СКОЛЬКО ЗВЁЗД НА НЕБЕ

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ РАЗВЕДКА ЗВЁЗДНОГО МИРА

концу XVIII века были измерены собственные дви­жения нескольких сотен звёзд. Однако обнаружить какую-либо закономерность в этих движениях астроно^/ мам не удалось. На любом участке неба звёзды двига­лись по-разному.

На рисунке 4 показаны собственные движения девяти ярких звёзд созвездия Северной Короны. Стрелка у каж­дой звезды показывает величину и направление её собст­венного движения. Как видно, в этом небольшом созвез­дии каждая звезда движется по своему пути.

Учёные знали, что в солнечной системе планеты и их спутники движутся по замкнутым путям, которые очень мало отличаются от кругов. Известно было также, что все планеты и большинство их спутников лежат почти в одной плоскости, двигаясь в одну и ту же сторону. Нако­нец, учёные установили, что скорости тел солнечной си­стемы определённым образом зависят от расстояния между Солнцем и планетой или планетой и спутниками.

В солнечной системе, та­ким образом, движения тел подчинялись уже известным, вполне определённым за­конам.

Иным положение было в звёздной системе. Звёздная система имеет неизмеримо большие масштабы, чем на­ша солнечная система. И, ко­нечно, в гигантском звёзд­ном мире должны действо­вать свои законы. Найти закономерность движения звёзд, установить форму, размеры и центр звёздной си­стемы было нелёгким делом.

Для изучения звёздных миров нужны были совершенно новые приёмы исследований. Их надо было найти. Иначе сводилась почти на-нет вся громадная работа по состав­лению звёздных каталогов, которые необходимы были мо­рякам для вождения кораблей через моря и океаны, геоде­зистам — для составления точных карт земной поверхно­сти и т. д.

Знание строения звёздного мира расширило бы также границы человеческого познания, вооружило человека в его борьбе за овладение силами природы, в борьбе с ре­лигиозными предрассудками.

Но с чего начать исследования?

Обычно, когда собираются начать какую-нибудь боль­шую работу, то прежде чем приступить к ней, проводят предварительную разведку, цель которой заключается в том, чтобы в общих чертах дать представление о масшта­бах и характере работы.

Что, например, случится, если строитель, задумав строить плотину на реке, не произведёт предварительную геологическую разведку грунта в районе будущей пло­тины? В лучшем случае ему придётся впоследствии не раз изменять план работы. Но ведь может и оказаться, что плотину в данном месте вообще нецелесообразно строить. И придётся всю работу начинать на новом месте.

Естественно, что и в науке о строении звёздного мира нужно было начинать с предварительной разведки неба.

В 1757 году в Англию из Ганновера эмигрировал не­мецкий юноша по фамилии Гершель. По профессии он был музыкантом. Уже в зрелом возрасте Вильям Гершель в свободное от музыки время пристрастился к изготовле­нию астрономических телескопов и достиг в этом деле вы­сокого мастерства.

В телескопы* собственного изготовления будущий учё­ный начал свои наблюдения звёзд.

Гершель не имел специального астрономического обра­зования. Он был чрезвычайно одарённым самоучкой. Этим, с одной стороны, объясняется неутомимость Гер - шеля в наблюдениях, а с другой стороны, и его некоторые серьёзные ошибки. Увлекаясь какой-нибудь идеей, он не всегда умел достаточно критически подойти к своим науч­ным выводам. А это приводило к ошибочным результа­там, что со всей убедительностью показал своими глубо­кими исследованиями современник Гершеля — великий русский астроном В. Я. Струве. Но об этом мы ская^ем немного позднее. Пока же рассмотрим то положительное, что дал Гершель, изучая звёздный мир.

Гершелю удалось напасть на единственно правиль­ный путь, который в дальнейшем позволил астрономам проникнуть в тайны строения звёздной системы. Учёный совершенно правильно решил, что изучать каждую отдель­ную звезду невозможно, да и не нужно — их очень много. Ведь необходимо знать общие законы звёздных движе­ний, а для этого нужно выяснить форму звёздной системы в целом и общий характер размещения звёзд.

