Когда Фэсс получил данные Слайфера с просьбой о независимом измерении, то он испытал горчайшее разочарование – ведь ещё в 1908 году он снял на крупнейшем, 36-дюймовом, Ликском телескопе спектр Андромеды и обнаружил в нём сильное синее смещение линий! Но Фэсс даже не допускал, что Андромеда может иметь такую скорость движения, и без колебаний отнёс этот результат к неисправности спектрографа. И вот он смотрит на аналогичный, но гораздо более убедительный результат, полученный Слайфером на меньшем телескопе, – и понимает, что упустил свой звёздный шанс!
Приходит февраль, и приходит уверенность Слайфера в полученных результатах. Он публикует в бюллетене Лоуэлловской обсерватории краткую заметку на девять абзацев.
Новость о мчащейся к Земле туманности Андромеды производит в астрономическом обществе впечатление разорвавшейся гранаты!
Сразу находятся скептики – вроде директора Ликской обсерватории Кэмпбелла, который считает, что ошибка наблюдений Слайфера должна быть очень велика. Но вскоре Кэмпбелл был посрамлён в своём скептицизме данными собственных сотрудников: скорость движения Андромеды подтвердилась и наблюдениями на Ликской обсерватории.
Слайфер раскопал «золотую жилу» и не думает останавливаться: он берётся за получение спектров других туманностей. Но эта задача ещё труднее, потому что эти спиральные облачка слабее туманности Андромеды.
Слайферу всё-таки удаётся измерить спектр туманности Сомбреро. Весто находит, что она движется со скоростью тысяча километров в секунду – в три раза быстрее Андромеды и в противоположном направлении – от Земли!
К лету 1914 года Слайфер измерил спектры пятнадцати туманностей. Это был научный подвиг. Каждая пластинка требовала суммарной экспозиции 12–14 часов, что означало наблюдение в течение нескольких ночей. Современные телескопы имеют точные электрические моторы, которые медленно поворачивают телескоп вслед за наблюдаемым объектом, компенсируя вращение Земли, ведь если не менять положение телескопа, то выбранная звезда или туманность быстро покинет поле зрения инструмента.
Телескоп Лоуэлловской обсерватории не имел современной системы постоянного слежения за движущимся звёздным небом. Слайфер не мог отойти от телескопа и спектрографа, постоянно следя за направлением инструмента.
– Как вы смогли так долго стоять у телескопа? – поражённо спрашивали Слайфера другие астрономы. Он сухо отвечал:
– Я прислонялся к нему.
Галатея восхищённо сказала:
– Он настоящий герой!
– Наблюдения пятнадцати туманностей были ещё более впечатляющи, чем первые наблюдения за Андромедой и Сомбреро. Слайфер не любил публичности и конференций, но в августе 1914 года он выступил на собрании Американского астрономического общества с докладом о своих исследованиях скоростей туманностей. Результат всех потряс: только три туманности, включая Андромеду, приближались к Млечному Пути; остальные двенадцать туманностей двигались от Земли – РАЗБЕГАЛИСЬ в разные стороны.
После окончания доклада весь зал встал и устроил Слайферу овацию. Вместе с другими астрономами ему аплодировал и Эдвин Хаббл – молодой студент, которого только что приняли в ряды Астрономического общества.
Знаменитый Герцшпрунг и другие астрономы, включая Кэмпбелла, поздравляли Слайфера с важным открытием и привыкали к новому видению мира. Стало понятно, что туманности – это такие же галактики, как и наш Млечный Путь. Но оставалось непонятным, что заставляло их разбегаться в разные стороны?
В апреле 1917 года Слайфер выступил на конференции в Филадельфии. К тому времени он измерил скорости 25 галактик, и только 4 из них двигались к Солнцу – остальные разбегались. Слайфер сказал, что это выглядит так, словно галактики отчего-то рассеиваются в пространстве.
В это время в Европе происходили важные события: в 1915 году Эйнштейн записал свои уравнения гравитации. В ноябре 1917 года голландский астроном де Ситтер показал, что при некоторых условиях уравнения Эйнштейна имеют решение, согласно которому Вселенная нестационарна, и галактики в ней могут разбегаться в разные стороны, как искры фейерверка. Де Ситтер первый употребил термин «разбегающаяся Вселенная».
