Анатолий Томилин - Занимательно об астрономии
Не довольствуясь теоретическим доказательством принципа Допплера для наблюдений лучей разбегающихся звезд, молодой астроном «заболевает» идеей доказать справедливость эффекта лабораторным путем. Такой опыт был нужен. Для него давно пришло время, но требовалось на Земле заставить либо источник, либо наблюдателя двигаться с субсветовой скоростью. Задача абсолютно невыполнимая. Даже снаряд из ствола орудия вылетал в те годы, делая не более полутора километров в секунду, то есть в 200 тысяч раз меньше того, что требовалось. Да и лавры барона Мюнхгаузена, летавшего на ядре, исследователей не привлекали. И все-таки опыт должен был быть поставлен.
В 1888 году Аристарх Аполлонович Белопольский получает приглашение перейти в Пулковскую обсерваторию на должность адъюнкта. Рассказывают, что, зайдя однажды в парикмахерскую на Невском проспекте, он случайно встал между двумя зеркалами и увидел свое изображение бесконечно удаляющимся в результате многократного отражения. Вряд ли обратил бы он внимание на это, не будь его мозг занят проблемой измерения допплеровского смещения. А тут мысль словно озарилась вспышкой прозрения. Далеко впереди забрезжила идея.
История не сохранила сведений, удалось ли ученому побриться. Зато точно известно, что в тот же день дома он поставил на стол друг против друга два зеркала. Между ними поместил зажженную свечу. И вот изображение пламени дробится, уходит в глубину. Белопольский раздвигает зеркала, пламя тоже удаляется. Причем дальнее изображение удаляется быстрее ближнего. Так, солнечный зайчик, отраженный на стену противоположного дома, способен мчаться с непостижимой быстротой, повинуясь легким поворотам зеркала в ваших руках.
Но если изображение пламени свечи после первого отражения движется вдвое быстрее, то после десятка отражений его скорость будет двадцатикратной. А какая разница для опыта, что будет двигаться: сам источник — свеча — или его отражение в зеркале?..
И вот по чертежам Белопольского готовится чугунная станина будущего прибора. Укрепляются электромоторы с колесами, похожими на пароходные. Только вместо плиц стоят на них узенькие зеркальные полоски. Идея прибора заключалась в том, что луч солнечного света, отраженный большим зеркалом — целостатом, направляется на вращающееся колесо через щель. В некоторый момент, когда зеркало одного колеса станет строго параллельным зеркалу второго, луч, проскочив между ними несколько раз, попадет в спектрограф. И фотопластинка отметит коротенькую полоску спектра от движущегося источника. Рядом на той же пластинке Белопольский для контроля сфотографировал неподвижный спектр.
Нужно ли говорить, как волновался ученый, пока в темной лаборатории проявлялась пластинка. Он не стал даже ждать, пока она высохнет. Но и на мокром негативе Аристарх Аполлонович увидел чуть заметное смещение линий спектра. Справедливость теоретических предсказаний Допплера и Физо была доказана.
Астрофизики получили надежную возможность измерять скорости движения звезд.
7. Дьявол Джона Гудрайка
Во второй половине восемнадцатого столетия в Англии жил удивительный астроном. Звали его Джон Гудрайк. Еще ребенком он сильно отличался от своих сверстников. Маленький Джон почти всегда был один. Молчаливо, сосредоточенно, не обращая внимания на кипевшую вокруг него жизнь, занимался он своими делами. Мальчик был от рождения глухонемым.
И все-таки он стал ученым! И удачливым ученым, на долю которого выпало очень интересное открытие.
В восемнадцать лет Джон Гудрайк начал самостоятельно и серьезно заниматься изучением неба. Ночь за ночью проводил он у телескопа, забывая в эти часы о своем природном недостатке. Звезды так же молчаливы и глухи, как и он. Но у них должен быть какой-то язык, на котором они разговаривают между собой. Вот таинственная звезда Алголь. С древнейших времен считалось, что с нею что-то нечисто. Даже само название Эль-Гуль, которое дали ей арабы, означало в переводе не что иное, как «Дьявол». Чем же она замечательна? На первый взгляд — ничего особенного. Звезда как звезда. Но если понаблюдать подольше, то обнаруживается странное свойство: около трех суток светит Алголь ровно, как и полагается добропорядочной звезде, а потом — раз, и подмигнет!
Гудрайк установил, что эта удивительная звезда за пять часов «подмигивания» теряет две трети своего блеска. А потом снова восстанавливает. И так каждые двое суток и еще двадцать часов сорок девять минут. Не отставая и не опережая график, как хорошо выверенный хронометр.
