XXIX. ЭВОЛЮЦИЯ ИДЕЙ О СТРОЕНИИ ВСЕЛЕННОЙ

Трое великих ученых своими работами обосновали научное представление о строении солнечной системы: это — Коперник, сумевший отличить истинные движения от видимых и показавший, что Земля является планетой, далее — Кеплер, открывший основные законы движения планет, и, наконец,— Ньютон, объединивший всю совокупность этих движений единым законом природы. Было установлено, что Солнце, планеты и их спутники образуют не хаос, а систему, т. е, общую стройную группу небесных тел, управляемую силой притяжения.

Кроме солнечной системы, существуют звезды, находящиеся далеко за ее пределами. Поэтому нельзя было избежать вопроса: не указывает ли распределение и движение звезд на то, что звездный мир также представляет собою единую систему?

Как мы видели, даже у Коперника фигурировала еще небесная сфера, как бы замыкающая всю вселенную. Коперник не высказывал определенных взглядов относительно природы звезд. Преодолеть гелиоцентризм (конечно, лишь умозрительно, философским путем) старался Джордано Бруно, но его учение о бесконечности мирового пространства и о бесчисленности «солнц» и «земель» казалось просто фантастическим.

Кеплер не осмелился последовать за учением Брумо о вселенной, хотя он тоже смутно догадывался, что звезды — суть солнца, но все же центром вселенной он считал наше Солнце. Некоторые места из сочинений Кеплера показывают, что он, подобно Копернику, в известной мере разделял еще древнее представление о физической реальности звездной сферы. Эту колоссальную сферу Кеплер называл «мировой одеждой», «кристальным поднебесным шаром» и т. д.; он считал, что эта «скорлупа» вселенной состоит «из льда или кристалла». В центре этой сферы находится Солнце, а звезды расположены на этой сфере. (Их удаленность он оценивал примерно в 360 миллиардов километров, что значительно меньше расстояния до ближайшей к нам звезды). Таким образом, взгляды Кеплера на роль звезд во вселенной отличались неопределенностью: видно, что в этом вопросе ему трудно было порвать со старыми идеями.

Что касается Галилея, то ему уже совершенно чужда была идея сферы, замыкающей вселенную, так что в этом вопросе он бесспорно являлся прямым продолжателем Бруно. Величайшим результатом своих телескопических наблюдений Галилей считал открытие множества новых звезд и удавшееся, благодаря этому окончательное решение вопроса о природе Млечного Пути. Этот «Колумб неба» не только называл звезды «солнцами», но и вполне твердо заявил, что звезды «вовсе не рассеяны на одной сфере и не находятся в одинаковых расстояниях от единого центра; их расстояния до нас очень различны».

Идеи Бруно о вселенной полностью воспринял Гюйгенс; он считал, что звезды распределены на равных расстояниях одна от другой и что во всех направлениях число звезд бесконечно. На позициях Бруно стоял и Ньютон: он считал звезды далекими солнцами, так как, изучая их свет при помощи стеклянной призмы, он убедился в том, что «свет неподвижных звезд той же природы, как и свет Солнца».

Постепенное усовершенствование телескопа привело к возникновению «звездной астрономии», которая дала нам возможность проникнуть в необъятную область далеких небесных тел. С тех пор вопросы распределения звезд в мировом пространстве, их числа, величины, взаимных расстояний, удаленности от Солнца, движений и т. д. и т. п.— все это стало особенно сильно волновать умы исследователей.

Одним из основателей звездной астрономии явился неутомимый наблюдатель неба Вильям Гершель (1738—1822), начавший свои работы в 70-х годах XVIII столетия и приобретший мировую известность благодаря открытию планеты Уран в 1781 г.

Еще до исследований Гершеля был высказан ряд интересных соображений о строении вселенной, многие из которых не потеряли своего значения и в настоящее время. Поэтому мы их изложим хотя бы в самых общих чертах.

Мы видели, что Галилей сделал открытие, предвиденное еще Демокритом: при помощи своего телескопа он «разложил» полосу Млечного Пути на звезды. С тех пор стало ясно, что Млечный Путь — это гигантское скопище очень далеких от нас звезд, в отдельности неразличимых глазом. Но почему же мы воспринимаем эти звезды в виде полосы, охватывающей все небо?