Астроном Артур Эддингтон в своей книге 1923 года обсуждает теорию де Ситтера и подтверждающие её наблюдения Слайфера. К тому времени тот измерил уже скорости 41 галактики, и только 5 из них двигались к Солнцу. Эддингтон связывает теорию де Ситтера и наблюдения Слайфера и делает замечание, что скорость движения галактик должна возрастать с увеличением расстояния до них. Леметр, ученик Эддингтона, в 1927 году предложил уравнение, связывающее скорость разбегания галактик с расстоянием до них. Но определить реальные расстояния до других галактик из наблюдений было очень трудно.
И здесь астрономии помогла группа талантливых женщин из Гарварда. Эдуард Пикеринг, директор Гарвардской обсерватории, пошел против обычаев девятнадцатого века и создал для обработки многочисленных фотографий звёзд группу из женщин-астрономов.
– Молодец Пикеринг! – одобрила Галатея.
Никки согласилась:
– С одной стороны, Пикеринг был молодец, потому что открыл женщинам дорогу в современную астрономию, с другой стороны – он оказался экономным директором, потому что в конце девятнадцатого века зарплата женщин была в два раза меньше зарплаты мужчин, делавших ту же работу.
– Вот это безобразие! – немедленно возмутилась девочка.
– Гарвардские дамы-астрономы разработали современную спектральную классификацию звёзд O, B, A, F, G, K, M.
– Как-как? – переспросила Галатея.
– Эта последовательность букв запоминается английской фразой «Oh be a fine girl, kiss me!» – «О, будь хорошей девочкой, поцелуй меня!». Русская фраза для запоминания не так интересна: «Один Бритый Англичанин Финики Жевал Как Морковь». Одна из гарвардских дам-астрономов, Генриетта Ливитт, совершила фундаментальное открытие, которое позволило определить расстояния до других галактик.
В конце восемнадцатого века Джон Гудрайк, двадцатилетний любитель астрономии, ставший из-за детской скарлатины глухонемым, открыл переменность звезды дельта Цефея, яркость которой колебалась с периодом в несколько дней.
– А почему эта звезда меняет свою яркость? – поинтересовалась Галатея.
– Причиной пульсаций таких ярких переменных звёзд – цефеид – является накопление световой энергии под поверхностью звезды. Накопленный свет раздувает звезду и прорывается наружу – мы видим яркую вспышку. Потом внешние слои звезды остывают, сжимаются, становятся более непрозрачными, снова начинают перехватывать свет, идущий из центра светила, – и яркость звезды падает.
– Ага, – сказал Андрей. – Примерно так ведёт себя крышка кипящей кастрюли. Когда пара в кастрюле много, крышка подпрыгивает и выпускает пар, а потом снова возвращается на место.
– Очень похоже! – согласилась Никки. – До открытия антибиотиков люди часто болели. В детстве Генриетта Ливитт, как и Гудрайк, тоже потеряла слух из-за болезни, но биение звёзд и музыку космических сфер они оба слышали превосходно.
Генриетта Ливитт на фотопластинках, сделанных в Перу, в Южной Америке, обнаружила две с половиной тысячи цефеид и заметила, что средняя яркость цефеид Малого Магелланова Облака растет с периодом их пульсаций. Значит, измеряя периодичность цефеид, можно найти их истинную яркость! Учитывая, что наблюдаемый блеск звёзд падает с расстоянием, легко было найти дистанцию, с которой светит нам цефеида.
Так и был найден замечательный способ измерять межгалактические расстояния. Цефеиды стали для астрономов настоящими межгалактическими маяками!
Слайфер, Гудрайк, Ливитт – эти упорные и умные люди умели расспрашивать звёзды и слышать их тихие ответы.
Конечно, очень непросто обнаружить и исследовать цефеиды, расположенные в других галактиках. Лишь в 1929 году Эдвин Хаббл на 100-дюймовом телескопе Маунт-Вилсона сумел найти нужное количество внегалактических цефеид и измерить расстояние до ближайших галактик. Он сравнил скорости разбегания галактик, найденные Слайфером и другими исследователями, с расстояниями до цефеид в этих галактиках и доказал, что между ними существует линейная зависимость: чем дальше от нас располагается галактика, тем быстрее она от нас убегает. Сейчас эта зависимость известна как закон Хаббла.
