Загадки для знатоков: История открытия и исследования пульсаров.

Предисловие

Прогресс любой из естественных наук определяется главным образом развитием техники. Именно благодаря быстрому развитию техники в последние несколько десятилетий удалось решить большое число научных проблем, волновавших людей на протяжении многих веков. Подчас те или иные технические новшества приводят к поистине революционным преобразованиям науки. В истории астрономии, обсуждению одной из страниц которой посвящена данная книга, можно выделить две такие революции. Первая произошла более трехсот лет назад и связана с началом использования оптических телескопов для проведения астрономических наблюдений. Вторая же началась около полувека назад, когда впервые удалось выйти за пределы оптического диапазона частот электромагнитных волн и зарегистрировать космическое радиоизлучение. Эта революция, заметно ослабевая, продолжается сейчас. Вызвана она созданием высокочувствительных приемников излучения в различных диапазонах частот, а также возможностью выноса телескопов за пределы земной атмосферы, непрозрачной для инфракрасного, жесткого ультрафиолетового и более высокочастотного излучения.

В настоящее время с помощью десятков и сотен телескопов, установленных как на Земле, так и на космических аппаратах, находящихся за пределами земной атмосферы, ведутся непрерывные наблюдения Вселенной в радио-, субмиллиметровом, инфракрасном, оптическом, ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах, а также в диапазоне жестких и сверхжестких гамма-лучей. Интервал частот регистрируемого сейчас космического электромагнитного излучения огромен. Он простирается от 107 герц (длинноволновое радиоизлучение) до 1027 герц (сверхжесткое гамма-излучение). Для сравнения отметим, что внутри оптического диапазона частота излучения меняется лишь в 2 раза, то есть оптика является ничтожно узкой «щелью» внутри всего интервала частот электромагнитных волн, в котором ведутся сейчас исследования Вселенной.

Всеволновый характер современной наблюдательной астрономии привел к открытию целых классов новых астрономических объектов. К их числу относятся квазары, пульсары, мощные галактические источники рентгеновского излучения, источники сильных всплесков гамма-излучения с длительностью от долей секунды до нескольких десятков секунд. Некоторые из этих объектов (например, подавляющее число пульсаров) не удается даже наблюдать в оптическом диапазоне частот. Природа некоторых из обнаруженных за последние несколько десятилетий астрономических объектов (например, квазаров) до сих пор остается интригующей загадкой.

В этом отношении больше «повезло» пульсарам, природа которых была понята очень быстро. Так, уже через несколько месяцев после их открытия стало ясно, что пульсары — это нейтронные звезды, о которых много говорили и спорили астрономы на протяжении примерно тридцати лет. Открытие пульсаров позволило ответить на большое число вопросов о конечных стадиях эволюции звезд, взрывах Сверхновых звезд и активности газовых оболочек, сброшенных при этих взрывах.

Много загадок хранят пульсары. К числу наиважнейших из них относится природа чрезвычайно сильного радиоизлучения, которое, подобно лучу прожектора, узким пучком испускается из пульсара.

В данной книге рассказывается об открытии нейтронных звезд и выяснении той роли, которую они играют при взрывах Сверхновых. Изложение построено в виде детектива. Автор как бы проживает сотни лет, расследуя, что же произошло со вспыхнувшей, а затем погасшей звездой. Основанием для проведения «следствия» является «заявление» китайского императора о том, что вспыхнувшую звезду кто-то убил, поскольку она очень яркая и затмевает другие звезды и со временем может затмить даже Солнце.

В результате расследования, проведенного автором с участием большого числа ученых разных времен и народов, обнаружены очень интересные астрономические объекты — нейтронные звезды, а также удалось узнать очень многое о судьбе вспыхнувшей звезды. Судьба вспыхивающих звезд, а также детали и методы научного расследования, которое столь успешно закончилось, безусловно, представляют интерес для читателей, увлеченных наукой и научным поиском.

В. В. Усов, доктор физико-математических наук

Введение

— Душно, — сказал Сын Неба.

Двое слуг почтительно приблизились и, с трудом приподняв плетеное ложе вместе с владыкой, перенесли его в глубь веранды. Здесь было ненамного прохладнее. Над прекрасным городом Кайфыном, столицей Поднебесной империи, повисло дневное марево. Далекие дома терялись в дымке, близкие колебались, будто при землетрясении. Ветра не было. Мыслей тоже.

