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

Стодюймовый телескоп Хукера в Маунт‑Уилсон, среди гор Сан‑Габриэль в Южной Калифорнии, где Эдвин Хаббл раз и навсегда доказал, что загадочные туманности – вовсе не маленькие газообразные объекты в галактике Млечный Путь, а «острова вселенной», то есть галактики, похожие по строению на нашу, но находящиеся очень далеко от нее. Фото автора.

1923 год стал для Хаббла годом чудес, и начался он с нескольких месяцев классификации и занесения в каталог знакомых туманностей и продолжился обнаружением 15 переменных звезд в NGC 6822, из которых 11 были переменными цефеидами. Хаббл пользовался новыми «стандартными свечами» для вычисления расстояния до туманности, составляющего 700 тысяч световых лет и значительно превосходящего даже «большую галактику» Шепли с ее 300 тысячами световых лет в поперечнике. 4 октября Хаббл сфотографировал ряд туманностей, в том числе Андромеду. На следующий день, во время подробного лабораторного анализа фотопластинок, ему показалось, что он заметил новую звезду, а может, и все три. Заинтересовавшись, он сфотографировал Андромеду еще раз на следующую ночь и подтвердил: «Предположительно новая». Тогда Хаббл обратился к архивам, чтобы сравнить эту фотопластинку с отснятыми ранее, и на новой пластинке нацарапал букву N – «новая звезда» – возле трех светящихся точек. Трижды перепроверяя результаты, Хаббл выяснил, что одна из этих точек не новая: в действительности это была переменная звезда – не что иное как цефеида! Хаббл записал в журнале наблюдений стодюймового телескопа: «На этой пластинке (Н335Н) были обнаружены три звезды, две из которых – новые, а одна оказалась переменной, позднее идентифицированной как цефеида, первая из обнаруженных в М31».[376]На самой фотопластинке Хаббл зачеркнул N и нацарапал «VAR!» (от англ. variable – переменная звезда). Там же указана дата – 6 октября 1923 года (рис. 21). В этот день вселенная преобразилась.

На самой фотопластинке Хаббл зачеркнул N и нацарапал «VAR!». Там же указана дата – 6 октября 1923 года В этот день вселенная преобразилась.

На протяжении нескольких последующих месяцев Хаббл возвращался к Туманности Андромеды и строил кривую блеска для своей цефеиды, которая менялась с периодичностью 31,415 суток. По этим данным Хаббл вычислил, что найденная звезда в семь тысяч раз ярче нашего Солнца. Но на фотопластинке (рис. 21) после долгих часов экспозиции она была едва заметна, и это могло означать лишь одно: Андромеда находится очень, очень далеко. Хаббл писал Шепли, в то время находящемуся в Гарварде: «Вам будет небезынтересно узнать, что я нашел переменную цефеиду в Туманности Андромеды (М31). Я наблюдал за этой туманностью в нынешнем сезоне так пристально, как только позволяла погода, и за последние пять месяцев поймал девять новых и две переменные звезды».[377]Пользуясь тем же методом, который Шепли применил при оценке шаровых звездных скоплений и размеров Млечного Пути, Хаббл подсчитал, что Туманность Андромеды находится на расстоянии не менее миллиона световых лет от нас. Если так, это должно было означать, что Андромеда – остров вселенной.

Рис. 21. Фотография, преобразившая вселенную

Сделанный Эдвином Хабблом снимок Андромеды, на котором он обнаружил переменную звезду цефеиду, пригодную для определения расстояний, и смог подсчитать, что эта туманность находится слишком далеко за пределами Млечного Пути, следовательно, является «островом вселенной». Снимок любезно предоставлен обсерваторией Маунт‑Уилсон.

Шепли не спешил расценивать новые данные так, как это сделал Хаббл, сообщил, что счел его письмо «самым увлекательным литературным опусом, какой мне попался впервые за долгое время», и предупредил, что цефеиды с периодичностью более 20 суток могут оказаться ненадежными показателями расстояния. Хаббл в ответ собрал новые данные, сделал снимки девяти переменных звезд в NGC 6822, затем еще двенадцати в Туманности Андромеды, три из которых оказались вожделенными цефеидами, а также сфотографировал еще пятнадцать переменных звезд в туманностях М33, М81 и М101. В очередном письме к Шепли Хаббл избрал дипломатичный метод, чтобы мягко подтолкнуть своего коллегу и бывшего соперника к смене парадигмы – «все нити сходятся в одной точке, так что не помешает начать задумываться о различных возможностях, которые это предвещает», имея в виду признание теории островов вселенной. В конце концов Шепли сдался, показал письмо Хаббла одному студенту‑астроному из Гарварда и объявил: «Вот письмо, уничтожившее мою вселенную».[378]Вскоре после этого Шепли выступил в защиту теории островов вселенной, отказавшись от прежних убеждений ввиду новых и не внушающих сомнения данных.

Что же касается полученных Адрианом ван Мааненом данных о вращении туманностей, убедивших немало астрономов в том, что небулярная гипотеза верна, Хаббл пришел к выводу, что это скорее всего погрешность измерения: «В увязывании друг с другом двух наборов данных есть определенная прелесть, но несмотря на это я убежден, что об измеренном вращении следует забыть. Я впервые изучил результаты измерений и обнаружил в них явные указания на ошибку звездной величины как правдоподобное объяснение. Вращение выглядит притянутой интерпретацией».[379]Недоумевающий и раздраженный ван Маанен вернулся к своим фотопластинкам и сделал расчеты заново, а затем сообщил Шепли: «Я не нахожу ошибок для М33, для которой у меня собран лучший материал. Он выглядит настолько систематичным, насколько это возможно». Шепли в ответ дипломатично обратился к сравнению двух наборов данных и соответствующих теорий: «Я понятия не имею, чему верить, когда речь заходит об угловом движении, однако нет никаких сомнений в том, что цефеиды, обеспечивавшие Хабблу кривые периодичности блеска, настолько определенны, как мы слышали».

Таковыми они и оказались, и год спустя, когда во время интервью Шепли спросили, почему он так долго защищал данные ван Маанена по вращению, он ответил в третьем лице: «Всем интересно, почему Шепли так сплоховал. Дело в том, что… ван Маанен был ему другом, а он верил друзьям». Черта, достойная восхищения, хотя и способная затуманить суждения ученых, верных данным, но в итоге данные и теория должны затмить веру и дружбу.

* * *

Великий спор о небесных туманностях служит классическим примером в истории науки, показывающим, что со временем споры утихают, противоречия разрешаются благодаря более качественным данным и более исчерпывающей теории. Возможно, прогресс в науке достигается не так быстро, как нам хотелось бы, и ученые цепляются за излюбленные теории спустя долгое время после того, как данные указывают, что это делается напрасно (особенно если в деле замешана дружба), но в конце концов изменения происходят, парадигма меняется, революция свершается, продолжается совокупный прогресс, движение к более глубокому пониманию истинной сущности природы.

Куда мы двинемся дальше от теории островов вселенной? Что существует помимо наполняющих эту расширяющуюся вселенную островов‑галактик?

Date: 2016-02-19; view: 396; Нарушение авторских прав