профессии журналистом, он опубликовал свои рисунки северной части Млечного Пути в Париже в 1893 г., и Каптейн настолько высоко оценил их, что уговорил Гронингенский университет присвоить Истону степень почетного доктора. Подсчеты звезд вплоть до девятой звездной величины в «Боннском обозрении», как обнаружил Истон, тесно коррелируют с его рисунками, и он попытался изобразить их в трех измерениях. К 1900 г. он заявил, что Млечный Путь в целом имеет спиральную структуру, напоминающую структуру нескольких известных к тому времени объектов, таких как М51 и М101, и, по всей видимости, он был первым человеком, кому пришла в голову такая в высшей степени важная идея. (См. современные фотографии М51 и М101, полученные в обсерватории Маунт-Вилсон, на ил. 225.) Испробовав множество разных схем, он остановился на той, в которой направление на галактический центр задавалось созвездием Лебедь, и изложил основные результаты своей работы в популярной статье, опубликованной в The Astrophysical Journal в 1913 г. (ил. 226). В конечном счете выяснилось, что ошибка этого направления составляет почти девяносто градусов; и все же другие спиральные структуры, как он полагал, не сопоставимы с нашей. Они были «незначительными завихрениями в огромном водовороте нашей системы». В этих вопросах он оказался не прав, но его базовая идея осталась в неприкосновенности.

226

Одна из двойных диаграмм Корнелиса Истона, приведенная в подтверждение его аргумента о том, что Млечный Путь обладает спиральной структурой (внутренний фрагмент). Внешнюю диаграмму следует рассматривать как проекцию Млечного Пути на внутреннюю часть развернутой и сложенной воедино цилиндрической поверхности. Изображение сделано в виде негатива, где яркая материя отображается черной краской. Солнце находится в точке S, центр внешнего круга и галактический центр – в направлении созвездия Лебедь над нею. В выбранном масштабе невозможно с достаточной убедительностью показать, какое огромное количество данных было использовано для построения этой диаграммы.

Несмотря на решительные возражения, особенно со стороны Эддингтона, в астрономическом сообществе все еще царило прочное убеждение в том, что Млечный Путь представляет