Помоги проекту - поделись книгой:
Ван Маанен утверждал, что обнаружил вращение в центре галактик. Хаббл не верил ему и просил Адамса показать ему пластинки ван Маанена. Спор, затеянный Хабблом, вышел за стены обсерватории. В результате было принято решение опубликовать от имени Маунт-Вилсона примирительную заметку о том, что вращение в туманностях более чем сомнительно. Однако Хаббл разозлился еще больше. Несмотря на его правоту, Адамс подал протест в Фонд Карнеги, потому что поведение ученого граничило со скандальным.
Однако, вероятно, самый сильный конфликт, характеризовавшийся взаимным презрением и наибольшим противостоянием научных идей, был у Хаббла с его главным оппонентом, Харлоу Шепли. Оба родились в штате Миссури, но Шепли гордился своими корнями и не понимал Хаббла, в частности его напускную англоманию и постоянную готовность отправиться на войну. Вражда утратила остроту после того, как Шепли уехал из Маунт-Вилсона и занял пост директора обсерватории Гарвардского колледжа. Но неприязнь сохранилась.
Хаббл был любезен только с одним астрономом — представительницей Гарварда Сесилией Пейн, обратившейся к нему в связи с научным вопросом, в котором она не находила понимания с Шепли. Хаббл называл Сесилию «лучшим мужчиной Гарварда».
Биограф ученого, Гейл Крисченсон, вспоминает забавный эпизод. Некоторые современники сравнивали высокомерного Хаббла с американским физиком Генри Роулендом (1848— 1901). Однажды у эгоцентричного Роуленда адвокат спросил на суде: «Кто самый величайший физик в мире?», и профессор ответил: «Предполагаю, что я». Когда кто-то заявил, что это звучит совершенно нескромно, Роуленд извинился: «Дело в том, что я был иод присягой».
На одном из собраний астрономов в Маунт-Вилсоне, организованном самим Хабблом, было решено произвести систематический разбор туманностей. Была выделена группа lightmen — тех, кто занимался наблюдениями в лунные ночи; это были спектроскописты, которым не мешал свет Луны, и возглавлял их Адамс. В безлунные ночи работали dark-men, они занимались фотографической фотометрией (которая очень чувствительна к лунному свету), и их возглавлял Шепли. Хаббл вошел в группу dark-men.
Солон Бейли (1854-1931) из обсерватории Гарварда изучал так называемые цефеиды — переменные звезды, пульсирующие с довольно точной периодичностью, примерно от 1 до 130 дней. Их кривая света, то есть изменение светового потока в зависимости от времени, очень характерна, поэтому их легко узнать. Светимость цефеид очень сильна, так что наблюдать их можно с больших расстояний. Такие звезды были известны с XVIII века, но Бейли заинтересовался ими в рассматриваемый период развития науки. Некоторые цефеиды светились сильнее, другие — слабее, и было неизвестно, является интенсивность их свечения их собственной характеристикой или просто более яркие цефеиды находятся ближе.
Американский астроном Генриетта Ливитт (1868-1921), исследователь-ассистент в Гарварде, сделала очень важное открытие. Она обнаружила цефеиды в Малом Магеллановом Облаке и предположила следующее: так как, по всей видимости, все цефеиды принадлежат к одной туманности, значит все они находятся примерно на одинаковом расстоянии от нас. Ливитт открыла знаменитое отношение между периодом и светимостью (см. график). Под светимостью понимают лучистую энергию, испускаемую звездой в секунду. Чем больше период, тем больше светимость звезды. Важность этого открытия заключалась в том, что, идентифицировав цефеиды, можно было измерить период и, следовательно, их светимость. А зная значения светимости и светового потока, измеренных на Земле, можно вычислить расстояние. Например, если ближние цефеиды имеют звездную величину 5, а цефеиды в Магеллановом Облаке — 15, получается, что Малое Магелланово Облако находится в 100 раз дальше. Но как узнать расстояние до ближних цефеид? Чтобы воспользоваться этим методом и применить цефеиды «как стандартные канделы», необходима калибровка.
«Антарктический полюс не такой звездный, как Арктический. Там можно увидеть много групп мелких звезд, формирующих две не очень отдаленные друг от друга и не очень яркие туманности. Между ними имеются две более крупные спокойные звезды, также не слишком яркие»».
