Большой спор 1920 года
Встреча двух умов в 1920-х годах заложила основу величайшего изменения человеческих представлений о Вселенной: наша Галактика — всего лишь одна из великого множества в космосе. Это была перемена тех же масштабов, что мысль о вращении Земли вокруг Солнца и что Солнце — одна из множества звезд. Великий спор поставил вопросы, ответы на которые показали, что за пределами Млечного Пути существуют и другие галактики.
Каковы размеры Вселенной? В 1920 году этот вопрос свелся к постижению размеров Млечного Пути. За предыдущие столетия астрономы привыкли к мысли, что звезды — это далекие солнца, такие же, как наше, рассыпанные по небу в форме диска. Проекция плоскости диска на небо образует полосу Млечного Пути, так мы называем и нашу Галактику.
Но Млечный Путь — это больше чем звезды. В нем содержится множество клубящихся облаков, или туманностей, — например, клякса в поясе созвездия Ориона, именуемая туманностью Конская Голова из-за напоминающей лошадь формы темного облака внутри нее. Большинство туманностей — неправильной формы, но некоторые имеют форму эллипса с наложенными очертаниями спиралей. Известный пример — туманность Андромеды в одноименном созвездии.
Другие составляющие Млечного Пути — звездные скопления; пример — Плеяды, группа подернутых сумраком голубых звезд, видимых невооруженным глазом. Есть на небосводе и более плотные звездные скопления, в том числе и шаровые, то есть шары-сгустки из сотен тысяч звезд. В Млечном Пути известно около 150 шаровых скоплений.
В начале ХХ века астрономы начали составлять карту небесной геометрии, опираясь на знания о расположении объектов в трехмерном пространстве. Особенно они старались определить форму Млечного Пути — тогда считалось, что он содержит все в известной нам Вселенной.
Световой год
Световой год — расстояние, которое свет проходит за один земной год. Свет движется со скоростью 300 000 км в секунду. Следовательно, за год — около 10 триллионов километров. Млечный Путь примерно 150 000 световых лет в диаметре, до галактики Андромеды — 2,3 миллиона световых лет.
Спор
26 апреля 1920 года двое великих американских астрономов сошлись в споре о размерах Млечного Пути. Это произошло в вашингтонском Смитсоновском музее естественной истории, после заседания Американской академии наук. Среди публики было множество известных ученых, включая, предположительно, и Альберта Эйнштейна. Считается, что этот спор спровоцировал перемену в нашем понимании масштабов Вселенной.
Первым выступал Харлоу Шепли, блестящий молодой астроном из обсерватории на горе Уилсон в Калифорнии. Ему противостояла фигура посолиднее, Хебер Кёртис, директор обсерватории Аллегейни в Питтсбурге, Пенсильвания. Эти двое представили доводы к своим оценкам размеров Млечного Пути, основанные на разных астрономических мерах, в которых они знали толк.
Шепли измерил расстояние до шаровых скоплений. Он обнаружил, что они намного дальше ожидаемого, и это привело его к мысли, что наша Галактика в 10 раз больше прежних предположений — примерно 300 000 световых лет в диаметре. Также он увидел, что в одной части неба было больше шаровых скоплений, чем в другой, а значит, Солнце расположено далеко от центра галактики — по прикидкам Шепли, примерно в 60 000 световых годах от него, или примерно на полпути. Такая картина поражала воображение. Солнце оказалось обычной звездой, а вовсе не центром всего и вся.
Кёртис же сосредоточился на понимании другого вопроса — природы спиральных туманностей. Особенности этих структурированных облаков привели его и других ученых к мысли, что это особый класс объектов, расположенных за пределами Млечного Пути. Эта идея согласовывалась с тогдашними представлениями о небольшом радиусе Млечного Пути.
Расхождение в результатах указывало на крупную неувязку, с которой астрономам требовалось разобраться. По новым расчетам Шепли, Млечный Путь получался до того громадным, что существование туманностей Кёртиса за пределами нашей Галактики оказывалось под сомнением. Полученные данные предстояло осмыслить тщательнее.
«Развитие научного знания ничуть не делает нашу Вселенную и нашу внутреннюю жизнь в ней менее таинственными» Дж. Б. С. Холдейн, «Наука и философия: гиффордовские лекции, университет Глазго, 1927, 1929 гг.»