Для определения размеров и формы звёздной системы Гершель применил способ, идею которого он выразил так: «Представим себе, что мы гуляем в небольшой роще, в ко­торой деревья растут не особенно густо. Предположим, далее, что, зайдя в чащу, мы забыли, с какой стороны находится опушка. Чтобы найти обратную дорогу, огля -

Немея вокруг себя. В той стороне, где находится опушка, мы должны будем видеть между деревьями просветы, гу­стота деревьев будет нам казаться меньшей. Наоборот, в том направлении, где находится лесная чаща, наш взор увидит много деревьев. Таким образом, определяя густоту деревьев в различных направлениях, можно найти дорогу к ближайшей опушке леса».

Гершель считал, что примерно такой же способ при­меним и для исследования строения звёздной системы, с той лишь разницей, что в роще деревья могут сомкнуться в сплошную стену во всех направлениях, а в звёздной системе этого произойти не может. В самом деле, если бы в каком-нибудь направлении звёзды сомкнулись, то это место на небе было бы сплошь усеяно звёздами. Такой кусочек неба должен был бы светиться с ослепительной яркостью, так как каждая звезда — такое же Солнце, как и наше. Но так как этого не наблюдается, Гершель сделал вывод: видимо, во всех направлениях можно прогляды­вать звёздную систему до её наружного края.

Какова же форма, звёздной системы?

Ещё в 1755 году немецкий философ Иммануил Кант выдвинул предположение, что наша звёздная система дол­жна иметь форму огромного мельничного жёрнова, т. е. быть круглой, если смотреть на неё «сверху», и вытяну­той, если смотреть «сбоку». В подтверждение своего пред­положения он ссылался на вид Млечного Пути. Картина Млечного Пути доказывает, утверждал он, что мы нахо­димся где-то внутри жёрновоподобного роя звёзд. Так как толщина роя намного меньше его длины, то в «попе­речном» направлении мы наблюдаем сравнительно мало звёзд. Наоборот, в «продольном» направлении мы видим великое множество звёзд. Эти звёзды и образуют кар­тину Млечного Пути.

Подобно тому как фотографическую карточку нельзя смешивать с тем человеком, которого она изображает, так и Млечный Путь нельзя смешивать с жёрновообразной звёздной системой. Млечный Путь — это только картина звёздной системы, как она представляется нам, находя­щимся внутри неё. Поэтому астрономы придумали особое название для самой звёздной системы. Они называют её Г алактикой, а Млечный Путь — это вид Г алактики для наблюдателя, который находится внутри неё.

'Гершель задался целью определить форму Галактики. Для этого он использовал один из телескопов собствен­ного изготовления; в него был виден участок неба, равный примерно У4 видимого диска Луны. Гершель устанавли­вал телескоп на определённый участок неба, а затем под­считывал все звёзды, которые ему удавалось рассмотреть. Он предположил, что чем больше звёзд насчитывалось на каком-нибудь участке неба, тем дальше находится от нас наружный край Галактики.

Однако такой способ не мог дать Гершелю нужных ре­зультатов. Участок неба, видимый в телескоп, составлял всего 7200000 поверхности всего неба. Подсчитав для пробы

Звёзды на нескольких участках, учёный ^убедил­ся, что для подсчёта всех звёзд на небе ему потре­буется не менее 40 лет не­прерывной работы. Тогда он решил воспользоваться методами молодой в то время науки — статистики. Применив новые методы, Гер­шель получил нужные ему результаты за 4 года.

Чтобы уяснить, как учёный сократил время исследо­вания, приведём пример, который хотя ;и далёк от астро­номии, но тем не менее основывается ^ка тех же законах статистики, которые использовал Гершель.

