В погоне за Солнцем

Коэн Ричард

Современные технологии позволяют познавать собственный мир посредством затмений. В 1872 году великий ученый Пьер Жюль Сезар Жансен (1824–1907) наблюдал затмение в Гунтуре (северо-восточная Индия) и зафиксировал непосредственно до полной фазы затмения, а также и сразу после желтые спектральные линии в излучении протуберанцев, указывающие на будто бы прежде неизвестный химический элемент. Английский астроном Норман Локьер независимо пришел к тем же выводам, назвав новое вещество “гелиум”, полагая, что оно имеет исключительно солнечное происхождение. Но к 1895 году гелий был выделен и идентифицирован как элемент, встречающийся и на Земле. Кроме того, изучение затмений прошлого позволило обнаружить небольшие повторяющиеся изменения во вращении Земли и вариации скорости ее вращения [313] . Выдающееся научное применение затмениям, однако, нашлось в разгар Первой мировой войны. Эйнштейн только что опубликовал полную общую теорию относительности, которая, в частности, утверждала влияние на свет тяготения, не позволяющего свету двигаться от своего источника

по прямой [314] . Это было радикальным развитием идей Ньютона, но объясняло феномен, давно известный астрономам: было открыто, что перигелий Меркурия (ближайшая к Солнцу точка его орбиты) смещается к востоку с каждым годом, причем быстрее, чем это могло бы объясняться притяжением других планет. Предположение Эйнштейна о том, что тяготение есть поле, а не сила, объясняло это расхождение. Он написал: “Три дня я был вне себя от радостного возбуждения” [315] . Но это открытие требовало подтверждений.

313

См.: Jay M. Pasachoff, Solar-Eclipse Science: Still Going Strong, Sky and Telescope. 2001. Февраль. Р. 40–45.

314

Эйнштейн А. Собрание научных трудов. Т. 1. Теория относительности. М.: Наука, 1965.

315

См.: Christopher M. Linton, From Eudoxus to Einstein: A History of Mathematical Astronomy. Cambridge: Cambridge University Press, 2004. Р. 450.

Эта фотография под названием “50 ворон” изображает полное солнечное затмение, наблюдавшееся в штате Чьяпас в южной Мексике в 1991 году (Photo by Antonio Turok)

В 1917 году профессор астрономии из Голландии послал копию работы Эйнштейна в Королевское астрономическое общество; ее прочитал ведущий британский астрофизик того времени Артур Эддингтон (освобожденный от военной обязанности по причине религиозных воззрений) и королевский астроном сэр Фрэнк Дайсон. Последний, будучи специалистом по солнечным затмениям, понял, что связь света с тяготением можно проверить наблюдением видимых звезд в непосредственной близости от Солнца, закрытого Луной. Если Эйнштейн был прав, их свет искривлялся бы гравитационным полем Солнца и они были бы слегка смещены на фотографии относительно своих же позиций на другой фотографии той же части неба, сделанной в отсутствие Солнца [316] .

316

A. S. Eddington, Obituary Notices, Fellows of the Royal Society. Vol. 3. 1940. № 8. Январь. Р. 167.

Солнечное затмение ожидалось 29 мая 1919 года. Дайсон старательно игнорировал то, что он пытался доказать теорию ученого из вероломной Германии (враждебные чувства к которой были настолько сильны, что спустя два месяца после затмения при образовании Международного астрономического союза немецкие и австрийские ученые туда не были допущены), и, получив бюджетное финансирование на две экспедиции, отплыл в начале марта в Лиссабон. Партия Эддингтона отправилась на португальский остров Принсипи у берегов Западной Африки, другая партия – в город Собрал в северо-восточной Бразилии, расположенный дальше по курсу затмения.

Насколько именно гравитация искривляет луч света? Уравнение Эйнштейна предсказывало, что луч, почти задевающий Солнце, отклонится на 1,745 с, что в два раза превышает отклонение, отвечающее классической теории Ньютона (угловая секунда – это 1 / 3600 градуса, т. е. мы имеем дело с мельчайшими различиями, крайне сложно поддающимися измерению). Перед отъездом из Лондона Эддингтон, его постоянный ассистент Э. Т. Коттингем и Дайсон провели полночи за беседой, и Коттингем предположил, что же будет, если фотографии покажут не Ньютоново отклонение, не Эйштейново, а двукратное Эйнштейново. “Тогда Эддингтон сойдет с ума, и вам придется самостоятельно добираться до дома”, – беззаботно отвечал Дайсон.

К середине мая Эддингтон со своей партией был на месте. Когда показались пятнышки пяти звезд, у Эддингтона оставалось восемь минут на съемку: “Я не замечал затмения, был слишком занят сменой пластин… Мы сделали шестнадцать снимков”. В течение следующей недели он проявил пластины и сравнил их с фотографиями тех же звезд, снятыми не в такой близости от Солнца. На первых десяти снимках слабое облачко, недостаточное препятствие для затмения, загораживало нужные звезды, но следующие два снимка были вполне удачны, и этого было достаточно для доказательств. Вечером 3 июня Эддингтон повернулся к Коттингему со словами: “Вам не придется возвращаться домой без меня”. Два набора фотографий отличались друг от друга почти в точности на предсказанную Эйнштейном величину.