В 1750 г., когда о распределении звезд в мировом пространстве почти ничего не было известно, английский ученый Томас Райт (1711 —1786), хотя он и не был астрономом по профессии, пытался дать ответ на этот вопрос и тем самым получить общее представление о строении вселенной. Он издал книгу «Оригинальная теория нового предположения о строении вселенной», в которой высказал уверенность в том, что звезды не разбросаны хаотически, а представляют собою некую организацию. Млечный Путь — это гигантская система звезд, имеющая форму диска или (по его терминологии) «жернова», т. е. кругообразного пласта из звезд. Другими словами, по Райту, — это колоссальная группа звезд, напоминающая по своему виду цилиндр (барабан) с весьма большой площадью обоих оснований, но зато с незначительней толщиной. Солнце находится внутри (где-то около центра) этого мощного пласта звезд, и поэтому мы на фоне звезд видим -светлый круг или пояс, проходящий через весь небосвод. Незначительная толщина «жернова» ведет к тому, что в направлениях, параллельных его основаниям, видно наибольшее число звезд, а в направлениях его толщины, наоборот — наименьшее.

Но Райт на этом не остановился; он также предположил, что Млечный Путь не является единственной звездной системой: существуют и другие «млечные пути», которые мы наблюдаем в телескоп в виде туманностей, белесоватых пятен, которые «неразложимы на звезды». (Первая из них была открыта еще в 1612 г. в созвездии Андромеды.) Таким образом, на взгляд Райта, вся вселенная имеет «островное» строение и является скоплением длинного ряда «млечных путей». Эта его работа была чисто умозрительная; в то время она не могла быть подкреплена доказательствами.

Через пять лет после опубликования книги Райта, в 1755 г., в Германии вышла в свет книга о строении вселенной и происхождении отдельных миров анонимного автора под названием «Общая естественная история и теория неба». Автором ее был в то время совсем неизвестный молодой «домашний учитель», а впоследствии знаменитый философ-идеалист Эммануил Кант (1724—1804). Он развил идеи Райта, высказав при этом ряд новых мыслей о строении Млечного Пути и всей вселенной.

Кант считал, что все наблюдаемые нами звезды образуют одну колоссальную систему, по своему строению похожую на нашу солнечную. Все движения в этой системе обусловлены влиянием центробежной силы и силы тяготения: звезды в ней движутся вокруг какого-то одного центрального тела в общей плоскости Млечного Пути. Отсюда вытекало, что в Млечном Пути существует гигантское «центральное солнце», которое своим могучим притяжением заставляет все звезды обращаться вокруг него. За это «центральное солнце» Кант принял звезду Сириус на том «основании», что эта звезда является наиболее яркой из видимых невооруженным глазом.

Кант проводил аналогию между солнечной системой и Млечным Путем. Он считал, что в мире звезд полоса Млечного Пути играет роль эклиптики. Но Кант развивал эту аналогию, так как он, подобно Райту, считал, что эта система звезд — не единственная во вселенной. На его взгляд, большое число «млечных путей» образует в свою очередь «одно целое», и самая мощная из этих звездных систем своим притяжением регулирует движение других систем.

Взгляды Канта имели такой же умозрительный характер, как и взгляды Райта. В 1761 г. немецкий ученый Ламберт (1728—1777) в сочинении «Космологические письма об устройстве вселенной» развил эти взгляды Канта, причем он всецело стоял на телеологической точке зрения.

Ход мыслей Ламберта таков. Все в природе устроено по известному плану, с определенной целью. Венцом творения в ней являются живые существа, и поэтому вселенная устроена таким образом, чтобы предоставить им наибольшие удобства и наилучшие условия для развития. Органическая жизнь существует не только на Земле, но и на всех планетах солнечной системы. Отсюда и назначение Солнца — согревать и освещать планеты, так как жизнь невозможна без его лучей. Солнце необходимо также для регулирования движения планет: последние, повинуясь тяготению к Солнцу, обращаются вокруг него по замкнутым орбитам, расположенным таким образом, что исключена возможность столкновения планет между собою, ибо подобная катастрофа повела бы к гибели обитателей планет, и цель, преследуемая природой, не была бы достигнута.

Что касается звезд, то по Ламберту, это «солнца», окруженные планетами, т. е. планетных систем во вселенной столько же, сколько существует звезд, и все они приспособлены для существования жизни¹.

Значит, звезды и существуют для того, чтобы освещать и согревать планеты, населенные живыми существами, и управлять их движениями, чтобы не было столкновений. А для того, чтобы планетные системы не могли между собою сталкиваться, движения их должны быть согласованы между собою, подобно движению планет вокруг Солнца.. Поэтому Ламберт считал, что движения звезд совершаются по замкнутым орбитам, мало наклоненным друг к другу, под влиянием тяготения к некоему «центральному солнцу».