Не существует настолько близких цефеид, расстояние до которых можно было бы рассчитать с помощью метода триангуляции, но в то время уже существовали способы измерения расстояния внутри Солнечной системы. Герцшпрунг первым осуществил калибровку, поэтому именно его можно назвать человеком, определившим расстояние до Малого Магелланова Облака. По его мнению, эта туманность находилась на расстоянии 30 тысяч световых лет (сейчас мы считаем, что расстояние равно 200 тысячам световых лет). Никогда прежде расстояния такого порядка не измерялись. Однако судьба распорядилась так, что в публикации была допущена опечатка: в журнале Astronomishe Nachrichten {«Новости астрономии») вместо 30 тысяч было напечатано 3 тысячи.
Другой замечательный астроном из Принстона, Генри Рассел, независимо от Герцшпрунга произвел расчеты и получил 80 тысяч световых лет. Разница между результатами Герцшпрунга и Рассела велика, но так бывает на первой стадии исследования. Важно то, что расстояние значительно превышало все прежние измерения, а кроме того, этот же принцип можно было применить и для других туманностей. В основе расчетов лежала еще одна гипотеза: свет, испускаемый Малым Магеллановым Облаком, доходит до Земли и на этом пути ничем не поглощается. Эта гипотеза впоследствии получила обоснование.
Шепли в Маунт-Вилсоне наблюдал цефеиды в шаровых скоплениях, а дома со своей невестой Мартой Бец он пытался интерпретировать полученные результаты. Вполне возможно, что Марта сыграла очень важную роль в работе ученого, однако об этом нет достоверных сведений: участвовать в наблюдениях в обсерватории она не могла, потому что, как мы уже говорили, женщинам доступ к телескопам Маунт-Вилсона был запрещен.
В первую очередь Шепли проверил, что отношение периода и светимости Ливитт выполняется и в шаровых скоплениях. Затем он усовершенствовал калибровку Герцшпрунга и Рассела, а дальше последовало его самое удивительное открытие: Шепли предположил, что шаровые скопления распределены симметрично вокруг центра Млечного Пути. Так появилась новая модель нашей галактики. Ее размеры оказались значительно больше, чем предполагалось раньше, Солнце в этой модели переместилось из центра на периферию, на расстояние в 30 тысяч световых лет, а сам центр находился в направлении созвездия Стрельца. Сегодня эта модель после некоторых уточнений признается абсолютно верной.
По сравнению с размерами Млечного Пути расстояние до Малого Магелланова Облака оказалось не таким уж и большим. Шепли предположил, что вся Вселенная ограничена Млечным Путем, а дальше ничего нет. Большие скорости, обнаруженные Слайфером, Шепли интерпретировал как выбросы из Млечного Пути под давлением излучения. Нетрудно было представить выброс газовой массы, отталкиваясь от версии, что спиральные туманности состоят не из звезд. Подчеркивая свое предположение относительно Млечного Пути как единственной Вселенной, Шепли называл его Великой Галактикой.
Также в своей диссертации Шепли рассматривал так называемую новую звезду, появившуюся в М31 (на самом деле сверхновую). Не останавливаясь на современной трактовке, можно сказать, что та звезда сияла, как вся М31. Если бы Андромеда состояла из звезд, эта новая звезда осталась бы незамеченной — если только она не излучала невообразимое количество энергии. Сегодня мы знаем, что на сверхновых звездах действительно происходит колоссальный выброс энергии, но в свое время аргумент Шепли был убедительным: Андромеда должна быть газообразной, а новая звезда (S Андромеды) — обычной звездой.
В подкрепление блестящей теории Великой Галактики ван Маанен утверждал, что мог наблюдать вращение в центральных зонах спиралей, известных как МЗЗ, М51, М81 и М101. Если бы эти туманности находились за пределами Млечного Пути, это движение имело бы скорость, значительно превышающую скорость света.
Теория Великой Галактики сегодня отвергнута благодаря усилиям, в частности, Хаббла. Но критиковали ее и другие исследователи, среди которых был Гербер Кёртис. Он говорил, что спектр спиралей с линиями поглощения почти идентичен спектру звезд класса F или G и не похож на газовые спектры, характеризующиеся линиями испускания. Спирали должны были состоять из звезд, а не из газа, вопреки утверждениям Шепли.
