НАУКА О ВСЕЛЕННОЙ 2


Изучение двойных звезд имеет большое значение. Наблюдения за движением звездных пар дали могучее подтверждение всеобщности законов тяготения. Наблюдения эти позволили, кроме того, вычислить массы звезд. И в наше время точно «взвесить» звезды можно, только пользуясь наблюдениями над двойными звездами.

В 1847 году Струве опубликовал свой знаменитый труд по звездной астрономии. В этой книге был впервые подробно изложен и применен созданный ее автором метод звездной статистики.

Звездная стастистика — одна из важнейших областей астрономии.

Изучая густоту распределения звезд на различных участках небесного свода, классифицируя звезды по их видимым яркостям, по их видимым перемещениям, звездная статистика ищет ответы на вопросы об истинном распределении звездных миров в пространстве, об их истинных яркостях, движениях, скоростях. Все эти вопросы необычайно важны для познания строения и развития звездной вселенной. В целом методы звездной статистики помогли, например, узнать, что область, занимаемая Галактикой — огромной звездной системой, в которую входит и наше Солнце с его семьей планет, имеет форму чечевицы.

Обобщая результаты наблюдений над распределением звезд на небесном своде, Струве вывел замечательную формулу, показывающую, как уменьшается плотность распределения звезд в пространстве по мере удаления от плоскости экватора галактической системы к ее «полюсам». ° 0 о °

Изучая вселенную, Струве пришел о ° ° ° °

к замечательной мысли о том, что су- ° ° °

ществует поглощение света звезд

в межзвездном пространстве. Проходя в мировом пространстве, свет хотя и ничтожно, но все же ослабляется. Ученый утверждал, что космическое пространство, вопреки существовавшему мнению, не абсолютно прозрачно.

Дальнейшее развитие астрономии подтвердило справедливость предвидения русского ученого. В 1930 году астрономы сумели получить непосредственное доказательство существования поглощения света звезд в межпланетном пространстве. Доказано, что в пространстве между небесными телами есть мельчайшая космическая пыль.

Много сделал Струве и в геодезии. Сорок лет под его руководством трудились русские ученые, измеряя отрезок дуги меридиана между Дунаем и Ледовитым океаном. Длина меридиана была определена с точностью, давшей картографии надежные данные для составления карт. В истории науки это была одна из величайших геодезических работ.

Схема

сбоку,

Галактики при наблюдении справа — при взгляде сверху.

> .. ... . о

. о 9

2*

19

Труд Струве открыл возможность определить форму Земли. Оказалось, что Земля несколько сплюснута со стороны полюсов.

Жизнь Струве была непрерывным напряженным трудом.

Дела замечательного уленого, основателя Пулковской обсерватории, в которой воспитывались многие поколения русских астрономов, бессмертны в истории науки о вселенной.

* * ❖

В истории естествознания имя русского астронома Федора Александровича Бредихина (1831— 1904) — одно из самых выдающихся.

В Московском университете, а с 1890 года в Пулковской обсерватории Бредихин создал работы мирового значения.

Главные из них посвящены теории комет.

Эти космические странницы, внезапно появляющиеся из глубин неба, огибающие Солнце и снова исчезающие в просторах вселенной, давно приковывали внимание людей. В свитках папирусов, в летописях, в протоколах астрономических наблюдений встречается немало описаний и изображений хвостатых небесных тел.

К середине XIX века в науке о небе скопилось огромное количество сведений о кометах. Нужен был всеобъемлющий ум, который смог бы, используя разрозненные наблюдения, раскрыть физическое строение комет, объяснить причину образования их хвостов и другие явления.

Такого ученого дала русская астрономия.

Создавая свою теорию кометных хвостов, Ф. А. Бредихин исходил из твердого убеждения, что Солнце действует на комету двояко. Силою своего тяготения оно притягивает комету. Но если бы существовало только это действие, хвост кометы был бы направлен к Солнцу.

