Даже невооруженным глазом можно заметить, что яркие звезды различаются по цвету. Вот перед нами звезда Сириус, она кажется белой. Капелла светит желтым светом. Оранжевой точкой на небе кажется нам Арктур. Совсем красными представляются три звезды: Бетельгейзе, Антарес и Альдебаран.
Звезды различных цветов имеют различные спектры. Спектральный анализ излучения звезд составляет одну из важных глав современной астрофизики и является предметом внимательного изучения.
Особенно большая заслуга в спектральном анализе звезд принадлежит американскому астроному Генри Норрису Ресселлу. Это он установил теснейшую связь между спектрами звезд и их светимостью. В результате долгих и упорных исследований ученый обнаружил, что белые и голубые (самые горячие) звезды обладают огромной светимостью. Что касается желтых и красных звезд, то по светимости их можно разделить на две категории. Одни отличаются большей светимостью (в сотни и тысячи раз больше, чем у Солнца), другие — сравнительно малой светимостью (такой, как у Солнца, или даже меньшей).
Звезды большой светимости в астрономии называются звездами-гигантами, а малой светимости — звездами-карликами. Дальнейшие исследования показали, что гиганты и карлики по светимости являются гигантами и карликами по размерам и массе. Особенно резкое разделение на гигантов и карликов встречается у красных звезд. Красные гиганты имеют и наибольшие размеры. Примером красных гигантов являются звезды Бетельгейзе и Антарес. Так, внутри звезды Бетельгейзе могли бы уместиться орбиты планет солнечной системы до Марса включительно. Солнце — центральное светило в нашей солнечной системе — с его гигантскими размерами (диаметр в 109 раз больше земного) и колоссальной светимостью является всего только желтым карликом.
Теперь известно, что, кроме гигантов и карликов, в бесконечных просторах Вселенной имеются сверхгиганты (горячие — бело-голубые и холодные — красные) и звезды весьма малых размеров белого цвета и крайне малой светимости, носящие название «белых карликов».
Сравнивая спектры и светимости огромного числа звезд, Ресселл в 1913 году пришел к одной из основных закономерностей в мире звезд. Оказалось, что светимость звезд зависит от спектрального класса, к которому они принадлежат. Эту зависимость Ресселл выразил специальной диаграммой, носящей название диаграммы Герцшпрунга — Ресселла (диаграмма «Спектр-светимость»). Она дала возможность Ресселлу, а позднее его последователям создать одну из труднейших гипотез строения и эволюции звезд.
Ученый работал также и в других областях астрономии. В частности, большое внимание он уделял космогонии солнечной системы.
Ресселл — астроном первой величины. Он известен на всех континентах земного шара. Ресселл окончил университет (г. Принстон) 23 лет. Спустя 11 лет молодой ученый стал профессором этого же университета. Прошло еще два года, и Ресселл становится директором астрономической обсерватории Принстонского университета.
Жизнь Ресселла являет собой пример самоотверженного служения человечеству.
Артур Стэнли Эддингтон (1882–1944)
Древним ученым казалось, что звезды неподвижны и находятся от нас на одинаковом расстоянии. На самом деле все это не так. Звезды движутся с колоссальной быстротой. А если они кажутся неподвижными, то только потому, что очень удалены от Земли. По светимости, спектрам, а следовательно, и по составу звезды отличаются друг от друга. Заслуга английского астронома Артура Стэнли Эддингтона как раз и заключается в том, что свою жизнь ученый посвятил изучению движения звезд и их внутреннего строения.
Великий русский физик П. Н. Лебедев (1866–1912) еще в 1900 году экспериментально открыл и измерил световое давление. Оказывается, свет в яркий солнечный день давит на квадратный метр земной поверхности с силой в 0,41 миллиграмма. Позднее он доказал и измерил световое давление на газы. Опыты Лебедева показали, что световой поток обладает не только энергией, но и импульсом, а следовательно, и массой.
Эддингтон установил, что световое давление играет огромную роль в космических процессах, где излучаемая энергия достигает колоссальных размеров.
Основываясь на световом давлении, Эддингтон построил теорию равновесия газовых излучающих звезд. Равновесие последних, по его мнению, достигается благодаря тому, что световое давление, заключенное в звездных недрах, вместе с обычным газовым давлением уравновешивает звездные силы тяжести.