Голова старого императора Чжао Чженя склонилась на плечо. Сын Неба спал. Неслышно открылась маленькая дверка, и на веранду, тяжело дыша, красный от усилий, которые ему пришлось затратить, чтобы взобраться на верхний этаж, вошел цзайсян[1] Инь Чжу. Он повел по сторонам маленькими глазками, увидел спящего императора и скривился в мгновенной усмешке.

— Великий изволит почивать, — сказал он кому-то невидимому в темноте коридора. На свет выступила тщедушная фигурка. Это был Янг Вэй-Тэ — начальник астрономического управления при великой особе императора. Он служил Сыну Неба без малого двадцать лет и хорошо изучил его привычки. Первый министр Инь Чжу лишь недавно возвысился до своего поста — начал он с должности писца.

— Это ты, — сказал старый император Чжао Чжень, отрешаясь то ли от тяжких государственных дум, то ли от дурманящего сна. — Я ждал тебя вечером, Янг Вэй-Тэ. Ты слишком тороплив.

— Никакое стремление быть полезным владыке не может оказаться торопливым или преждевременным, — почтительно сказал Янг Вэй-Тэ.

Взгляд императора стал острым, будто хотел прочесть в мыслях придворного астронома принесенную им новость, прежде чем тот выразит мысль словами. Старый Чжао Чжень испытывал слабость к небесным светилам. Их предначертаниям он верил порой больше, чем идеям своих министров.

— Говори, — приказал император, жестом прогнав с веранды слуг с опахалами и заодно цзайсяна Инь Чжу, этого выскочку. Министр отступил в темноту коридора без видимого неудовольствия, он уже знал, о чем хочет сообщить начальник астрономического управления. Дверь бесшумно закрылась.

— О великий, — начал Янг Вэй-Тэ, — вот уже четвертый день я наблюдаю небывалое явление на небе, там, где должно находиться созвездие Тьен-Куан, скрытое сейчас от наших взоров светом дня. Сразу после восхода солнца я замечаю на небе звезду-гостью. Она наливается соком и набухает, подобно созревшему плоду. Цвет ее желтый, но иногда, если смотреть на нее очень долго, кажется красноватым.

— Звезда-гостья видна днем? — недоверчиво спросил император. Он знал, что астроном не лжет, он уже понял, что это — знамение, которого он ждал с начала своего царствования. Все в нем напряглось в ожидании слов, которые сейчас должен произнести Янг Вэй-Тэ.

— Звезда-гостья видна днем, — эхом отозвался астроном. — Я проверил гороскоп по своим таблицам. Звезда-гостья не затмит Альдебарана. Цвет ее предвещает покой стране и плодородие почвам. Расположение ее благоприятствует твоему царствованию, которое будет столь же ярким.

— Почему звезда-гостья не появилась, когда я был молод, только взошел на престол и впереди была вся жизнь? — требовательно сказал император.

Астроном не мог дать ответа, Чжао Чжень и не ждал его, он просто думал вслух: «Почему она вспыхнула теперь, когда я стар и не способен более на великие дела?»

Император впервые произнес при постороннем такие кощунственные слова, звучавшие ранее лишь в его мозгу, да и то в периоды величайшего недовольства собой. Поистине жара размягчает душу.

— Я хочу видеть, — сказал император, поднимаясь с ложа.

Ноги затекли, и Сын Неба с трудом доплелся до бортика веранды.

— Пусть солнце останется от тебя справа, — почти

тельно говорил Янг Вэй-Тэ. — Отступи в тень, о великий.

Так, хорошо. Видишь?

Да, император видел. Звезда-гостья была подобна огромной рисине, лежащей на ослепительно голубом бархате. Наверняка она стала даже ярче, чем говорил Янг Вэй-Тэ. Звезда его правления. Хорошо. Как она прекрасна!

— Было ли когда-нибудь явление столь же значительное? — спросил он, хотя и сам прекрасно знал древнее летописи.

Янг Вэй-Тэ понял, чего ждет от него владыка, и сказал, склонившись;

— Никогда. Сорок шесть лет назад подобная звезда-гостья видна была лишь ночью.

На веранде наступило долгое молчание.

— Почему? — произнес наконец император. — Почему это великое знамение не длится вечно? Если оно предвещает благополучие моему царствованию, почему звезда-гостья уходит, не просияв на небе и года? Почему она не живет, покуда жив я?

— Так было всегда, — сказал Янг Вэй-Тэ, не догадываясь, о чем размышляет Сын Неба.