Однако он изгибается так, как если бы со стороны Солнца дул ветер. Подобно Кеплеру и Ломоносову, Бредихин говорил, что действуют, очевидно, и какие-то другие силы, отталкивающие хвост кометы.

Свои соображения Бредихин облек в строгую математическую форму. Он вычислил для различных комет величину предполагаемых сил, отталкивающих хвосты. Все кометные хвосты он разделил на три типа: длинные хвосты; отклоненные почти прямо от Солнца, хвосты, похожие на широкий рог, отклоненные не столь сильно, и, наконец, хвосты короткие, почти не отклоненные. Теория Бредихина объясняет, что форма хвоста кометы зависит от соотношения между силами притяжения и отталкивания, действующими на него. Чем разительнее сила отталкивания, тем круче отброшен кометный хвост от Солнца. Развивая свою теорию, Бредихин высказал предположение, что силы отталкивания действуют тем сйльнее, чем легче вещество, из которого состоит кометный

20

хвост. Хвосты разных форм, говорил Бредихин, различаются и своим химическим составом: хвосты первого типа состоят из легчайших веществ, хвосты второго типа — из веществ более весомых, а третьего типа — из веществ самых тяжелых.

Бредихин дожил до времени, когда русский физик П. Н. Лебедев начал свои знаменитые опыты, доказывающие существование светового давления. Опыты Лебедева подтвердили догадку Бредихина об отталкивающем действии со стороны Солнца. Поток солнечных лучей действует на кометные хвосты подобно ветру.

Русский астроном также впервые высказал мысль о том, что в состав некоторых комет должны входить натрий и железо, тогда как астрономы того времени были убеждены, что в хвостах комет содержатся только углеводороды. Вскоре, в 1882 году, спектральный анализ света двух комет действительно обнаружил в их хвостах натрий и железо.

Классификация кометных хвостов — одно из крупнейших достижений Бредихина. Дополненная и уточненная, она и ныне лежит в основе классификации кометных форм.

Происхождение кометных хвостов Бредихин объяснял «фонтанной» теорией, считающей, что хвосты комет образуются из веществ, извергаемых ядром кометы, когда оно сильно нагревается при приближении к Солнцу. Русский астроном дал этой теории и филигранную математическую отделку. Ученый вывел целый ряд формул, помогающих точно рассчитать движение частиц, вылетающих из ядра кометы. Теория Бредихина объяснила много загадочных прежде явлений, наблюдавшихся в некоторых кометах: движения отдельных струек и облакообразных масс, поперечные полосы в них.

Раскрыл Бредихин и тайну аномальных хвостов, повернутых в сторону Солнца. Для таких хвостов, показал Бредихин, сила притяжения Солнца значительно превышает силу отталкивания, так как хвосты эти состоят из крупных, тяжелых частиц. Наблюдая и исследуя аномальные хвосты, Бредихин создал теорию образования метеорных потоков, значительно более точную и всеобъемлющую, чем теория известного итальянского ученого Скиапарелли, считавшего, что метеорные потоки образуются только при распаде комет на части. Бредихин же убедительно доказал, что метеоры порождаются «хвостатыми звездами» и тогда, когда они еще продолжают существовать как кометы. Выбрасывая твердые частицы, рассеивающиеся по орбите, они оставляют за собой рой метеорных пылинок.

Бредихин создал также теорию периодических комет — комет, регулярно, через определенные сроки появляющихся на небе. Ранее полагали, что такие кометы образуются в результате «пленения» их большими планетами, делающими их членами солнечной системы. Бредихин доказал неосновательность такого предположения. Чтобы комета резко изменила свою траекторию, она должна пройти весьма близко около планеты. Такие сближения — редкий случай. А вместе с тем периодических комет очень много. Каково же их происхождение? Дело не в захвате, объясняет Бредихин, а в делении одной и той же кометы на несколько других. Одна комета может стать родоначальницей целого семейства.