Эдвин Пауэлл Хаббл
Кёртис много наблюдал спиральные туманности, блеск которых прерывался черными полосами. Он дал верную интерпретацию этого феномена, указывая в качестве причины межзвездное поглощение света. Но подобные полосы в спектре могли быть и у Млечного Пути, и если это так, то один выстрел убивал двух зайцев: поглощение не позволяло видеть спирали за пределами Млечного Пути. Таким образом, мы не видим других спиралей в направлении плоскости симметрии Млечного Пути не потому, что их нет, а потому, что их не видно. Это позволяло объяснить ошеломляющую разницу между моделями Млечного Пути Гершеля и Каптейна, с одной стороны, и моделью Шепли, с другой. Если Гершель и Каптейн утверждали, что Солнце находится в центре галактики, то Шепли был уверен: оно смещено на 30 тысяч световых лет в сторону периферии.
Сверхновую в Туманности Андромеды Кёртис считал незнакомым видом звезды с невероятной кратковременной светимостью. В конце концов, подобные вспышки уже наблюдали астрономы во времена Иоганна Кеплера (1571-1630) и Тихо Браге (1546-1601). Также Кёртис усомнился в ошибочном, но честном свидетельстве ван Маанена о том, что он наблюдал вращение в спиральных галактиках.
Таким образом, когда Хаббл вступил в сражение, существовало две теории: о Великой Галактике, представлявшей собой всю Вселенную (Шепли), и о Млечном Пути среди миллионов других далеких галактик, и обе они имели своих сторонников. Большее доверие вызывали идеи Кёртиса, но и Шепли находил поддержку. Сегодня известно, что прав был Кёртис, но мы не должны забывать о заслугах Шепли, который рассчитал расстояние до шаровых скоплений, уточнил размеры Млечного Пути и переместил Солнце из центра в то место, где оно и должно располагаться.
Что еще нужно было сделать для доказательства той или иной теории? Следующим шагом было обнаружение цефеид в спиральных туманностях, и это позволило подтвердить, что они находятся гораздо дальше Магеллановых Облаков. И в это время произошли странные события, из-за которых часто говорят, что история делает все возможное, чтобы казаться нелогичной наукой.
Как известно, Шепли и Хаббл были в очень плохих отношениях. Упрямца Шепли не одобрял и руководитель обсерватории Хейл. В это время Шепли предложили место в обсерватории Гарварда, и он подумал, будто его приглашают на должность директора, хотя потом выяснилось, что это не совсем так. Ученому было некомфортно в Маунт-Вилсоне, поэтому он принял предложение. Это был неоднозначный шаг, ведь великий спор мог разрешиться только с помощью 100-дюймового телескопа, которым располагал Маунт-Вилсон.
Хаббл во многом не сходился с Шепли: его раздражал пацифизм коллеги, не нравились его либеральные идеи, и Эдвин просто жаждал, чтобы Шепли покинул Маунт-Вилсон и оставил огромный 100-дюймовый телескоп в его полное распоряжение. Однако открыто этого желания Хаббл не выражал. В 1921 году Шепли уехал в Гарвард, но ему предложили место не директора (оно досталось Расселу), а профессора-ассистента и астронома.
Перед отъездом Шепли передал свои пластинки М31 Хьюмансону, который сравнил их с предыдущими и... обнаружил цефеиды! Он отметил чернилами положение гипотетических цефеид и поспешил сообщить о своем открытии Шепли. Однако Шепли стер отметки Хьюмансона, ведь если в М31 были цефеиды, то его теория одной галактики рушилась.
В 1923 году Хаббл с помощью 100-дюймового телескопа получил пластинку с М31, при сравнении которой с предыдущими он сделал сенсационное открытие, обнаружив цефеиду. Хаббл решил, что это новая цефеида, помимо уже открытых Ливитт в Малом Магеллановом Облаке. Однако этот эпизод требует более детального анализа. Хьюмансон уже видел цефеиды на М31 и даже сообщил об этом Шепли, но тот не захотел принять это открытие. Хьюмансон, обожавший Хаббла, вероятно, сообщил ему о странной беседе с его оппонентом, поэтому, вполне возможно, Хаббл уже знал, что в М31 нужно искать цефеиды. Более того, для обнаружения их периода Хаббл использовал некоторые пластинки, принадлежавшие Шепли (часть из них тот не стал забирать в Гарвард).