– Как это понять? Галактика знает, как далеко она от нас находится, – и старается бежать побыстрее? – поинтересовался недоверчиво Андрей.
– Возьми воздушный шарик, надуй его немного и нарисуй на нём побольше пятнышек. Одно из них выбери в качестве нашей Галактики. А теперь начни надувать шарик с постоянной скоростью. Присмотрись к любому пятнышку – и легко увидишь, что, чем дальше оно от выбранной тобой Галактики, тем быстрее растёт расстояние между ними – то есть больше скорость расширения.
– Завтра я попробую… – недоверчиво сказал Андрей.
Никки кивнула:
– И правильно сделаешь. История склонна к упрощению – во многих популярных книгах и даже в учебниках астрономии можно прочитать о том, что разбегание галактик открыто Хабблом. Это неверное утверждение. Фундаментальный факт разбегания галактик открыт и исследован Весто Мелвином Слайфером – скромным и упорным тружеником науки. Хаббл же показал, что скорость разбегания галактик растёт с расстоянием до них.
Слайфер был директором Лоуэлловской обсерватории в течение тридцати шести лет, открыл не только разбегание галактик, но и их вращение, руководил успешным поиском Плутона и умер в возрасте девяноста четырёх лет счастливым человеком. Потому что если человек много сделал, то ему умирать не страшно.
Кстати, Андромеда, изученная Слайфером первой, расположена к нам ближе всех, притягивается нашей Галактикой и поэтому не подчиняется закону космического расширения.
– То есть Андромеда попросту падает на нас? – удивился Андрей.
– Да. Согласно расчетам астрономов, через пять миллиардов лет туманность Андромеды должна столкнуться с нашей Галактикой. Когда это случится, то в небе Земли появится перекресток двух млечных путей.
Что произойдёт с Солнцем и Землей в тот момент, когда туманность Андромеды налетит на нашу Галактику? На этот вопрос ответа ещё нет. Чтобы его найти, нужен упорный человек, влюблённый в звёзды, способный расспросить их о космических тайнах – и расслышать ответ.
– Вот этим я точно сама займусь! – решительно заявила Галатея. – У меня прекрасный слух.
Примечания для любопытныхЛикская обсерватория – одна из первых горных обсерваторий (высота над уровнем моря – 1283 метра). Построена в 1887 году на деньги миллионера-мецената Джеймса Лика.
Джон Гудрайк (1764–1786) – молодой астроном, открывший и объяснивший переменность звёзд Алголь (бета Персея) и Шелиак (бета Лиры). В 1784 году открыл первую пульсирующую звезду-цефеиду – дельту Цефея, с переменностью блеска в пять дней и девять часов. Избран членом Лондонского королевского общества (1786) и награжден его высшей наградой – медалью Копли.
Эдуард Пикеринг (1846–1919) – американский астроном, директор Гарвардской обсерватории с 1877 года.
Персиваль Лоуэлл (1855–1916) – дипломат, востоковед и бизнесмен. С 1893 года – астроном, основавший Лоуэлловскую обсерваторию. На основании возмущений Урана вычислил положение невидимой девятой планеты и организовал её поиски, которые привели к открытию Плутона в 1930 году К. У. Томбо (1906–1997).
Уильям Кэмпбелл (1862–1938) – американский астроном, спектроскопист. Директор Ликской обсерватории в 1900–1930 годах.
Генриетта Ливитт (1868–1921) – астроном, работала в Гарвардской обсерватории с 1893 по 1921 год. Открыла 4 новых и 2400 переменных звёзд. В 1908 году обнаружила особый класс звёзд-гигантов – цефеид, позволивших измерять галактические и межгалактические расстояния.
Виллем де Ситтер (1872–1934) – голландский астроном и математик. Получил важные нестационарные космологические решения эйнштейновских уравнений («пространство де Ситтера», «вселенная де Ситтера»).
Весто Мелвин Слайфер (1875–1969) – астроном Лоуэлловской обсерватории (с 1916 по 1952 год – её директор). Определил скорость движения Андромеды и открыл разбегание галактик.
Эдвард Фэсс (1878–1959) – американский астроном, работавший в Ликской обсерватории.
