Человек, открывший взрыв Вселенной. Жизнь и труд Эдвина Хаббла
Шрифт:
X cos α ∙ cos δ + sin α ∙ cos δ + Z sin δ = Vr,
где α и δ — небесные координаты: прямые восхождения и склонения объектов. Имея ряд объектов, можно решить систему таких уравнений, найти X, Y и Z и определить полную скорость Солнца, а также направление его движения. Так Трумен и поступил. Нового в методе ничего не было. Астрономы уже давно применяли его к звездам. Новыми были впервые анализируемые туманности.
На самом деле кинематическое уравнение не точно и отражает лишь движение Солнца относительно всей группы объектов, тогда как каждый из них движется еще и относительно другого. Поэтому искомые величины получаются с ошибками тем значительнее, чем меньше число объектов, больше их
Ничего не зная о работе Трумена, два канадских астрофизика из обсерватории Виктории, специалисты по спектрально-двойным звездам Юнг и Харпер, также взялись за решение кинематической задачи. И метод, и материал оставались одинаковыми, а небольшие отличия были лишь техническими. Уже собираясь посылать заметку в журнал, они получили работу Трумена и убедились, что их результаты практически совпадают с результатами американца. Скорость в 598 км/с, найденную ими, они назвали скоростью Вселенной.
В середине 1916 г. в «Публикациях Тихоокеанского астрономического общества» появилась еще одна работа на ту же тему. Ее автор, ассистент Ликской обсерватории Паддок подошел к проблеме несколько по-иному. Пусть направление движения Солнца уже известно (он брал его по Юнгу и Харперу или задавался некоторыми другими значениями), тогда выражение для лучевой скорости любой туманности можно записать в виде
V¤∙ cos λ + K = Vr.
Угол λ — это угловое расстояние на небесной сфере между апексом Солнца, движущегося относительно туманностей с полной скоростью V¤, и исследуемым объектом. Паддок впервые ввел для туманностей так называемый K-член, некую добавку к солнечной скорости. В случае звезд такой член уже вводили и еще в 1903 г. его существование обнаружили американцы Фрост и Адаме, а затем в 1910 г. подтвердили голландский астроном Каптейн и тот же Фрост. Формально положительный K-член означал, что вся совокупность звезд в среднем удаляется от нас со скоростью К. Уже потом выяснилось, что могут быть и другие причины появления K-члена, связанные не с реальным движением, а со смещением спектральных линий в поле тяготения массивных звезд или в общем поле тяготения больших масс Вселенной согласно теории относительности.
Какие бы варианты решений Паддок ни делал, K-член всегда оказывался в пределах 248—338 км/с и положительным. Из его знака следовало, что туманности «удаляются не только от наблюдателя или нашей звездной системы, но и друг от друга». Полученное решение, «несомненно, должно содержать постоянный член, чтобы представить действительное расширение или член в спектральных смещениях линий, не связанный со скоростями»,—писал Паддок. Для туманностей К-член по величине резко отличался от звездного, составлявшего всего лишь несколько километров в секунду.
В США уже вышло три работы с анализом скоростей туманностей, а тот, кто тратил на получение материала бессонные утомительные ночи, все еще молчал. И только 13 апреля 1917 г. на заседании Американского философского общества Слайфер выступил с докладом «Туманности». Философское общество объединяет ученых разных специальностей и два других доклада на этом заседании никакого отношения к астрономии не имели. Сообщение Слайфера во многом было популярным обзором как общих данных о туманностях, так и работ, выполненных им самим. Он рассказывал о трудностях наблюдений туманностей, упомянул о том, что туманности вращаются. Слайфер продолжал верить, что туманности летят в пространстве вперед своим краем. (Любопытно, что и пять лет спустя об этом же писал Вирц и только в 1925 г. Лундмарк закрыл вопрос, не обнаружив корреляции между лучевой скоростью туманностей и их сжатием.)