Учитывая взаимное неприятие ученых, возможно, Хаббл неспроста сразу же написал коллеге о том, что нашел цефеиду в Андромеде. Ситуация осложнялась и тем, что цефеида нужна была для расчета расстояния до Андромеды, и для этого Хаббл воспользовался формулой, выведенной Шепли для расчета расстояния до шаровых скоплений. Андромеда находилась на расстоянии миллиона световых лет (сегодняшние расчеты говорят о еще большей цифре — 2,5 миллиона световых лет).
Сесилия Пейн вспоминает, что когда Шепли прочел письмо Хаббла, в котором сообщалось об определении расстояния до Андромеды, он обескуражено произнес: «Это письмо уничтожило мою вселенную». Несомненно, он ждал этого письма. Так что визит Хабблов в Гарвард в их медовый месяц, о котором мы уже упоминали, имел целью еще раз напомнить Шепли о том, что Эдвин нашел цефеиды, и этот поступок был полон злорадства.
Хаббл открыл цефеиды, что подтверждало первоначальный результат. Размеры Вселенной невероятно возросли, их невозможно было точно оценить. Ученые поняли: Андромеда представляет собой группу звезд, похожую на Млечный Путь (сегодня считается, что Андромеда вдвое больше), но могут существовать и другие подобные галактики, еще более удаленные.
Сегодня имя Шепли известно только профессиональным астрономам, также в его честь названо удаленное сверхскопление звезд. Но если бы не упрямство ученого, возможно все было бы иначе, ведь Шепли правильно использовал калибровку на основе закона Генриетты Ливитт, правильно рассчитал расстояние до шаровых скоплений после обнаружения цефеид, понял, что представляет собой наша галактика, определил место Солнечной системы в ней, а также (пусть и после подсказки Хьюмансона) увидел цефеиды на собственных пластинках. Если бы он не уехал в Гарвард от 100-дюймового телескопа, если бы не настаивал на своей модели Млечного Пути как единой вселенной, то есть если бы он был более объективным и доверился фактам, то получил бы славу, которая в результате вместо него досталась Хабблу. Шепли опережал своего оппонента, но его ослепило собственное упрямство. Возможно, позже ученый и хотел вернуться в May нт-Вил сон, но к этому времени руководство уже перешло от Хейла к Адамсу, который ненавидел Шепли так же, как и всех остальных крупных астрономов, включая и Хаббла, и ван Маанена.
Цефеиды позволили делать очень точные расчеты, особенно когда Бааде пересчитал отношение периода и светимости. Но до их открытия в М31 астрономы использовали другие методы, менее точные. Один из них был связан с новыми звездами. Предполагая, что новые звезды были такими же, как в Млечном Пути, в 1919 году Лундмарк рассчитал расстояние до Андромеды и получил результат 550 тысяч световых лет. Эта цифра значительно меньше реальной, но все же это была количественная оценка. Главная проблема использования для расчетов новых звезд была связана с тем, что не у всех у них одинаковая светимость.
Если соблюдать объективность, то нужно сказать, что Хаббл открыл первую цефеиду в Андромеде, когда искал новые звезды, и за одно наблюдение обнаружил две новые звезды и одну цефеиду.
Первая публикация, посвященная определению расстояния до Андромеды и констатирующая правильность теории островных вселенных, появилась не в специализированном журнале, а в New York Times в ноябре 1923 года. Заголовок звучал так: «Открыто, что спиральные туманности являются системами звезд. Доктор Хаббл подтверждает, что островные вселенные, похожие на нашу, существуют».