— Так было всегда, — повторил император с неожиданным презрением. — Всегда были только боги, Янг Вэй-Тэ. Даже Поднебесная была не всегда.

Чжао Чжень склонился к астроному и зашептал ему на ухо:

— Тебе никогда не казалось, что на небе зло так же борется с добром, так же кипят страсти, как на земле? Тьма гонится за светом и пожирает его, но свет снова берет верх, и так всегда. Яркое солнце затмевает слабые звезды, потому что они слабые и нечего им стоять на пути у сильного. Но солнце заходит, и звезды воскресают. И так всегда. А иногда звезда падает, умирает, и в летние ночи это случается особенно часто, будто в небе бушует эпидемия. Но звезд не становится меньше. Почему, мой астроном? Может быть, вместо тех, что упали, рождаются другие? Может быть, именно они, рожденные звезды, заставляют другие звезды падать? Может, они…

Император умолк… и вдруг резким толчком ноги отодвинул от себя астронома. Тот не удержал равновесия и растянулся на полу. Император трескуче рассмеялся, но смех его стих, когда в проеме между колоннами вновь предстала звезда-гостья, желтая и мерцающая.

«Только бы не приказал выпороть», — думал Янг Вэй-Тэ, с трудом поднимаясь на колени и совершенно не понимая, отчего его предсказание произвело на Сына Неба такое странное впечатление. Порка была для астронома делом привычным, как и для всех чиновников, включая цзайсяна, но он становился стар и чувствовал, что не выдержит больше десятка ударов.

— И вдруг рождается на небе яркая звезда, ярче всех, предвещающая мир земле и радость царствующему дому, — сказал император, будто продолжая начатую мысль. — Она хочет жить столько же, сколько живут другие звезды, а звезды живут долго, много тысяч лун светят они, одни и те же. Но и на небе есть завистники, есть негодяи, есть… убийцы. Понимаешь ли ты, астроном? Если пламя вспыхивает слишком ярко, его нужно погасить. Я и сам так делаю — мне не нужны люди, которые были бы умнее и лучше меня.

Речь императора прервалась опять. Старый владыка будто сейчас заметил, что открывает свои мысли человеку, которому знать о них не положено.

«Звезда-гостья, — подумал Чжао Чжень, — светила бы всегда, давая моему царствованию спокойствие и мир, но злые силы не выносят ее лучистого сияния — она ведь может затмить и самое солнце! И злые силы убивают ее прекрасный желтоватый свет. Наверное, так все и происходит. Да. Злое дело свершится скоро на небе, и звезда-гостья исчезнет, потому что будет убита. Моему славному Янг Вэй-Тэ такая мысль не придет в голову — он не знает ничего, кроме своих таблиц и счислений. И гороскопы у него вечно бодрые. И взятки он берет. Выпороть его, что ли? Да ладно, стар он уже. Как и я. Но я мудрее, я знаю, что звезда-гостья не проживет долго, потому что убийцы уже готовят оружие. Убийцы ждут своего часа. Убийцы занесли меч. И ничто не поможет. Совсем как на земле. Совсем как на грешной земле»…

Шел июль 1054 года по христианскому летосчислению. Звезда-гостья угасла почти полтора года спустя. Старый император Чжао Чжень следил за ее медленным угасанием с затаенной грустью, потому что только он знал: звезду убили.

Своего придворного астронома он приказал выпороть плетьми у ворот дворца в тот день, когда звезда-гостья погасла совсем.

* * *

Что произошло в небе летом 1054 года? Звезда вспыхнула, была видна даже днем, но исчезла. В то время ум человеческий был бессилен перед подобными тайнами. Летописцы лишь фиксировали факты, не понимая их, и списывали все на божественное провидение. Неизвестно, конечно, о чем думал Чжао Чжень, один из императоров династии Сун, правивший Поднебесной империей до 1066 года, когда начальник астрономического управления Янг Вэй-Тэ доложил ему о явлении звезды-гостьи. Лишь много веков спустя люди узнали о том, что произошло в летнем небе 1054 года.

И тогда начался научный поиск со своими законами, своими прямыми и боковыми ходами мысли. Началось научное расследование события, случившегося более девятисот лет назад.

Любой научный поиск имеет черты детектива. Так же существует загадка. Так же косвенные улики, следы и прямые доказательства помогают найти истину. Так же опыт и интуиция выводят на правильный путь.