Долго обдумывал астроном причину странного поведения светила и выдвинул такую гипотезу: у Алголя должен быть невидимый спутник, который, вращаясь вокруг главной звезды, время от времени закрывает ее сияющий лик. Предположение Гудрайка долго оставалось в ранге гипотезы и лишь в конце прошлого века подтвердилось. Алголь действительно оказался затменно-двойной звездой. С тех пор подобных звезд открыто множество. В честь дьявольской звезды некоторые из них получили общее название «алголей».
Это небесное тело оказало нам не одну услугу. Точный, как хронометр, Алголь помог впервые измерить собственную скорость вращения звезды. Очень важно! В 1877 году английский астроном Эбни предложил великолепную идею для определения скорости вращения звезд по размазыванию линий спектра за счет эффекта Допплера. К сожалению, его предложение опередило время. Эбни поплатился за это тем, что сегодня его имя почти забыто. Лишь в 1928 году американский астроном О. Л. Струве — правнук незабвенного Василия Яковлевича — и советский астроном Г. А. Шайн полностью реализовали блестящую догадку забытого англичанина.
Алголь поистине «урожайная» звезда. Точные фотометрические наблюдения показали, что у нее есть слабо светящийся спутник, время от времени затмевающий основную звезду. Это позволило двинуть астрономический прогресс и в области двойных систем.
8. Дыхание цефеид
Еще более удивительными оказались другие «подмигивающие» звезды, типичным представителем которых является Дельта созвездия Цефея. Эти гиганты периодически меняли свой блеск. Только разгорались они почему-то быстро, а затухали медленно. При этом менялся даже спектральный класс звезды. Так, Дельта Цефея, разгоревшись, сияла, как звезда, принадлежащая к классу F4, а пригаснув — к классу G6.
Может быть, причиной колебаний яркости служит тоже темный спутник? Такую идею выдвинул в свое время А. А. Белопольский. Однако профессор Московского университета физик Николай Алексеевич Умов предложил другую гипотезу — считать цефеиды (так называли звезды типа Дельты Цефея) пульсирующими звездами. Умов заложил основы и для математической разработки своей гипотезы. И сейчас теория пульсаций для цефеид общепринята. Современная наука представляет себе их в виде гигантских пульсирующих газовых шаров, которые, сжимаясь, разогреваются и увеличивают свой блеск. Зато потом, когда наступает период расширения, температура звезды падает и, несмотря на увеличение объема, блеск ее ослабевает.
Цефеиды поделились с людьми множеством откровений. В 1912 году мисс Ливитт, наблюдая цефеиды в Малом Магеллановом облаке, установила, что чем больше блеск цефеиды, тем медленнее она пульсирует. Эта закономерность позволила определить относительные расстояния цефеид от Солнца. Правда, относительные величины мало кого устраивают. Людям подавай абсолютные: в световых годах, в парсеках… Но для этого надо знать хотя бы одно расстояние точно. Хоть до какой-нибудь единственной цефеиды. Американский астроном Шепли проделал эту работу. И мигающие гиганты стали служить верстовыми столбами вселенной.
Тридцать лет ни один астроном не позволял себе сомневаться в справедливости результатов Шепли. И вдруг в конце сороковых годов нашего столетия обнаружилось, что в действительности цефеиды ярче, чем это получалось по графику Шепли. Пришлось вносить коррективы, после которых вместо «верстовых столбов» на небе появились «столбы километровые».
Однако ошибки, допускаемые астрономами, не только не унижают их, а, наоборот, паче всего говорят о славе и беспримерности научного подвига. Ибо только тот, кто ничего не делает, гарантирован от ошибок.
9. Тайны мирид
Не все звезды меняют свой блеск равномерно. Вот, например, Мира в созвездии Кита. Ее имя не зря переводится как «Удивительная» или «Дивная». Мира вспыхивает, совершенно не заботясь о том, чтобы посмотреть при этом на часовую стрелку или календарь. Один раз в наш земной год она сияет полным блеском. Но сказать заранее, когда этот момент наступит, невозможно.
Вслед за Мирой астрономы отыскали еще массу неправильных переменных звезд, назвав их миридами. Жаль только, что назвать еще не значит изучить! Академик Г. А. Шайн, много занимавшийся процессами в долгопериодических переменных звездах, высказал мнение, что причиной изменения блеска является также пульсация, которая сопровождается извержением горячих газов из недр звезды в более холодные слои ее атмосферы.
