Майкл Шермер - Тайны мозга. Почему мы во все верим
Во время ночного марафона в сентябре 1912 года Слайфер на протяжении 13,5 часов снимал Туманность Андромеды. На спектрографической пластинке обнаружилось смещение линий к синему краю спектра.[374] В настоящее время астрономам известно, что смещение линий к синему концу спектра означает, что объект движется к нам, а к красному концу – что объект удаляется от нас. Это так называемый эффект Доплера, открытый австрийским физиком Кристианом Доплером, который заметил, что световые волны, движущиеся к наблюдателю, будут сплющенными и, следовательно, смещенными к более высокочастотному синему краю спектра, а волны, движущиеся от наблюдателя, оказываются растянутыми и, следовательно, смещенными к более низкочастотному красному краю спектра. Для Туманности Андромеды смещение оказалось синим. Действительно синим, порядка трехсот километров в секунду по подсчетам Слайфера, и это означало, что с астрономической точки зрения Андромеда находится далеко за пределами диапазона когда-либо измеренных перемещений отдельных звезд. Как мог объект, перемещающийся настолько быстро, находиться в пределах Млечного Пути?
Дополнительные исследования спектральных смещений подтвердили первоначальные результаты Слайфера. Туманность М81 двигалась со скоростью тысяча километров в секунду, втрое больше скорости Андромеды, причем удалялась от нас. К 1914 году Слайфер определил скорости более чем дюжины туманностей, находящихся в пределах, определенных для Андромеды и М81, примерно в 25 раз быстрее средней звездной скорости и преимущественно удаляющихся от нас. Благодаря этим скоростям и определенным размерам Млечного Пути многим астрономам стало ясно, что упомянутые туманности никак не могут находиться в пределах Млечного Пути. Теория островов вселенной получила развитие, в почву упали семена развивающейся теории вселенной.
Для того чтобы завершить этот спор, требовалось достоверное измерение расстояния, проведенное в начале ХХ века Генриеттой Суон Ливитт, которая начала карьеру как волонтер и дослужилась до «вычислителя»: делала расчеты для астрономов, которые все до единого были мужчинами. В конце концов она оставила заметный след в астрономии, изучая переменные звезды цефеиды, которые стали стандартными объектами для измерения расстояний, замеченными Хабблом на фотопластинке в 1923 году. Цефеиды, названные в честь звезды в созвездии Цефея, обладают блеском, который меняется в течение дней, недель или месяцев, причем весьма предсказуемым образом: чем ярче блеск переменной звезды, тем дольше этот период. Поскольку Ливитт обнаружила цефеиды в Малом Магеллановом Облаке (светящейся дымке в небе над Южным полушарием, впервые замеченной Фернаном Магелланом во время кругосветного путешествия), это означало, что все звезды в пределах этой галактики-спутника находятся на одинаковом расстоянии от нас. Их периодичность – непосредственное измерение их реальной светимости, а не следствие меняющихся расстояний.
Переменные звезды цефеиды стали «стандартной свечой» при измерении световой дальности. Если у вас есть свеча определенного типа, пламя которой всегда имеет одинаковые размер и яркость, и вы обнаружили свечу с пламенем в половину, в четверть или в одну восьмую яркости стандартной свечи, то можете с уверенностью утверждать, что эта свеча находится в четыре, в восемь или в шестнадцать раз дальше. Когда расстояние до цефеид научились определять с помощью таких проверенных методов, как параллакс (степень смещения фоновых звезд за звездами-целями при сравнении изображений, полученных с одной стороны земной орбиты, с другими, сделанными с другой стороны шесть месяцев спустя), тогда обнаружение в туманностях цефеид, в Х раз более тусклых, стало означать, что эти туманности находятся в Х раз дальше. Если цефеиды удастся найти внутри туманностей на расстояниях, значительно превышающих размеры Млечного Пути, тогда подтвердится предположение, что эти звезды расположены в туманностях далеко за пределами нашей галактики, следовательно, теория островов вселенной верна.