Теория Бредихина, явившаяся ключом к объяснению удивительного сходства в составе различных периодических комет, была полностью подтверждена развитием астрономии. Теория же «захвата» комет была

Три типа кометных хвостов по Бредихину.

Согласно «фонтанной» теории хвост кометы образуется из вещества, изверженного ее ядром.

21

Изменение формы пометного хвоста при обходе кометой Солнца.

Перед движущимся источником звука звуковые волны как бы сгущаются. Для наблюдателя звук приближающегося источника кажется поэтому более высоким.

впоследствии опровергнута советской наукой. Советские астрономы доказали, что все без исключения кометы — это члены солнечной системы, а не пришельцы из других миров. Теория Бредихина о кометных хвостах, метеорных потоках и периодических кометах — это единое, гармоничнопрекрасное в своей завершенности произведение.

Наследие Бредихина не исчерпывается, однако, исследованиями комет. Он оставил работы в области спектрального анализа солнечной короны и протуберанцев — огненных языков на поверхности Солнца.

Имя Бредихина уже при жизни ученого получило известность. Многие научные учреждения и в России и за границей избрали его своим членом. Бредихин был членом Российской Академии наук, президентом Русского астрономического общества и Московского общества испытателей природы, членом Бюро долгот (Франция), членом-корреспонден-том Королевского астрономического общества в Лондоне, Ливерпульского астрономического общества, общества итальянских спектроскопистов и т. д. Труды ученого оказали плодотворное влияние на развитие науки в России и зарубежных странах.

Русская наука чтит Бредихина и как воспитателя астрономов, пропагандиста научных знаний.

Возглавляя Пулковскую обсерваторию, Бредихин провел там замечательные преобразования. После его прихода в обсерваторию получила широкое развитие астрофизика — наука, изучающая физические свойства небесных тел. Изменил Бредихин и общественное лицо обсерватории. Ученый-патриот широко распахнул двери Пулкова для молодых ученых.

«Как истинно русский человек, — писал в 1904 г’оду о Бредихине знаменитый астроном А. А. Белопольский, — он с замечательною для своего времени энергией, можно сказать против течения, отстаивал научное национальное самосознание; он его всячески старался внушить своим ближайшим ученикам; насколько он был скромен и требовал разумной научной скромности от своих учеников, настолько же он был врагом несправедливого унижения перед Западом в русских людях».

Достойным преемником Бредихина был выдающийся русский астроном Аристарх Аполлонович Белопольский (1854—1934). Белопольский обосновал и широко ввел в астрономию новый метод наблюдения небесных тел, — он заставил их рассказывать о том, куда, к нам или от нас, и с какой скоростью они движутся.

Теория говорила, что если источник света приближается к наблюдателю, то число световых волн, попадающих за единицу времени в глаз наблюдателя, должно быть большим по сравнению с тем случаем, когда расстояние между источником и наблюдателем неизменно. Так, пароход, движущийся навстречу волнам, рассекает носом большее число гребней, чем пароход, стоящий на причале. При приближении источника частота света как бы увеличивается. Значит, все линии в спектре света, излучаемого летящим к наблюдателю источником, должны будут сдвинуться в сторону коротковолновой части спектра. Иное должно произойти, когда источник удаляется от наблюдателя. Линии спектра переместятся в обратную сторону. Эти явления должны быть тем разительнее, чем больше скорость источника света.

В акустике подобное явление было известно давно. Тон свистка приближающегося паровоза тотчас же меняется на более низкий, когда паровоз, миновав наблюдателя, начинает от него удаляться.

22

Аристарх Аполлонович Белопольский.

Но будет ли эго справедливо и Для световых явлений? Прежде чем пользоваться теорией в астрономических исследованиях, надо было проверить ее, нужен был опыт. Для световых явлений экспериментальная проверка эффекта изменения частоты в зависимости от движения источника представляла собой невероятные трудности.