Эддингтон также первым разработал теорию цефеид, у которых блеск и лучевая скорость периодически изменяются.
В основе математической теории Эддингтона лежит идея периодического расширения и сокращения звезды (теория пульсаций). Однако выведенная им зависимость между лучевыми скоростями и светимостями не подтвердилась наблюдениями. Кривая лучевых скоростей расходится с наблюдаемой на четверть периода.
Своими работами Эддингтон внес большой вклад в развитие правильных представлений об эволюции звезд. Он пришел к весьма важному космогоническому закону, согласно которому физическое состояние различных звезд существенно зависит от их масс.
Английский ученый своими работами впервые экспериментально подтвердил теоретические выводы общей теории относительности Эйнштейна. Согласно общей теории тяготения Эйнштейна, луч света, проходя вблизи огромных материальных масс, должен отклониться от своего прямолинейного пути в сторону этих масс. Опытная проверка, предпринятая Эддингтоном 29 мая 1919 года, блестяще подтвердила это. Луч света от звезды во время солнечного затмения действительно отклонился в сторону Солнца.
Вопросам общей теории относительности Эддингтон посвятил 9 работ, которые не потеряли своего актуального значения и в настоящее время. Сложное и малодоступное в науке он умел изложить простым и ясным языком. Его сочинение «Пространство, время и тяготение», переведенное на русский язык, является ярким примером этому.
В космогонических воззрениях ученый придерживался идеи расширяющейся Вселенной, понимая эту идею чисто формально, идеалистически. На вопрос, что предшествовало началу расширения Вселенной, Эддингтон откровенно заявил, что проблема «общего начала всех вещей» принадлежит религии с ее мифом божественного сотворения Вселенной и не может быть объектом научного познания.
Артур Стэнли Эддингтон родился в местечке Кэндал (Англия). Высшее образование получил в Манчестерском университете и в Тринити-колледже в Кембридже, где когда-то учился Исаак Ньютон. В 29 лет он был ассистентом в Гринвичской обсерватории. На этой должности пробыл 7 лет. С 1913 года, когда ученому исполнилось 36 лет, он становится профессором университета, а через год и директором обсерватории в Кембридже. Был членом, а одно время и президентом Королевского астрономического общества. Состоял почетным членом многих иностранных академий и научных обществ.
Эдвин Пауэлл Хаббл (1889 — 1953)
Наблюдая за небом, астрономы обнаружили, что за пределами Млечного Пути (галактического пояса) видны светлые туманные пятна (внегалактические туманности). Они явно отличаются от галактических туманностей, находящихся преимущественно в полосе Млечного Пути. Ученых заинтересовал вопрос: какую структуру имеют эти туманности?
Разрешением этих вопросов занялся американский астроном Эдвин Пауэлл Хаббл — подлинный пионер изучения далеких туманностей.
Хаббл родился в штате Миссури (США). Окончил Чикагский университет. 25-летним юношей поступил астрономом-наблюдателем в Йерксскую обсерваторию (близ Чикаго). Через несколько лет он переходит на работу в обсерваторию Маунт-Вильсон в Калифорнии.
Хабблу было 34 года, когда на фотографиях, полученных при помощи мощного телескопа, он обнаружил, что ближайшие к нам внегалактические туманности имеют звездную структуру, т. е. состоят из очень большого множества весьма слабых звезд.
При внимательном изучении звезд, образующих внегалактическую туманность, Хаббл обнаружил переменные звезды типа цефеид, позволившие ему установить расстояние до звездных систем, куда они входят. Так «ощутимо и зримо» Хаббл нашел, что, кроме нашей Галактики (с большой буквы), куда в качестве рядовой звезды входит Солнце, имеются еще и другие галактики (с малой буквы).
Хаббл потратил 18 последних лет своей жизни, чтобы составить своеобразный каталог исследованных им галактик и дать их классификацию. В год его смерти эта классификация в основном была готова. В нее входили около тысячи ярких галактик северного и частично южного полушария неба.
Хабблу принадлежит еще одно очень важное открытие. Исследуя спектры далеких галактик, он обнаружил, что все спектральные линии от них смещены к красному концу (красное смещение). В 1929 году Хаббл на основании эффекта «красного смещения» сформулировал свой закон (закон Хаббла):