В истории, о которой пойдет речь, события развивались по канонам детективного жанра. И только в наши дни усилиями многих ученых и научных коллективов расследование о гибели звезды подошло к завершению. А мы попробуем разобраться во всем с самого начала. Расскажем, как шло научное расследование. Пройдем вслед за астрофизиками трудной дорогой поиска истины.

Тайна гибели звезд была раскрыта учеными, работавшими в разное время в разных странах, и методы исследования были самыми различными. Мы попробуем следить за ходом поиска как бы с двух позиций — наших современников и астрофизиков прошлого, далекого и близкого.

Мы будем не только расследовать конкретное «дело», но попытаемся разобраться в логике научного поиска и посвятим этому не меньше времени, чем самому расследованию. Ведь в отличие от юридического следствия научный поиск заключается не только в разгадывании какой-то конкретной загадки. Истина, открывающаяся взгляду после решения научной проблемы, подобна не рисунку в рамке, но прекрасному пейзажу, который раскрывается нам, когда мы поднимаемся на горную вершину.

_{Глава первая}

Свидетели вспышек. Новые обычные и необычные. Вспышка в туманности Андромеды. Первые гипотезы. Метод проб и ошибок

Наша задача — ошибаться как можно быстрее.

Дж. Уилер

Явление звезды-гостьи в 1054 году было далеко не единственным явлением подобного рода. Одно из древнейших свидетельств относится к 185 году новой эры:

«В период Чжун-Цин, во второй год, в десятую луну, в день Квей-Хао появилась необыкновенная звезда посредине Нан-Мана… Она была величиной с бамбуковую циновку и последовательно показывала пять цветов. Постепенно она уменьшила свой блеск к шестой луне следующего года, когда она исчезла».

Нан-Ман — это созвездие Центавра. Нужно пояснить и сравнение с бамбуковой циновкой. Конечно, вовсе не о геометрических размерах звезды идет речь. В такой образной форме говорилось о яркости звезды. Уже в XX веке путем анализа многих летописей удалось докопаться до смысла фразы. Американский астроном К. Лундмарк считает, например, что яркость этой звезды-гостьи соответствовала минус шестой звездной величине, то есть была в десять раз ярче Венеры! Не удивительно, что звезда могла быть видна и а дневное время.

А вот переводы подлинных текстов китайских летописей, где говорится о явлении звезды-гостьи в 1054 году:

«В двадцать второй день седьмой луны первого года периода Ши-Хо Янг Вэй-Тэ сказал: «Простираю свою персону ниц: я наблюдал явление звезды-гостьи Она была слегка радужного цвета. Согласно распоряжению императора я почтительно сделал предсказание, сводящееся к следующему: звезда-гостья не нарушит Альдебарана; это указывает на то, что… страна обретет великую силу. Я прошу, чтобы это предсказание было передано на хранение в управление историографии».

«Первоначально эта звезда стала видимой в пятую луну первого года периода Ши-Хо на восточном небе в созвездии Тьен-Куан. Она была видна днем, подобно Венере, направляя лучи в разные стороны. Цвет ее был красно-белый. В общем, она была видна днем двадцать три дня».

«В день Син-Вэй, в третью луну первого года периода Чья-Ю начальник астрономического управления докладывал, что появившаяся утром на восточном небе в пятую луну первого года периода Ши-Хо звезда-гостья, оставаясь все время в Тьен-Куане, только теперь перестала быть видимой».

Так написано в китайских хрониках Сун-Ши и Сун Хай-Яо династии Сун. В XIII веке в Китае вышла энциклопедия Ма Туан-Лина. В ней, как в копилке, были собраны все наблюдения китайских астрономов от II века до нашей эры вплоть до 1203 года. В 1846 году эту энциклопедию перевел на французский язык астроном Био — он собирал в ту пору все сведения о звездах-гостьях, но оказалось, что в хрониках есть упоминание и о кометах, которые ведь тоже наблюдались лишь короткое время. Отличить звезду-гостью от кометы подчас довольно трудно. Астрономы средневековья, для которых каждое новое явление на небе было божественным предзнаменованием, не всегда улавливали разницу. Они, конечно, видели, что некоторые звезды-гостьи двигаются, а некоторые нет. Чаще всего это в хрониках отмечалось, но не всегда. В 1054 году на небе была видна не комета: «Звезда-гостья все время находилась в созвездии Тьен-Куан». Это созвездие Тельца. Звезда была видна на одном и том же месте полтора года — это не могла быть комета. Существуют и многочисленные современные доказательства (о них мы поговорим ниже) того, что звезда-гостья 1054 года — одна из самых ярких за всю историю человечества.