Чтобы эффект был заметен, скорость источника колебаний должна быть сравнима со скоростью распространения самих этих колебаний. Для звука эффект проверялся просто. Скорость звука не так велика — немного более 300 метров в секунду. Уже такой сравнительно медленно движущийся источник, как свисток паровоза, дает возможность без особых ухищрений, прямо на слух, убедиться в том, что частота звука действительно меняется.

Но скорость света неизмеримо

больше скорости звука: 300 тысяч километров в секунду. Где найти в земных условиях достаточно быстрый источник света? Белопольского эта трудность не остановила. Он сумел создать в лаборатории необычайно быстро движущийся источник света, заставив свет многократно отражаться в зеркалах, подобно лопастям, укрепленным на вращающихся колесах. Изображение неподвижного источника света в бешено вращающихся зеркалах перемещалось с громадной скоростью и являлось как раз той искусственной летящей звездой, которая нужна была ученому. Источник света мог по желанию удаляться и приближаться в зависимости от направления вращения. С помощью своей установки астроном доказал, что теория безукоризненно верна. Линии спектра перемещались в полном согласии с предсказаниями науки.

После опытов Белопольского (1894—1899 гг.) стало возможным уверенно применять теоретические формулы к астрономическим исследованиям. Спектрограф — прибор для изучения спектрального состава света — стал в руках Белопольского измерителем скорости движения небесных тел.

Перед астрономами открылась величественная картина летящих в пространстве миров.

От спектрографа не укрывается и вращение светил вокруг собственной оси. Ведь при таком вращении один край светила идет на наблюдателя, в то время как другой от него уходит.

Линии спектра, рождаемого лучами,

Заставив свет отражаться в зеркалах, укрепленных на вращающихся колесах, Белопольский смог в своей лаборатории получить невероятно быстро перемещающийся источник света.

23

Спектр двойных звезд. При движении звезд каждая линия спектра расщепляется на две двигающиеся в разные стороны линии (верхний рисинок). Если свет одной из звезд слишком слаб по сравнению со светом другой, то на спектре видны колебания линий только одной звезды (нижний рисунок).

идущими от приближающихся участков, сдвигаются в иную сторону, чем линии спектра света, излучаемого участками отдаляющимися. Вследствие смещений и вправо и влево линии спектра как бы размываются. Измеряя получившееся расширение, можно определить скорость вращения светила.

Метод Белопольского стал верным средством исследования двойных звезд. Спектр двойной звезды образуется наложением друг на друга спектров звезд, составляющих пару. Когда звезды находятся в таком положении, что они движутся под прямым углом к лучу наблюдения — не отдаляются от наблюдателя и не приближаются к нему, линии в их спектрах совпадают.

По мере вращения одна из звезд приближается к наблюдателю — все линии ее спектра начинают сдвигаться в сторону коротких волн. Вторая звезда в это время удаляется; следовательно, линии ее спектра распадаются на две расползающиеся в разные стороны линии. Когда скорость звезд вдоль луча наблюдения достигнет максимума, расстояние между разошедшимися линиями спектра будет наибольшим. Затем линии сходятся все ближе и ближе и, наконец, снова превращаются в одинарные. В спектре двойных звезд линии как бы пульсируют.

Спектральный метод дает возможность не только обнаружить двойную звезду. Изучая пульсацию спектральных линий, астроном определяет орбиты звезд, вычисляет период их вращения.

С помощью своего метода Белопольский одержал много научных побед. Установив, что внутренняя часть кольца, окружающего планету Сатурн, вращается быстрее, чем внешние участки кольца, Белопольский неопровержимо доказал, что кольцо Сатурна состоит из отдельных метеоритов. Если бы оно было сплошным, подобным колесу, то быстрее вращались бы его внешние участки.

Применяя спектрограф, Белопольский исследовал вращение самого Солнца, открыл много новых двойных звезд и доказал, что некоторые звезды, считавшиеся ранее двойными, на самом деле обычные, одиночные.



Истории, рассказы о русской науке и технике, Болховиттинов В. 1957