Результаты экспедиции оказались на первых полосах газет всего мира, лондонская “Таймс” объявила: “Революция в науке! Новая теория вселенной! Ньютон опровергнут!” – назвав открытие “одним из важнейших, если не наиважнейшим высказыванием человеческой мысли”. В “Нью-Йорк таймс” шутливо заметили, что звезды оказались не там, где их видели или где, по расчетам, они должны были быть, но беспокоиться не

следует – Эйнштейн знает, где они. Сорокалетний физик за ночь превратился в мировую знаменитость, а сам эксперимент стал первым случаем возрожденного международного научного сотрудничества еще до подписания мира [317] .

317

Paul Johnson, Modern Times. London: Weidenfeld, 1999. Р. 2–4. См. также первую главу в: Nicholas Mosley, Hopeful Monsters. N. Y.: Vintage, 2000. Р. 26, где разбирается весь этот эпизод.

Эддингтон (который через несколько лет подтвердит общую теорию относительности собственной работой о поведении света под воздействием сильной гравитации белых карликов) отпраздновал событие, написав стихи, стилизованные под поэзию Омара Хайяма:

И вот что знаю: Эйнштейна ль козырямиТеории его все были иль только пузырями,Лишь проблеска звезды хватило в темнотеВзамен часов при свечке, заполненных трудами…Пусть мудрецы считают – спорить рано,“У света тяжесть есть”, – твержу упрямо,Уверен в том – о прочем пусть поспорят:Близ Солнца света луч идет не прямо [318] .

318

См.: Ronald W. Clark, Einstein: The Life and Times. London: Hodder, 1973. Р. 225; см. также: Arthur I. Miller, Empire of the Stars: Obsession, Friendship and Betrayal in the Quest for Black Holes. Boston: Houghton Mifflin, 2005. Р. 51–52.

Остальной научный мир также ликовал, пусть и не столь ехидно. “Маловероятно, – размышлял Томас Крамп в своей истории затмений, – чтобы астрономия затмений достигла еще когда-либо результата такой космической важности [319] ”. Но все было впереди.

Глава 12

Солнце развенчано

Мореход: О, если бы ты только знал, что говорят они на основании астрологии, а также и наших пророков о грядущем веке и о том, что в наш век совершается больше событий за сто лет, чем во всем мире совершилось их за четыре тысячи [320] .

Томмазо Кампанелла (1568–1639), “Город Солнца”

319

Thomas Crump, Solar Eclipse. London: Constable, 1995.

320

Пер. Ф. Петровского.

Наука на службе войны!

Нацистский лозунг, перефразированный немецким ученым Вернером Гейзенбергом как “Поставим войну на службу физике” [321]

Солнце не стоит на месте, и его движение нельзя описать простой формулой. В разные моменты времени с разных исследовательских углов зрения оно может восприниматься как твердое тело, огненный шар или постоянный источник ветров, вспышек, огненных спиралей и радиоактивных частиц. Его широты вращаются с разными скоростями, а вся поверхность поднимается и опускается примерно на 2,5 мили каждые 160 мин, хотя говорить о “поверхности” в данном случае было бы ошибкой: у Солнца как у газового конгломерата ее попросту нет. При наблюдении с других планет Солнце выглядит иначе, чем с Земли, – где-то больше, где-то меньше, – и его воздействие на атмосферу тоже всюду разное. К концу XVIII века астрономы признали его одной из множества звезд, просто ближайшей к нам, и оценили расстояние до Солнца, его размер, массу, скорость вращения и движение в пространстве с погрешностью до 10 % от сегодняшних показателей. Но их продолжали преследовать другие проблемы.

321

См.: Jim Baggott, The First War of Physics: The Secret History of the Atomic Bomb, 1939–1949. N. Y.: Pegasus Books, 2010.

Что происходило внутри Солнца? Что заставляло его светиться? Каков возраст звезды и как она соотносится с другими небесными телами? Ответы на многие из этих вопросов начали появляться только сейчас. Между 1800 и 1950 годами вряд ли найдется хоть один год без астрономических, физических, химических или геологических открытий, обеспеченных технологическим прогрессом, индустриальной революцией и нарождающимся энтузиазмом к научным исследованиям.

Например, только в первой половине XIX века были открыты линии поглощения солнечного спектра, а также явления электромагнитной индукции и баланса (оба прибавили нам знаний о характере солнечного притяжения). В тот же период был измерен солнечный энергетический выброс – солнечная постоянная, что привело к лучшей оценке как солнечной температуры, так и воздействия Солнца на климат планеты. А в 1860 году главный астроном Ватикана сфотографировал затмение 18 июля, продемонстрировав, что корона и протуберанцы являются реальными фактами, а не оптическими иллюзиями или обманчиво освещенными лунными горами.