Одним из наиболее заметных периодических объектов в астрономии являются так называемые цефеиды (желтые звезды-гиганты, обычно превосходящие наше Солнце по энергии излучения в тысячи или даже в сотни тысяч раз). Их яркость меняется с периодичностью от 3 до 50 дней, причем продолжительность цикла и может быть непосредственно связана со светимостью с расстоянием до Земли. В астрономические каталоги уже занесены тысячи цефеид и значения их абсолютной (усредненной по времени, например за 10-дневный цикл) яркости. Сравнивая среднюю и наблюдаемую величины яркости цефеиды, астрономы давно научились примерно оценивать расстояния до конкретных звезд этого типа, так что их можно сравнить с километровыми столбами в межзвездном пространстве.
Эти небесные объекты давно пользовались вниманием астрономов, но их роль особенно возросла после того, как в самом начале XX века Генриетта Сван Ливитт, молодая женщина-астроном из обсерватории Гарвардского колледжа (Кембридж, штат Массачусетс), сумела тщательно систематизировать и каталогизировать тысячи фотоснимков отдельных звезд и тем самым создать надежные ориентиры в космическом пространстве. Ее работу можно сравнить с постройкой маяков для морских судов или разработкой единой всемирной системы для летчиков-любителей, основанной на точном ориентировании с указанием координат. Кстати, работа по учету и регистрации цефеид продолжается и, например, запуск космического телескопа «Хаббл» позволил расширить их каталог и включить в него все цефеиды в радиусе до 56 миллионов световых лет от Земли.
В начале 20-х годов прошлого века усовершенствованные оптические телескопы позволили ученым значительно расширить свои познания о космосе вообще и о цефеидах в частности. Одной из самых заметных фигур в этом поколении астрономов стал несравненный, «великий и ужасный» Эдвин Хаббл. Он был действительно странным и противоречивым человеком: будучи уроженцем Среднего Запада США, Хабби любил говорить с подчеркнуто английским акцентом, хвастался шрамом, полученным якобы на дуэли, ходил с неизменной вересковой трубкой и… вообще, относился к породе людей, о которых приятно читать или узнавать, но с которыми очень трудно общаться в обыденной и научной жизни. Внешне Хаббл выглядел атлетом, вел себя подобно спорсмену-одиночке (ни о какой командной игре не могло быть и речи!) и был крайне амбициозен, но его честолюбие, к счастью, было связано только с изучением далеких звезд.
***
Когда в начале 20-х годов молодой Хаббл начал изучать звездное небо при помощи новейшего 100-дюймового телескопа в обсерватории Маунт Вильсон (Южная Калифорния), астрономы не знали очень многого, что сегодня известно даже школьникам, хотя техника астрономических измерений и общий уровень знаний в этой области за предыдущие двести лет неизмеримо возросли. К началу прошлого века ученые уже обнаружили сотни тысяч звезд и знали, что многие из них находятся на расстоянии сотен миллионов световых лет от Земли. Некоторые проблемы астрономии оказались во многом обусловленными именно стремительным развитием и крупными успехами. Собрав все высказывания и заявления выдающихся астрономов, можно легко составить доклад с хвастливым и наивным названием «Мы уже узнали о космосе все, что можно узнать!».
Этому не следует удивляться, поскольку каждой эпохе свойственно преувеличивать свои достижения и успехи. Кроме того, ради справедливости следует подчеркнуть, что астрономы нашего времени иногда едва успевали регистрировать новые результаты и не имели времени для систематизации и обдумывания массы полученных сведений. При оценке достижений астрономии следует вспомнить и исходный, весьма низкий уровень наших теоретических знаний в этой области. Сотни тысяч лет люди (независимо от того, насколько это их интересовало) могли видеть на небе невооруженным взглядом, даже в самые удобные для наблюдения безлунные ночи, всего лишь 8-9 тысяч звезд. Вплоть до времен Галилея эти звезды считались жестко прикрепленными к небесной сфере, равномерно вращавшейся вокруг Земли. Исключением среди небесных объектов выглядели лишь Солнце, Луна и пять видимых невооруженным глазом планет, которые вращались по собственным законам. Небесная сфера представлялась нашим предкам достаточно большой (поскольку внутри нее располагались орбиты Солнца и Луны), однако вся картина в целом выглядела достаточно комфортабельной и уютно замкнутой.