Есть указание на эту вспышку и в японских хрониках «Мэй Гэтсуки» и «Ишидао Йоки». Но японцы что-то напутали с датами. Они уверяют, что наблюдали звезду-гостью с 20 по 30 мая 1054 года (если перевести даты с японского календаря). Однако в это время созвездие Тельца слишком уж близко к солнцу. Тут, видимо, ошибка.

А вот в Европе и на Ближнем Востоке никто, судя по всему, эту звезду-гостью не наблюдал. О ней нет упоминаний ни в европейских, ни в арабских хрониках, ни в летописях Древней Руси. История странная. В 1054 году в Европе происходили немаловажные события. Церковь разделилась на католическую и православную. В Киеве умер князь Ярослав Мудрый, и Русь оказалась раздробленной на пять частей. Вильгельм-завоеватель готовил войско для похода в Британию. В каждом случае явление звезды-гостьи могло быть истолковано как предзнаменование. Это обязательно отразилось бы в хрониках и летописях. Ведь описана же в хрониках вспышка звезды-гостьи в 1006 году. Вот что писал Ибн Аль-Тир: «В этом году в новолуние, в месяц Шабан появилась большая звезда, подобная Венере… На земле ее лучи были подобны Луне, и она оставалась на небе до середины месяца Дсул-Каада, после чего исчезла».

Впрочем, это уже загадка для историков, а не для астрономов. Для нашего расследования важно одно: время от времени совершенно неожиданно на небе появлялись звезды-гостьи, которые светили несколько месяцев, а то и год-два. Медленно угасали и исчезали. Император Чжао Чжень в нашем рассказе назвал это убийством, но популярнее было другое мнение — звезда родилась. Поэтому в средние века звезды-гостьи получили название «новых звезд». Название не очень удачное, лучше все же говорить «звезда-гостья». Однако термин «новая звезда» прижился в астрономии, им пользуются и сейчас. Вспышки ярких новых звезд наблюдали и после 1054 года. В 1572 и 1604 годах звезды-гостьи были видны в Европе. В 1572 году наблюдения проводил сам великий Тихо Браге. Новая так и была названа — звезда Тихо. Спустя тридцать два года яркую вспышку в созвездии Змееносца наблюдал Иоганн Кеплер.

А потом наступило затишье. Новые звезды перестали вспыхивать. Будто назло. Когда астрономия была в зачаточном состоянии, вспыхивали ярчайшие новые, их видели даже днем, а после изобретения телескопа звезды-гостьи исчезли. За два с половиной века вспыхнули всего две звезды, да и то одна из них даже в максимуме яркости была едва заметна невооруженным глазом. Тайна гибели звезды, если звезда погибала, или ее рождения, если во вспышке звезда рождалась, оставалась запертой за семью замками.

В XIX веке — очередной сюрприз, уже к радости астрономов. С 1843 по 1942 год — за век — новые вспыхивали восемь раз. Яркая новая звезда появилась в 1866 году в созвездии Северной Короны, она была лишь вдвое слабее Беги. Звезда разгорелась всего за несколько часов!

Три дня спустя после того как новая Северной Короны достигла максимальной яркости, английский спектроскопист У. Хеггинс впервые исследовал спектр звездной вспышки. Фотографировать спектры Хеггинс не мог — астрофотография родилась четвертью века позднее. Но на экране спектроскопа в темной камере он видел линии химических элементов, которые излучаются там. А в 1891 году новая звезда была впервые сфотографирована — эта новая вспыхнула в созвездии Возничего.

Вот тогда-то — впервые за тысячу лет — было получено доказательство: при вспышке новой звезда не рождается и не умирает. Новая Возничего была сфотографирована в нескольких фазах: сразу после максимума, потом через каждые две-три недели, и наконец, в ее стационарном состоянии, через много недель после вспышки, когда яркость практически уже перестала меняться.

Оказалось, что при вспышке звезда лишь сильно увеличивает яркость, а затем она слабеет. Блеск возрастает в десятки тысяч раз — на 10—12 звездных величин (разница в одну звездную величину соответствует изменению блеска звезды в 2,52 раза). И во столько же раз слабеет после вспышки. На фотографиях, сделанных после вспышки и до нее, — нашлись и такие в стеклянных библиотеках обсерваторий — видна одна и та же слабенькая звездочка.