Предположим, что отдел технического контроля какой - нибудь фабрики решил определить процент брака в пар­тии товара. Для этого нет необходимости открывать все ящики и проверять каждое изделие. Достаточно вскрыть определённое количество ящиков и из каждого опробо­вать определённую часть изделий. Применив выборочный способ проверки, мы получим такой же результат, кото­рый получился бы при проверке всех изделий данной пар­тии товара.

Выборочный способ применяют и в сельском хозяйстве, когда хотят определить урожайность на большой пло­щади посева. Для этого в разных местах всего участка выбирают небольшие площадки и на них определяют вес зерна. Разделив затем общий вес собранного с площадок зерна на их общую площадь, получают урожайность, т. е. вес зерна на единицу площади посева, например на один гектар.

Примерно так же поступил и Гершёль. Он подсчитал звёзды на 1083 небольших площадках, расположенных на небе в шахматном порядке, и таким путём выяснил, в ка-: ких направлениях наружный край Галактики находится ближе, а в каких дальше.

На основании своих расчётов учёный составил модель нашей звёздной системы, поперечный разрез которой изо­бражён на рисунке 5.

Гершелю удалось нащупать некоторые особенности строения нашей Галактики. Он обнаружил, что Солнце, а вместе с ним и все планеты с их спутниками находятся почти точно в галактической плоскости — так астрономы называют центральную плоскость, которая де­лит Галактику по её толщине на две половины — «верх­нюю» и «нижнюю». Однако Гершелю не удалось проник­нуть до краёв Галактики. Он ошибочно считал, что видит всю Галактику, на самом же деле он видел только её малую часть.

У модели Галактики Гершеля не было масштаба:’ он мог указать только, в каком направлении она прости­рается дальше, а в каком ближе. Чтобы установить раз­меры Галактики, ему необходимо было знать расстояние в километрах хотя бы до одной звезды. Много усилий и труда затратил Гершель для того, чтобы измерить это расстояние. Однако все его попытки остались безуспеш­ными. Единственное, что он смог достоверно сказать,— это то, что расстояния между звёздами очень велики. Расстояние от Земли до Солнца, равное 150 млн. км, по сравнению с ними ничтожно мало. Указать же, хотя бы приблизительно, какими цифрами выражаются эти рас­стояния, Гершель не мог. Чтобы решить успешно эту за­дачу, нужны были иные методы исследования. Необходимо было критически переработать и обобщить достижения всех наук того времени. Для этого нужен был учёный, который смог бы сочетать в себе горячий энтузиазм, и знание дела учёного с критическим умом философа. Таким учёным явился знаменитый русский астроном Василий Яковлевич Струве, о работах которого мы рас­скажем дальше.

Через 25 лет после смерти Гершеля, в 1847 году, В. Я. Струве в своей замечательной книге «Этюды звёзд­ной астрономии», посвящённой изучению строения Галак­

Тики, вскрыл ошибочность ряда выводов Гершеля. Этих ошибок Гершель, вероятно, мог бы избежать, если бы он относился более критически к результатам своих исследо­ваний.

1. ПОРЯДОК СРЕДИ БЕСПОРЯДКА

Роме первой попытки определить форму Галактики, Гершелю принадлежит и первая попытка подметить закономерности, в движениях звёзд.

Наблюдая беспорядочность собственных движений звёзд, Гершель попытался выяснить, нет ли в них какой - нибудь закономерности, «порядка». При этом он рассуж­дал так: собственные движения звёзд доказывают, что все они движутся в пространстве. Если Солнце — звезда, то и оно должно двигаться. А движение Солнца непре­менно отразится на величине и направлении собственных движений остальных звёзд.

* Представьте себе, говорил Гершель, что мы идём по лесной дороге. Нас обступают со всех сторон деревья. Впереди дорога теряется в отдалении, и кажется, будто бы деревья смыкаются вдали между собой, не оставляя сво­бодного промежутка. Однако по мере нашего продвиже­ния вперёд мы замечаем, что деревья как бы рассту­паются перед нами и смыкаются позади нас.