Эдвин Хаббл
В рассказе об астрономии нельзя не упомянуть бинокулярное зрение, характерное для человека (некоторые существа, например морская свинка или ящерица, этим похвастаться не могут). Каждый глаз человека имеет собственное поле зрения, что и дает нам возможность достаточно оценивать положение объектов в пространстве и воспринимать мир стереоскопически, объемно или, как сейчас модно говорить, создавать трехмерные, ЗD-изображения. Однако звезды располагаются слишком далеко, так что аппарат обычного человеческого бинокулярного зрения оказывается просто бессильным воспринимать или воссоздавать стереоскопическую информацию о столь удаленных объектах.
Однако ученые вспомнили, что Земля вращается вокруг Солнца по орбите с радиусом около 150 миллионов километров, и примерно 200 лет назад «сообразили», что бинокулярный прибор можно создать, регистрируя положение одних и тех же небесных объектов из двух точек в крайних положениях орбиты, т. е. с 6-месячным интервалом. Читатель может понять общую идею метода, вообразив некое космическое чудовище (Годзиллу с расстоянием между зрачками около 300 миллионов километров), которое пытается визуально оценить расстояние до звезды! Смещения конкретных звезд относительно общего «фона» неба получили название звездного параллакса.
Космическое пространство оказалось слишком протяженным даже для такого воображаемого великана. Идею удалось воплотить в жизнь только в 1838 г., когда знаменитый Фридрих Бессель определил, что расстояние до звезды Лебедь-61 составляет около 110 триллионов километров (отметим, кстати, что ближайшая к нам звезда Проксима Центавра расположена всего на расстоянии 45 триллионов километров). Однако, несмотря на эти результаты, вплоть до начала XX века профессионалы-астрономы продолжали традиционно считать, что галактика и есть вся Вселенная вообще, т. е. все немыслимое количество наблюдаемых небесных объектов относится к Млечному Пути.
Подобно многим другим великим ученым в истории науки, Хаббл отличался поразительной настойчивостью и страстной верой в истинность своих идей. В астрономии того времени было много интересных, важных и весьма перспективных направлений (звезды-гиганты, кометы, планеты, новые и сверхновые звезды), которыми успешно занимались многие его коллеги-сверстники, но Хаббл упорно продолжал изучать в небе туманные и мелкие образования, напоминающие на фотографиях какие-то пятна на поверхности грязной лужи. Некоторые из них можно иногда разглядеть невооруженным глазом, и когда-то поэты даже сравнивали их с огоньками или со светлыми «заплатками» на черном бархате ночи. Такие светящиеся облачка в ночном небе были давно известны астрономам, которые назвали их туманностями (nebulae – множественное число от латинского nebula, означавшего пар или туман), но до середины IX века туманностями никто серьезно не занимался. Единственной связанной с туманностями проблемой был вопрос об их происхождении, так как некоторые ученые полагали, что они действительно представляют собой скопления космической пыли и газов, а другие считали их очень удаленными звездными скоплениями и надеялись, что более мощные телескопы со временем позволят разглядеть в них отдельные звезды.
Применение новейших измерительных устройств позднее неожиданно показало, что справедливы обе эти столь разные гипотезы одновременно (разумеется, каждая по-своему). Ученые смогли решить эту задачу только после применения для измерений спектрографа, что позволило связать астрономию с химией и получить массу новой информации о составе небесных объектов. Подобно тому как крошечные капли дождя разделяют солнечный свет на составляющие его основные цвета и создают радугу, астроспектрограф разделяет попавшее в телескоп излучение звезды на тонкие спектральные линии разных цветов. Каждый небесный объект, как выяснилось, обладает собственным характерным спектром или набором линий, столь же индивидуальных, как отпечатки пальцев или ДНК отдельного человека.Стоит упомянуть, что вообще использование спектрографа в астрономии стало важным умиротворяющим «откровением» для многих ученых, посвятивших себя изучению тайн Вселенной, поскольку спектрограммы наглядно доказали всем, что даже самые странные и чудовищно большие космические объекты состоят из тех химических элементов или атомов (и только тех), которые нам прекрасно известны. Мир создан из стандартного набора кирпичиков, подобно тому как наши дома построены из стандартных блоков и небольшого числа материалов. Спектрография позволяет изучать все объекты, вплоть до немыслимых ранее черных дыр и квазаров, но ни в одном из них не было обнаружено никакого экзотического элемента, подобного тому, о котором говорится в известном фильме «Звездный путь».