Артур Стэнли Эддингтон (1882–1944) – выдающийся английский астрофизик. Директор Кембриджской обсерватории с 1914 года. Знаток и популяризатор теории относительности Эйнштейна. В 1919 году при полном затмении Солнца подтвердил предсказание Эйнштейна об отклонении света звезды в искривлённом пространстве. Создатель теории строения звёзд. В 1920-х годах выдвинул теорию о термоядерном источнике светимости звёзд. Высказал правильное предположение о причине пульсаций звёзд-цефеид.
Эдвин Хаббл (1889–1953) – юрист по образованию, ставший астрономом обсерватории Маунт-Вилсон. Предложил классификацию галактик по форме (диаграмма Хаббла). Нашёл цефеиды в туманности Андромеды и оценил расстояние до неё в 900 тысяч световых лет (по современным данным – два с половиной миллиона световых лет). Показал, что скорость разбегания галактик пропорциональна расстоянию до них (закон Хаббла).
Жорж Леметр (1894–1966) – бельгийский астроном, математик и католический священник. Внес важный вклад в разработку теории расширяющейся Вселенной.
Цефеиды – пульсирующие жёлтые звёзды-гиганты, которые меняют свой размер и блеск с периодом в несколько дней. Ближайшей к нам цефеидой является Полярная звезда. Период пульсации цефеид зависит от их массы и тем самым связан со средней светимостью звезды. Физическую модель пульсаций цефеид построил российский астроном Сергей Владимирович Жевакин (1916–2001).
Туманность Андромеды (М31 по каталогу Мессье) – спиральная галактика, ближайшая к Млечному Пути. Расположена в созвездии Андромеды на расстоянии 2,5 миллиона световых лет от Земли.
Галактика Сомбреро (М104 по каталогу Мессье) – спиральная галактика в созвездии Девы на расстоянии 28 миллионов световых лет от Земли.
Малое Магелланово Облако – карликовая галактика, спутник Млечного Пути. Расположена в созвездии Тукана на расстоянии 200 тысяч световых лет.
Сказка о Королевстве Кривых Пространств и дневных звёздах
Королева Никки пришла на ужин к принцессе Дзинтаре. Дети Дзинтары – Андрей и Галатея – обрадовались и после ужина сразу потребовали:
– Расскажи сказку!
Королева давно знает: идёшь в гости к принцессе – неси сказку в зубах, а то принцессовы… то есть принцессины… дети живой не выпустят.
– Ох и хитрую сказку вам сейчас поведаю, сразу все ваши извилины в узелок завяжутся.
– Не завяжутся! – смело воскликнул Андрей.
– А мы маму попросим – она потом развяжет, – осторожно сказала Галатея. – Она даже мои шнурки ухитряется развязывать.
И Никки начала сказку:
– Жил-был мудрый учёный Эйнштейн. И любил он ставить мысленные эксперименты. Они очень удобны – ведь для них никакого оборудования не надо, кроме самого важного прибора – головы.
Придумал Эйнштейн такой мысленный эксперимент:
«Найдём огромный гладкий пустырь. Поставим на пустыре пушку, которая стреляет круглыми ядрами параллельно земле, то есть – горизонтально. Посадим рядом с пушкой невысокую яблоню с большими яблоками. Когда пушка выстрелит, с яблони одновременно сорвётся яблоко. И полетят с одной высоты два предмета: ядро – над землей по пологой кривой, а яблоко – вниз по прямой. Кто быстрее достигнет земли – ядро или яблоко?»
Провёл мысленный эксперимент Эйнштейн и получил удивительный результат: ядро и яблоко ударятся в землю одновременно, только очень далеко друг от друга.
Много выстрелов из своей мысленной пушки сделал Эйнштейн – его соседи даже забеспокоились и стали жаловаться в полицию на странные вибрации дома.
Какое бы тело ни брал Эйнштейн – свинцовое ядро, деревянное яблоко, лебединое пёрышко – все они падали на землю одинаково. Конечно, без влияния воздуха – в мысленном эксперименте весь воздух с планеты можно было откачать одним движением мысли.
«Почему все тела разного веса так одинаково себя ведут?» – задумался Эйнштейн. И думал он десять лет, десять месяцев и десять дней.