Таким образом, думая, что вселенная построена по единому плану, Ламберт разделяет ее на системы различных порядков. Его схема такова: каждая звезда вместе с окружающими ее планетами является системой «первого порядка»; скопление большого числа звезд составляет систему «второго порядка»; соединение звездных скоплений образует систему «третьего порядка» и т. д.

По Ламберту, Млечный Путь и туманности составляют систему «третьего порядка». Вселенная — это иерархия систем, различных порядков, начиная от нашей солнечной системы. В системе Млечного Пути движениями управляет центральное тело чудовищных размеров — темное «центральное солнце»; вокруг него движутся все системы «второго порядка»; в системе «второго порядка», куда входит наше Солнце, движения звезд подчинены «центральному солнцу» гораздо меньших размеров.

Нетрудно понять, почему Ламберт считал темным то «центральное солнце», которое своим могущественным притяжением управляет движением звезд, в том числе и нашего Солнца. От такого массивного тела следовало бы ожидать, что оно будет отличаться от всех прочих звезд, по яркости и по блеску, — а между тем мы не видим этого. Однако это обстоятельство не смутило Ламберта: руководствуясь принципом телеологии» он заключил, что «центральное солнце» должно быть темным, так как ему незачем светить. Согласно такому принципу, наше Солнце и звезды только потому излучают свет и тепло, что в этом нуждаются существа, живущие на планетах. А «центральному солнцу» освещать нечего, ибо планеты имеют свои солнца, и поэтому оно должно быть темным.

Таким образом, в XVIII в. зародилась идея о том, что Млечный Путь является единой звездной системой, которая, подобно солнечной, управляется притяжением «центрального солнца». Существование такого колоссального центрального тела допускал еще в 1847 г. астроном Медлер, но его доводы были признаны несостоятельными и идея «центрального солнца» вскоре была окончательно оставлена. Стало ясно, что звездная система по своему строению вовсе не похожа на планетную, и именно поэтому все попытки найти «центральное солнце» окончились неудачей.

Как мы видели, существование «центрального солнца» Ламберт считал необходимым для устранения столкновения звезд между собою. Но теперь мы знаем, что расстояния между звездами так велики по сравнению с размерами звезд, что вероятность столкновения их даже при совершенно хаотическом движении невообразимо мала.

Что же касается Медлера, то он принимал самую яркую звезду в Плеядах — Альциону — за центральное солнце не совсем в духе Ламберта: он не считал, что эта звезда своим притяжением управляет звездными движениями. Звезды могут описывать эллиптические орбиты и при отсутствии центральной массы, просто под влиянием тяготения к общему центру тяжести, в котором может и не находиться никаких притягивающих масс. В этом случае время обращения звезды вокруг общего центра тяжести будет зависеть от распределения звезд в пространстве, от формы звездной системы. Например, в системе, где звезды распределены равномерно внутри некоторой сферы, они должны совершать оборот в одно и то же время, т. е. такая система должна вращаться подобно колесу. Медлер считал, что звездная система Млечного Пути подходит под эту именно систему (напоминает шарообразное звездное скопление), и Альциона находится просто случайно вблизи центра тяжести всей системы, вокруг которого и обращаются.

Ниже мы увидим, что в изложенных воззрениях Райта, Канта и Ламберта заключается рациональное зерно, сохранившее свое значение в науке. Пока же отметим, что представление о Млечном Пути, как о единой системе звезд, ныне полностью обосновано. Астрономы называют эту звездную систему галактической системой, или Галактикой с большой буквы (от греческого слова «галактикос» — млечный).

Когда Вильям Гершель поставил задачу выяснить строение Млечного Пути и всего вообще звездного мира в целом, наука не имела никаких данных о звездных расстояниях и о характере распределения звезд в мировом пространстве. Гершель решил путем статистических подсчетов звезд, видимых в поле зрения мощного телескопа, определить форму и размеры Млечного Пути. В результате этого простого наблюдательного метода (названного методом «черпаков» или «промеров») Гершель обнаружил следующее важное обстоятельство: у «полюсов» Млечного Пути число звезд наименьшее, но оно постепенно возрастает с приближением к «экватору» Млечного Пути, где становится наибольшим. Это указывает на то, что Млечный Путь есть своего рода «остов» всех звезд, доступных телескопу Гершеля, т. е. все эти звезды «образуют» единую звездную систему, по форме напоминающий тот диск или «жернов», о котором говорил Райт.

Предложенная В. Гершелем в 1789 г. схема Галактики с двумя ветвями, образующими как бы глубокий «залив», с Солнцем вблизи центра (сам В. Гершель вскоре признал ее неправильной и подверг ее изменению).