Когда Хаббл работал над диссертацией, туманностью называли любой астрономический объект, не являющийся звездой или объектом Солнечной системы. В диссертации были такие слова:
Ясно было одно: существуют туманности, по всей видимости связанные со звездами Млечного Пути, наблюдается некоторая вариативность их форм, их скорости довольно умеренные, также считалось, что они принадлежат Млечному Пути. Были и другие туманности (включая спиральные), обладающие очень высокими скоростями и характеризующиеся отсутствием собственных движений (перпендикулярных линии наблюдения). Считалось, что такие туманности находятся за пределами Млечного Пути. Такой была ситуация, когда Хаббл в 1917 году представил свою диссертацию. С 1921 года он занялся классификацией туманностей: в ее отсутствие вести исследования было невозможно.
Одним из экспертов по данному вопросу считался его будущий шурин Уильям Райт. Хаббл, еще не знавший этого, написал ему очень вежливое письмо с просьбой дать разрешение на изучение данной темы, считавшейся темой Райта. Тот любезно ответил: «Я не хозяин туманностям».
Нельзя сказать, что классификация была исключительно плодом трудов Хаббла. Особенно интересно в ней разделение галактических и внегалактических туманностей. Среди галактических туманностей, принадлежащих Млечному Пути, — планетарные (см. рисунок 1), диффузные (светлые) и пылевые (темные). Однако, говоря сегодня о классификации Хаббла, мы имеем в виду его подклассификацию внегалактических туманностей.
Классификация Хаббла с течением времени менялась. В 1922 году его схема включала «камертон» внегалактических туманностей. В этом камертоне имелись эллиптические туманности, или просто эллипсы (см. рисунок 2), названные так по своему внешнему виду. Предполагалось наличие кольцевых туманностей, которые Хаббл называл ЕО, они занимали край диапазона. До раздвоения камертона эллиптичность росла в прогрессии, туманности назывались Е1, Е2... Е7.
После раздвоения шли спиральные туманности, или спирали (см. рисунок 3): их рукава закручивались, словно водоворот. Спиральные туманности были двух типов, соответствующих двум ответвлениям камертона (см. рисунок 4). У одних центральную часть, балдж, пересекала перемычка (бар), от которой отходили рукава. У других такой перемычки не было. Эти последние получили наименование S с добавлением буквы а, b или с. У Sa рукава находятся рядом с телом, у Sb — чуть отдалены от него, у Sc — отходят от тела. В другой части диапазона находились туманности с балджем и баром. Для их наименования использовался тот же критерий, но после S добавлялась В: SBa> SBb и SBc. В общих чертах эта схема существует по сей день — с некоторыми оговорками, о которых мы еще скажем. Наконец, были туманности, не имевшие формы и какой-либо вращательной симметрии, Хаббл назвал их иррегулярными, и они находились вне «камертона».
Классификация постепенно совершенствовалась. Появился новый тип туманностей — линзовидные, у которых отсутствуют спиральные рукава. По мере обнаружения дополнительных данных к обозначениям различных структур начали добавлять буквы, суффиксы и префиксы. Хаббл поместил линзовидные галактики, 50, в точке раздвоения, разделявшей эллиптические галактики, спиральные без перемычки (см. рисунок 5 на стр. 91) и спиральные с перемычкой (см. рисунок 6).
Хаббл был не единственным исследователем, интересовавшимся классификацией галактик. Между ним и Кнутом Эмилем Лундмарком, работавшим в обсерваториях Лика и Маунт-Вилсона, возник ожесточенный конфликт по этому вопросу. Лундмарк в своих наблюдениях также обратил внимание на наличие звезд в МЗЗ и долго напрасно искал вращательные движения, о которых сообщал ван Маанен. Из-за этого Лундмарк вместе с Кёртисом и Хаббл ом поддержал теорию островных вселенных.
Хаббл, вместо того чтобы отправить свою классификацию в журнал для публикации, решил отослать ее председателю Международного астрономического союза (IAU), полагая, что эта разработка относится не к исследованиям, а, скорее, представляет собой схему, которую необходимо внедрить на международном уровне. В астрономическом союзе существовали и до сих пор существуют самые разные комиссии. Вопросом Хаббла должна была заниматься комиссия по туманностям и скоплениям звезд, председателем которой в 1923 году стал Слайфер. Он не хотел, чтобы классификация астрономического союза оказалась засорена идеями Хаббла, но из-за настоятельных просьб последнего комиссия рассмотрела его классификацию.