Астрономические единицы
Для Солнечной системы астрономы иногда используют меру расстояния, называемую астрономической единицей (а. е.). Это среднее расстояние между Землей и Солнцем, которое составляет около 150 миллионов километров. Меркурий находится примерно в 1/3 а. е., а Плутон в среднем — в 40 а. е. от Солнца.
Аргументы
Оба астронома представили доказательства своих идей. Шепли настаивал на полученных им измерениях расстояний между шарообразными скоплениями и выводах, что Млечный Путь настолько огромен, что все, видимое нам в ночном небе, должно входить в него. Его методика измерения опиралась на переменные звезды, чей период мерцания однозначно связан с их яркостью, — такие звезды называются цефеидами в честь первой такой открытой звезды, Дельты Цефея. По сути, эти яркие пульсирующие звезды — как лампочки известной мощности, а зная мощность, можно вычислить расстояние до них.
Кёртис был осторожнее. Он возразил, что Млечный Путь не может быть таким огромным — вероятно, расстояние до цефеид рассчитано неверно — и свойства спиральных туманностей таковы, что они должны располагаться за пределами нашей Галактики. Спиральные туманности ведут себя как уменьшенные копии Млечного Пути. Как и в Млечном Пути, в них содержатся похожие количества взрывающихся звезд, они вращаются, как и наша Галактика, они примерно того же размера, и в некоторых есть темные полосы вдоль их большей оси, указывающие, что эти галактики имеют форму диска. Да и выглядят они как другие галактики, то есть наша — не единственная.
Кто оказался прав? Спор окончился вничью, без явного победителя. Оба были в чем-то правы, а в чем-то заблуждались. Оба не ошиблись — в пределах своей области знаний. Шепли вычислил расстояния близко к истине. И Солнце действительно далеко от центра. Но, что важнее, Кёртис оказался по большому счету прав в том, что туманности лежат за пределами нашей Галактики — они «островные вселенные». Доказательство было получено в 1924 году, когда Эдвин Хаббл свел воедино оба набора доводов. Он измерил расстояние до туманности Андромеды, одной из ближайших соседних с нами галактик, с помощью методики Шепли — с переменными звездами-цефеидами, и обнаружил, что она намного дальше, чем шаровые скопления. Она действительно располагалась далеко за пределами Млечного Пути.
Последствия
Хотя спор свелся в основном к изложению доводов и не стал боксерским спаррингом с явным победителем, он очертил круг вопросов, на которые астрономам предстояло искать ответы. И потому этот спор — критическая точка изменения наших взглядов на масштабы Вселенной.
Как Коперник отказал Земле в месте по центру Вселенной — в пользу Солнца, так Шепли вывел Солнце из центра Млечного Пути. Кёртис пошел еще дальше и показал, что Млечный Путь не единственный и не уникальный — он всего лишь одна из миллиардов галактик. Место человечества в космосе воистину шатко.
Харлоу Шепли. Краткая биография
Выдающийся астроном Харлоу Шепли (1885–1972) был учеником знаменитого Генри Рассела, одного из двух первооткрывателей диаграммы Герцшпрунга – Рассела — главного инструмента анализа эволюции звезд.
Одной из первых больших научных работ Шепли стал анализ наблюдений затменных двойных звезд. Он одним из первых понял огромное значение пульсирующих переменных звезд — цефеид для определения расстояний во Вселенной. Исследования переменных звезд в шаровых скоплениях помогли ему научиться определять расстояния до этих объектов. Шепли догадался, что богатая россыпь шаровых скоплений в созвездии Стрелец говорит о том, что именно там, на расстоянии многих десятков тысяч световых лет от Солнца, находится центр нашей Галактики. До этого неявно предполагалось, что человечество занимает «привилегированное» положение где-то поблизости от центра Млечного Пути. Шепли утверждал, что наша Галактика огромна, но ошибочно считал спиральные туманности частями нашей звездной системы.
В 1938 г. Шепли и его ученица Сильвия Масселс открыли в созвездии Скульптор первую карликовую галактику. Харлоу Шепли работал на обсерватории Маунт-Вилсон, с 1921 по 1952 г. был директором Гарвардской обсерватории, писал популярные книги по астрономии. На русском языке изданы «От атомов до млечных путей» (1934), «Галактики» (1947) и «Звезды и люди» (1962).