Гипотеза «большой галактики» и загадочные вращающиеся туманности
Существовала еще одна группа свидетельств против гипотезы островов вселенной, а именно, труд выдающегося специалиста по космологии Харлоу Шепли, посвященный размерам Млечного Пути. Шепли начал со сбора данных о шаровых звездных скоплениях с помощью стодюймового телескопа Хукера, к тому времени крупнейшего в мире и установленного в Маунт-Уилсон. К 1920 году Шепли пришел к выводу, что эти звездные шары движутся вокруг центра Млечного Пути, подобно осам, которые роятся вокруг гнезда. Поскольку к тому времени выяснилось, что Солнце находится вовсе не в центре Млечного Пути, Шепли увеличил предполагаемые размеры Млечного Пути на порядок, с 30 тысяч световых лет до 300 тысяч световых лет в поперечнике. Он назвал свое предположение гипотезой «большой галактики», и это была галактика достаточно больших размеров, чтобы вместить все небесные объекты, в том числе злополучные туманности, какие только есть в известной вселенной. Если бы Шепли оказался прав, тогда существует только один остров вселенной, и мы находимся в нем вместе с туманностями. Чтобы проверить свою гипотезу, Шепли обратился к данным, свидетельствующим в пользу вращающихся или невращающихся туманностей. Если они вращаются, значит, не могут находиться настолько далеко, поскольку, если вращение объекта выявляется всего за несколько лет на таком расстоянии, это означает, что он вращается быстрее скорости света, а это невозможно. Поскольку некоторые астрономы считали, что заметили вращательное движение Туманности Андромеды, Шепли заключил, что она не может находиться дальше 20 тысяч световых лет.
В 1915 году к усердному измерению скорости вращения туманностей приступил голландский астроном Адриан ван Маанен с помощью шестидесятидюймового телескопа Хейла в Маунт-Уилсон. С помощью стереоскопического видоискателя с чередованием двух идентичных фотопластинок, отснятых в разное время, ван Маанен сравнивал снимки спиральной туманности, сделанные в 1899, 1908 и 1914 годах, со своими недавними фотографиями. Изучая изображения на предмет каких-либо перемещений или связанных с вращением изменений, ван Маанен решил, что заметил движение М101, или галактики «Вертушка», которая предположительно делала один полный оборот каждые 85 тысяч лет. Если М101 действительно остров вселенной на огромном расстоянии, это означало бы, что звезды на краю туманности вращаются быстрее скорости света, а Эйнштейн незадолго до того доказал, что это невозможно. Следовательно, М101, а значит, и другие спиральные галактики находятся поблизости, в пределах Млечного Пути, размеры которого Шепли определил как равные 300 тысячам световых лет в поперечнике. Шепли писал ван Маанену: «Поздравляю с результатами по туманностям! Вдвоем мы, по-видимому, помешаем развитию гипотезы островов вселенной: вы – привнося спирали, а я – раздвигая галактику».[375]
Поскольку теории вступили в противоречие, проблему представляли данные, в которых усомнился Гебер Кертис в Ликской обсерватории. Он попытался сам измерить вращение туманности, но не смог. Там, где ван Маанен якобы видел периоды обращения, составляющие 160 тысяч лет для М33, 45 тысяч лет для М51 и 58 тысяч лет для М81, Кертис вообще не замечал движения. Как такое возможно? Туманность либо вращается, либо нет, верно? В этом и заключается проблема паттерничности, именно так разум восполняет недостаток деталей, когда данные не говорят сами за себя, что вообще случается редко. Измерение вращения туманности оказалось невероятно утомительной работой, в которой погрешность могла легко превзойти сами величины движения, что приводило к совершенно ошибочным результатам. Это все равно что предположить, будто скорость автомобиля равна 60 километрам в час плюс-минус 60 километров в час. По-видимому, именно это и произошло: чем больше улучшалось качество измерений, тем менее заметным становилось движение туманности… пока не исчезло совсем.
«VAR!»
На сцене появляется Эдвин Хаббл, один из самых значительных персонажей в длительной и богатой событиями истории астрономии, культивировавший истинно британский аристократизм, хотя и был родом из Миссури. Хаббл прибыл в Маунт-Уилсон вскоре после того, как в эксплуатацию был введен великолепный новый стодюймовый телескоп Хукера (рис. 20), способный различить свечу с расстояния восемь тысяч километров. Значительный интеллект и амбиции Хаббла дали достижениям техники возможность раз и навсегда положить конец великому спору между сторонниками небулярной гипотезы и теории островов вселенной.
Рис. 20. Стодюймовый телескоп в Маунт-Уилсон, разрешивший загадку туманностей