Итак, трагедии в летнем небе 1054 года вроде бы не произошло, звезда не погибла. Но что-то с ней, конечно, приключилось, пусть не трагедия, но драма. К тому же в описываемой истории можно заметить даже невооруженным глазом одно очевидное противоречие.

Звезды-гостьи 1006, 1054 годов, звезды Тихо и Кеплера — это очень яркие новые. В минимуме они должны были стать слабее на 10—12 звездных величин, то есть выглядеть звездочками примерно пятой-шестой величины» Такие звезды и без телескопа можно увидеть, а в телескоп — пусть и небольшой — подавно. Конечно, чтобы увидеть, нужно знать, где искать, а по старым китайским хроникам точных координат не определишь. Но Тихо Браге был отличным наблюдателем. Он вычислил координаты звезды-гостьи 1572 года с точностью до половины дуговой минуты. Звезду Тихо обязательно должны были видеть и после вспышки. А ее не видели. В кружочке диаметром в дуговую минуту на фотографиях, сделанных даже с хорошими телескопами, не видно никаких звезд.

Вот противоречие. Новая в Северной Короне была слабее Веги в максимуме, но ее удалось обнаружить после вспышки. А звезда Тихо была ярче в сотни раз, но после вспышки исчезла, словно призрак…

Как объяснить это противоречие? Самое простое — предположить, что не все новые одинаковы. Одни увеличивают блеск в сотни раз, другие — в сотни тысяч. Одни вспышки мощнее, другие — слабее. Очень просто.

Но почему именно самые яркие звезды-гостьи имели и самые большие амплитуды вспышек?

Может быть, случались вспышки и других странных новых звезд? Может быть, класс новых значительно шире, чем думали астрономы в то время, когда возникла астрономическая фотография, а с ней противоречие, о котором сказано выше?

В 1885 году астроном Гартвиг, работавший в обсерватории города Дерпта (Тарту), обнаружил вспышку новой звезды в спиральной туманности, расположенной в созвездии Андромеды. Новая была не очень яркой, без телескопов на нее никто бы и внимания не обратил. В максимуме блеска она едва достигала шестой звездной величины, была на пределе видимости невооруженным глазом. Новую звезду назвали S Андромеды. Наблюдали ее Гюлли во Франции, Вольф в Германии, баронесса Подменицки в Венгрии, но никто, кроме Гартвига, не понял, какое значение для астрономии имела именно эта вспышка.

А действительно, почему именно эта — довольно слабая? Дело в том, что звезда вспыхнула в туманности. Еще в 1755 году Иммануил Кант предложил так называемую небулярную гипотезу (от слова «nebula» — туманность) происхождения звезд и планетных систем. В 1796 году аналогичную идею предложил Лаплас, и вплоть до начала XX века небулярная гипотеза была единственной, которую признавали все астрономы. Суть ее в том, что звезда возникает вместе с планетной системой из плотного вращающегося газового облака — туманности. В туманности образуются сгустки, эти сгустки растут и спустя миллионы лет превращаются в звезду (самый большой сгусток) и планеты (сгустки поменьше).

А теперь вернемся к S Андромеды. Звезда вспыхнула в туманности — разве нужно еще какое-нибудь доказательство того, что звезды рождаются так, как писал Кант? Для астрономов конца XIX века вспышка S Андромеды была веским аргументом в пользу небулярной гипотезы. Аргументом, но все же не доказательством. Строго говоря, нужно ведь было еще доказать, что туманность Андромеды — действительно газовая туманность, а не скопление звезд: ведь до Галилея и Млечный Путь выглядел туманной полосой, а вовсе не звездным океаном.

Казалось бы, какая разница для нашего расследования— является туманность Андромеды звездным скоплением или газовой туманностью? Нас ведь интересует вспышка звезды — рождение это или смерть? Однако давайте рассуждать иначе. Если туманность Андромеды — газовая, то расстояние до нее невелико, с большого расстояния мы газовую туманность не разглядели бы. И тогда S Андромеды ничем от обычных новых не отличается.

Но если туманность Андромеды не туманность, а очень далекое звездное скопление, то S Андромеды становится звездой из ряда вон выходящей, сродни звезде Кеплера или более яркой звезде-гостье 1054 года. Значит, действительно загадки S Андромеды не решить, не ответив на вопрос: что же такое туманность Андромеды?

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.