Но ценность доклада была в другом. Упорно продолжая работать, Слайфер к 1917 г. довел число туманностей с измеренной лучевой скоростью до 25. «Средняя скорость .с учетом знака положительна, она указывает, что туманности удаляются со скоростью около 500 км/с. Это может означать, что спиральные туманности разлетаются,— говорил Слайфер и тут же с осторожностью добавлял,— но их распределение на небе не согласуется с этим, поскольку они имеют склонность к образованию скоплений». Этот аргумент, не играющий здесь на самом деле никакой роли, вероятно, казался ему очень существенным.
Можно было бы ожидать, что теперь хозяин возросшего материала сам подробно изучит движение Солнца. Но этого не произошло. Слайфер по-прежнему говорил о подобных исследованиях как деле будущего и лишь предварительно указал, что движение Солнца со скоростью в 700 км/с направлено к созвездию Козерога.
Звезды, окружающие Солнце, такого движения не показывали. В этом различии Слайфер видел подтверждение идеи о том, что туманности представляют собой отдельные острова Вселенной. О работах Трумена, Юнга и Харпера он почему-то совсем не вспомнил.
Заканчивая свой доклад, Слайфер твердо заявил, что изученные им туманности — это явно не те объекты, из которых могли формироваться солнечные системы, подобные нашей.
На полях Европы, Ближнего Востока и Закавказья бушевала первая мировая война. Обычно тесные связи между странами порвались и ученые Старого и Нового Света плохо знали, что делается в науке по обе стороны Атлантики. А между тем в Германии и в Нидерландах как раз в это время удалось получить важнейшие результаты, имеющие прямое отношение к удивительным лучевым скоростям туманностей, измеренных Слайфером. Альберт Эйнштейн в Берлине сформулировал свое космологическое уравнение и в предположении стационарности Вселенной нашел его решение. В этом решении гипотетические силы гравитационного отталкивания вакуума, введенные им, уравновешивались тяготением вещества, заполняющего Вселенную. Год спустя, в остававшихся нейтральными Нидерландах профессор Лейденского университета Биллем де Ситтер рассмотрел астрономические следствия теории относительности. Он нашел, что решение Эйнштейна не единственное. Если предположить, что во Вселенной средняя плотность вещества очень мала, то эйнштейновские силы отталкивания будут преобладать над тяготением вещества и вызовут его расширение, разлёт. Космические силы отталкивания пропорциональны расстоянию, поэтому и скорости взаимного удаления частиц вещества (под частицами можно понимать и отдельные галактики) будут пропорциональны расстоянию.
В 1916 и 1917 гг. три статьи об эйнштейновской теории гравитации и ее астрономических приложениях, написанные де Ситтером по предложению Эддингтона, были переправлены в Англию и опубликованы в ежемесячном журнале Королевского астрономического общества. Из-за войны список лучевых скоростей туманностей Слайфера до де Ситтера не дошел и он знал только об измерении скоростей туманности Андромеды и еще двух туманностей. Ему оставалось лишь отметить, что в отличие от туманности Андромеды у других объектов скорости положительны. Но де Ситтер полагал, что «спиральные туманности вероятнее всего находятся среди самых далеких объектов, которые мы знали». Он с уверенностью предсказывал, что «у очень удаленных объектов мы должны ожидать высокие или особенно высокие лучевые скорости».
Началась европейская часть истории изучения движений туманностей.
В конце 1917 г. сотрудник Страсбургской обсерватории Карл Вильгельм Вирц, ничего не зная о работе Паддока, также ввел в кинематические уравнения К-член... Вообще работа Паддока прошла на удивление незаметно. Даже Хаббл, подробно описывая в книге «Мир туманностей» труды своих предшественников, Паддока не вспомнил и считал, что введение K-члена — это заслуга Вирца.
Вирц заключил, «что система спиральных туманностей по отношению к нынешнему положению Солнечной системы, как центра, движется прочь со скоростью примерно 656 км/с».