Взгляды Гершеля на строение Галактики подверглись изменению, но непреложным оказалось его заключение, что наше Солнце и все наблюдаемые звезды глубоко погружены в пласт Млечного Пути, составляя неотъемлемую часть этой огромной звездной системы. Сын этого астронома — Джон Гершель, применяя тот же метод и пользуясь тем же телескопом, в результате обследования южного неба, подтвердил это важное заключение и для ветви Млечного Пути, видимой в южном полушарии.

Вильям Гершель.

Что касается туманностей, то Вильям Гершель относил их по природе и роли во вселенной к двум совершенно различным категориям. Одни из них являются «первичной туманной материей» («сияющая? жидкость»), из которой образуются звезды; причем все небесные объекты этого рода входят в состав нашей галактической системы. Другие же туманности Гершель считал далекими от нас отдельными, совершенно самостоятельными гигантскими звездными системами, находящимися далеко за пределами нашего Млечного Пути, но в общем аналогичными этому миру звезд. Таким образом, Гершель подобно Райту и Канту допускал «островное» строение вселенной: он считал, что вселенная состоит из бесчисленного ряда галактик.

Работы Вильяма Гершеля имели большое историческое значение, так как они привлекли внимание астрономов к звездному миру в целом, показав, что (вопрос о строении вселенной может быть разрешен путем наблюдений, подсчетов числа звезд и т. д.

Следующий крупный шаг был сделан в 1847 г. выдающимся русским астрономом, основателем и первым директором знаменитой Пулковской обсерватории, Василием Яковлевичем Струве (1793—1864), который должен быть отнесен к числу основателей звездной астрономии.

В. Я. Струве установил, что средняя линия Млечного Пути совпадает с центральной линией сгущения всех звезд — даже тех которые лежат далеко за пределами светящейся полосы Млечного Пути. Благодаря исследованиям В. Я. Струве стало ясно, что сгущение звезд около полосы Млечного Пути и сам Млечный Путь—это в сущности не разные вещи, а одно и то же. До того времени в соответствии с работами Гершеля считали, что явление Млечного Пути должно быть приписано лишь тому, что в направлении галактического экватора звезды расположены дальше. Струве доказал, что явление Млечного Пути вызвано не только этим обстоятельством, но также и реальным сгущением (увеличением «плотности») звезд к галактической плоскости. Следовательно, звезды распределены в нашей галактической системе неравномерно. Впрочем, уже в 1817 г. Гершель понял ошибочность предположения о равномерном распределении звезд в пространстве; однако только работы Струве окончательно разрешили этот вопрос.

В. Я. Струве принадлежит к числу тех трех астрономов, которые впервые, одновременно и независимо друг от друга, определили звездные расстояния. Его результат оказался особенно надежным в смысле правильности.

Василий Яковлевич Струве..

Чрезвычайно важно и то, что в изучении строения звездной системы Струве впервые стал применять статистический метод, т. е. прием изучения массовых явлений. Огромнейшее научное значение имела та работа Струве, которая привела его к открытию поглощения света далеких звезд и к довольно точному определению числового значения этого эффекта. Благодаря «космическому поглощению» более далекие звезды кажутся менее яркими, а вследствие этого наблюдаемые расстояния нами невольно переоцениваются. Без учета этого явления невозможно получить правильное представление о вселенной.

Открытие космического поглощения составило эпоху в современной науке о строении вселенной и явилось величайшим вкладом в астрономию невидимого. Если раньше астрономы могли изучать только светящуюся материю (преимущественно сосредоточенную в звездах), то теперь появилась возможность приступить к изучению огромных облаков рассеянной темной материи. Однако это великое открытие Струве, опубликованное в 1847 г., упорно замалчивалось иностранными учеными. Свое полное подтверждение оно получило лишь в 1930 г. в работе Тремплера, и с тех пор проблема темной космической материи заняла в астрономии очень важное место. Решающий же вклад в эту область сделан советской наукой в результате детальных исследований, проведенных М. С. Эйгенсоном в Пулкове, начиная с 1938 г.

Вообще в изучении строения вселенной важнейшие достижения были добыты (преимущественно путем фотографии и спектрографии) лишь на наших глазах, в течение примерна последних трех десятилетий, так как они связаны, главным образом, с изготовлением крупнейших зеркальных телескопов. В разработке же имеющегося материала, в выдвижении новых плодотворных идей в последние годы на первом месте идут советские астрономы — Амбарцумян, Фесенков, Шайн, Огородников, Паренаго, Кукаркин и другие.