При движении Солнца среди звёзд, рассуждал Гер­шель, должно происходить примерно то же самое. В той стороне неба, куда движется Солнце, звёзды должны рас­ступаться перед нами, так как и Земля^движется вместе с Солнцем. Следовательно, на небе должна быть такая точка, от которой звёзды будут как бы расходиться во все стороны. Эту точку учёный назвал апексом. Наоборот, в диаметрально противоположной точке неба, в анти­апексе, должно наблюдаться смещение звёзд к этой точке (рис. 6). Гершель проверил свои предположения и обнаружил, что на небе действительно существуют две "такие противоположно лежащие точки. Апекс, по наблю­дениям, оказался в северном полушарии неба, в созвездии Геркулеса, а антиапекс — в южном полушарии неба, в созвездии Голубя.

Так Гершель доказал, что Солнце есть такая же звезда, как и все остальные звёзды, и подобно им движется в пространстве.

Ш

Свой вывод относительно движения Солнца Гершель сделал на основании наблюдений всего 13 звёзд, собствен­ные движения которых были известны. Поэтому открытие Гершеля было удачной, но предварительной разведкой звёздного неба.

В дальнейшем астрономам пришлось заново переде­лать работу Гершеля, используя для наблюдений не еди­ницы, а многие сотни звёзд.

Первое научное исследование, окончательно доказав­шее движение Солнца, выполнил в России один из спо -

Движников В. Я. Струве, астроном Аргеландер. Свою ра­боту он опубликовал в 1837 году.

Открытие движения Солнца дало возможность астро­номам перейти в дальнейшем к определению звёздных расстояний.

Учёные рассуждали так: раз звёзды—такие же солнца, как и‘наше, то, значит, можно хотя бы приблизительно составить представление о звёздных расстояниях. Как это сделать?

Например, можно подсчитать, на каком расстоянии Солнце будет иметь такой же блеск, как и самая яркая из звёзд — Сириус.. Оказывается, это расстояние в

113 000 раз больше, чем расстояние от Земли до Солнца. Такой подсчёт (правда, очень неточный) позволил уста­новить, что ближайшие к нам звёзды находятся на рас­стояниях, приблизительно в 200—300 тысяч раз больших, чем Солнце.

И действительно, впоследствии подтвердилось, что бли­жайшая к нам звезда находится в 270 000 раз дальше, чем Солнце.

, Приблизительный подсчёт звёздных расстояний имел большое значение. Он давал возможность найти прибли­зительную шкалу масштаба для модели Галактики, со­ставленной Гершелем. Форма нашей звёздной системы, таким образом, постепенно выяснялась. ^

Однако главная трудность оставалась неустранённой. Раньше, когда звёзды считались неподвижными, каж­дая звезда служила надёжным основанием при опре­делении местоположения на земной поверхности. Теперь же оказывалось, что на небе нет ни одной неподвиж­ной звезды. Звёздный небосвод, который столько веков казался людям таким прочным, «расползался» во все стороны.

Для расчётов же что-то нужно принимать за «непо­движную» основу на небе. Выход был один. Нужно было довести до конца работу по исследованию формы и строения звёздной системы — Галактики. Тогда, считая Галактику в целом неподвижной, можно определять дви­жение каждой отдельной звезды относительно Галактики. Зная же движение звезды относительно Галактики и место, где она находилась в какой-нибудь определённый момент времени, можно затем путём простого вычисления найти положение звезды в любой другой момент времени. Иначе говоря, зная собственное движение звезды, можно поль­зоваться ею при расчётах точно так же, как если бы она была неподвижной.

Вот почему во всех современных каталогах для каж­дой звезды наряду с её положением на небе для ка - кого-нибудь момента времени даётся также и её собст­венное движение.

Но для того чтобы уметь определять положения звёзд в любой момент времени, необходимо было тщательно исследовать строение Галактики.

Основоположником в этом важном и трудном деле явился также В. Я. Струве.