Решение вопроса затягивалось. В это время Лундмарк опубликовал статью с классификацией, которая, по мнению Хаббла, была неприкрытым плагиатом. Ученый написал Слайферу, не слишком стесняясь в выражениях, об этических принципах Лундмарка, который не только представил его идеи как свои, но даже не ссылался на него, хотя прекрасно знал о работе Хаббла, так как присутствовал на ее публичном обсуждении на одном из конгрессов. Также Хаббл написал самому Лундмарку, обвиняя его в плагиате:
Хаббл продолжил яростные нападки на Лундмарка в публикации несколько месяцев спустя. Лундмарк ничего не отвечал, но привлек на свою сторону Шепли, который убедил Рассела в том, что классификация Лундмарка гораздо лучше, чем у Хаббла. А что же сказали в Международном астрономическом союзе? В первую очередь, там раскритиковали номенклатуру, предложенную Хабблом, который назвал галактики в левой части камертона ранними, а в правой — поздними.
Существовало предположение, что галактики эволюционировали во времени в направлении камертона слева направо (от эллиптических к спиральным) и их спиральная структура становилась все более открытой. По мнению союза, объективная классификация не должна была включать теоретические интерпретации, касающиеся эволюции.
Хаббл знал об этой точке зрения союза, но включил в классификацию такое деление с подачи известного британского астронома Джеймса Джинса, который и разработал теоретическую модель эволюции галактик, воспроизведенную Хабблом. Между этими учеными возникла дружба: Джинсу очень нравился практик-наблюдатель, подтверждавший его теории, а Хабблу был интересен теоретик, дававший физическое обоснование его классификации. Но астрономический союз был прав: нельзя строить классификацию на теоретических догадках, иначе что будет, если теория окажется неверной? Кстати, именно так и произошло — Джинс ошибался.
Возможно, к отказу астрономического союза от классификации Хаббла имел отношение и Шепли, входивший в комиссию по туманностям и звездным скоплениям, однако официальной причиной стало присутствие в разработке неподтвержденных теоретических идей. Таким образом, если Хаббл хотел опубликовать свою классификацию, он должен был делать это без поддержки астрономического союза — такое решение было принято на собрании в Кембридже в 1925 году.
Хаббл так и сделал и опубликовал свою классификацию- камертон, которая используется по сей день. Конечно, из нее следовало бы убрать слова «ранняя» и «поздняя», однако они остались, и сегодня, несмотря на то что никто не связывает последовательность Хаббла с развитием галактик во времени, по непонятной причине астрономы говорят, например, о поздних спиральных туманностях. Классификация Хаббла оказалась очень удачной, так как в ней объединены простые и сложные понятия, поэтому сегодня она принята на международном уровне.
Была ли классификация Лундмарка плагиатом, как утверждал Хаббл? Суть возникшей проблемы состояла в том, что Хаббл опубликовал свои результаты с задержкой. Он часто задерживался с описаниями, и у него при этом возникали столкновения с теми, кто публиковал результаты раньше него. Так произошло не только с классификацией галактик, но и со знаменитым законом, носящим имя Хаббла. Имел ли место плагиат в случае с Лундмарком? Историки науки не дают ответа.
Лундмарк работал над этой темой столько же, сколько и Хаббл, а может быть и дольше. Его классификация была очень похожей, но не идентичной. Например, Лундмарк различал эллиптические туманности по радиальному распределению светимости, а не по эллиптичности, однако эта характеристика зависит от проекции, ее нельзя считать структурной. Спиральные галактики у Лундмарка различались больше по форме, чем по степени разведения рукавов. Если Лундмарк и использовал те же наименования — эллиптические и спиральные, — то только из-за того, что эти термины были распространены с середины XVIII века с легкой руки астрономов Александера и Росса.
Вероятнее всего, и Лундмарк, и Хаббл пришли к похожим результатам, и совпадения в их независимой работе связаны с тем, что такой вид классификации очевиден. Другими словами, классификация туманностей не была такой уж трудной задачей. Если наше предположение верно, то обвинения Хаббла не имели оснований. И даже несмотря на то что сам Хаббл считал свою классификацию едва ли не самым ценным своим достижением, его важность гораздо меньше, чем у других открытий ученого.
Поделиться книгой: