Русская астрономия на рубеже двух столетий

Однажды, в 1873 году, после одной из своих университетских лекций Ф.А. Бредихин обратился к студентам с просьбой помочь ему в организации механических работ на Московской обсерватории. Дело в том, что при работе с астрономическими инструментами часто бывает необходимо производить мелкие слесарные и токарные работы по металлу. Среди студентов нашелся лишь один, хорошо знакомый с механическими работами и охотно откликнувшийся на призыв Бредихина. Это был будущий знаменитый русский астрофизик Аристарх Аполлонович Белопольский (1854—1934).

А.А. Белопольский.

Он родился в Москве, в семье воспитателя одной из московских гимназий. С детства Белопольский увлекался мастерством и проявлял большие способности к механике. Окончив гимназию, он в 1873 году поступил в Московский университет. Однако тяга к экспериментальным работам у Белопольского была настолько велика, что будучи студентом первого курса он одновременно поступил на работу в качестве рабочего в железнодорожное депо Ярославской железной дороги. Эта характерная черта Белопольского ярко сказалась и во всей его дальнейшей научной деятельности.

А.А. Белопольский был прежде всего великолепный наблюдатель и блестящий экспериментатор. По окончании им Московского университета в 1877 году, он был оставлен при университете для подготовки к профессорскому званию. Одновременно Белопольский вел активную научную работу на Московской обсерватории. В этот период он исследовал движение звезд в мировом пространстве, поверхность Марса, падающие звезды. Однако главные заслуги А.А. Белопольского относятся к тогда еще весьма молодой отрасли астрофизики — астроспектроскопии.

Белопольского следует считать основателем и создателем русской астроспектроскопии. Эта отрасль астрономии занимается главным образом изучением состава и движений небесных тел. Основным инструментом исследования служит спектроскоп.

В простейшем случае этот прибор состоит из двух трубок и трехгранной стеклянной призмы между ними. Первая трубка, называемая коллиматором, имеет с одного конца узкую щель, а с другого — двояковыпуклую стеклянную линзу, причем цель находится в фокусе линзы. При этом лучи света, падающие от источника на щель спектроскопа, выходят из коллиматора параллельным пучком. Встречая на своем пути трехгранную стеклянную призму, они преломляются в ней и разлагаются на составные цвета, благодаря чему на белом экране за призмой мы наблюдаем изображение цветной радужной полоски — так называемый спектр. Этот спектр и рассматривается во вторую трубу спектроскопа, которая является обычной зрительной трубой.

В астрономии часто вместо зрительной трубы в этом случае употребляют фотокамеру, которая дает возможность фотографировать спектр. Тогда мы получаем вместо спектроскопа так называемый спектрограф.

Спектры небесных тел в большинстве случаев представляют собой цветные радужные полоски с множеством поперечных темных линий. По характеру и положению этих линий астрономы определяют состав небесных тел.

Первые спектроскопические наблюдения в России были начаты А.А. Белопольским на Московской обсерватории. Однако полного расцвета спектроскопические исследования Белопольского достигли в Пулкове, куда он, как астрофизик, был переведен по настоянию Бредихина в 1890 году.

Одной из важнейших работ Белопольского, стяжавшей ему мировую славу, было опытное подтверждение известного в физике и астрономии принципа Допплера-Физо. Этот принцип заключается в том, что если источник света, например звезда, приближается к наблюдателю, то линии в его спектре смещаются к фиолетовому концу, если же источник света от нас удаляется, линии в его спектре смещаются к красному концу. При этом по величине смещения можно вычислить скорость, движения источника света. Таким образом, наблюдая в спектроскоп небесные тела, мы можем, обнаружив смещение спектральных линий, определить, как и с какой скоростью движется звезда. В те времена правильность этого принципа оспаривалась многими крупнейшими иностранными учеными.

Белопольский изобрел специальный прибор, главной частью которого были вращающиеся зеркала. С помощью этого прибора он весьма остроумно и просто доказал правильность принципа Допплера-Физо.

Вторая важная работа Белопольского, основанная на применении принципа Допплера-Физо, относится к исследованию-кольца Сатурна. Направляя щель спектрографа на различные участки кольца Сатурна, Белопольский по смещению спектральных линий обнаружил, что кольцо вращается не как твердое целое, а по частям, причем отдельные его части обращаются вокруг Сатурна с различным периодом. Объяснение этому факту могло быть только одно — кольцо Сатурна состоит из роя мелких твердых тел (метеоритов), обращающихся вокруг планеты. К такому же выводу пришла известная русская женщина-математик Софья Васильевна Ковалевская (1847—1889). На основании сложного математического исследования вопроса об устойчивости колец Сатурна, она пришла к выводу, что эти кольца не находились бы в устойчивом состоянии, если бы представляли собой сплошные или жидкие тела.

Поэтому единственно возможным является вывод, что кольца Сатурна имеют метеоритное строение.

Таким образом метеоритная природа кольца Сатурна была впервые установлена А.А. Белопольским и С.В. Ковалевской.

Большое значение имеют проведенные Белопольским исследования Солнца и солнечных пятен. Солнце — это гигантский раскаленный газовый шар. Оно вращается вокруг своей оси не как твердое тело: разные его зоны движутся по-разному — экваториальные быстрее, полярные медленнее. Законы движения этих отдельных зон и были впервые исследованы Белопольским. Им же были тщательно исследованы движения газов в солнечных пятнах, которые, как мы теперь знаем, представляют собой колоссальные вихри раскаленных газов.

Белопольский в течение многих лет занимался фотографированием звездных спектров. Собранная им коллекция звездных спектров — до сих пор единственная в своем роде. Исследуя спектры особого класса переменных звезд (так называемых цефеид), Белопольский открыл, что изменения яркости этих звезд объясняются их периодической пульсацией. Несколько раньше этого открытия гипотезу о пульсации цефеид впервые выдвинул известный московский физик профессор Умов.

Имя Белопольского, основателя русской астроспектроскопии, наряду с именем Бредихина, высоко чтится учеными всех стран.

Соратником Белопольского и Бредихина в их работах на Московской обсерватории был известный русский астроном Витольд Карлович Цераский (1849—1926). Цераский явился основателем еще одной отрасли русской астрономии — астрофотометрии.

В задачу этой отрасли астрономии входит изучение яркости (а по яркости и других физических свойств) небесных тел. Для измерения яркости небесных тел употребляются специальные приборы — астрофотометры.

Окончив Московский университет, Цераский начал работать на Московской обсерватории сначала в должности скромного вычислителя, а затем, в течение четверти века, и ее директором. Под его непосредственным руководством Московская обсерватория была пополнена новыми совершенными инструментами. Основное здание и территория обсерватории были значительно расширены, а главная башня надстроена и снабжена новым вращающимся куполом для того, чтобы вместить в себя новый 15-дюймовый телескоп-астрограф. Кроме того, в 1903 году была выстроена отдельная башня для 7-дюймового телескопа с очень редким, высококачественным объективом. Это переоборудование выдвинуло Московскую обсерваторию на одно из первых мест среди русских обсерваторий.

За долгие годы своей работы на Московской обсерватории Цераский усовершенствовал и изобрел ряд фотометрических инструментов. Вместе с тем, он исследовал яркости многих звезд, открыв в 1879—80 годах две новые переменные звезды¹, которых в те времена было известно (сравнительно) немного.

В 1885 году Цераский обнаружил ночные, светящиеся серебристым светом облака, до него никем не изученные, и определил, совместно с Белопольским, их высоту над Землей. Оказалось, что это чрезвычайно высокие облака, плавающие на высоте около 82 км над земной поверхностью. Как мы теперь знаем, серебристые облака имеют космическое происхождение — они состоят из продуктов разрушения метеорных тел, вторгающихся в земную атмосферу.

Весьма интересны работы Цераского по определению температуры Солнца. Цераский сконструировал огромное вогнутое зеркало поперечником 1,5 м и, собрав солнечные лучи в фокусе этого зеркала, получил там чрезвычайно высокую температуру. Произведя подсчеты на основании этого опыта, он пришел к выводу, что температура солнечной поверхности не менее 3500°. Впоследствии другой астроном, на основании исследования Цераского, вычислил температуру Солнца, весьма близкую к современному ее значению.

Вместе с Цераским на Московской обсерватории успешно работал другой известный советский астроном Павел Карлович Штернберг (1865—1920).

С 1892 по 1903 год Штернберг занимался исследованием изменения географической широты Московской обсерватории в связи с движением земных полюсов. Дело в том, что внутри Земли, при ее вращении вокруг оси, происходит постепенное перераспределение масс, благодаря чему земная ось в разные моменты проходит через разные точки земной поверхности, т. е. положение земных географических полюсов все время меняется. Хотя эти изменения по своей величине незначительны (порядка нескольких метров), они все же сказываются заметным образом на изменении географических широт всех пунктов Земли. И вот, Штернберг на основании весьма тонких и точных исследований широты Московской обсерватории, исследовал ее изменения, что сыграло большую роль в развитии теории движения земных полюсов.

Когда в 1903 году в обсерватории был установлен новый 15-дюймовый астрограф, Штернберг начал с его помощью систематические исследования двойных звезд. Эти исследования впоследствии дали возможность изучить движения звезд в двойных системах друг относительно друга. Кроме этого Штернберг на том же 15-дюймовом астрографе проводил систематическое фотографирование звезд и других небесных объектов, что послужило базой для дальнейших исследований в этой области.

В 1916 году Штернберг произвел в окрестностях Москвы измерения силы тяжести и обнаружил некоторые аномалии (отклонения от нормы), что помогло впоследствии исследовать геологическое строение ближайших районов Подмосковья.

Замечательно то, что в лице Штернберга сочетался крупный ученый-астроном и выдающийся революционный деятель. В дни декабрьского восстания 1905 года Штернберг оказал большую помощь восставшим. Пользуясь своим положением ученого-астронома и введя в заблуждение полицию, он произвел необходимые съемки местности в районе Красной Пресни. На основании этих съемок была составлена затем необходимая для боевых дружин подробная карта этого района.

Штернберг принимал активное участие в Великой Октябрьской социалистической революции сначала в качестве члена Московского военно-революционного комитета, а затем, в годы гражданской войны, как комиссар одного из фронтов.

Смерть застала его на полях сражений в 1920 году. Имя этого пламенного большевика-астронома теперь носит Московский государственный астрономический институт.

Заканчивая описание дореволюционного периода развития русской астрономии, подведем следующие основные итоги.

Русская астрономия, как наука, возникнув в Петровскую эпоху, далее постепенно развивалась в борьбе с реакционным идеалистическо-религиозным мировоззрением. Несмотря на засилие церкви, слабое экономическое развитие нашей страны, а также враждебное отношение царизма к народному просвещению, Россия дала миру ряд крупнейших астрономов, чьи работы свидетельствуют о талантливости народов нашей страны, в особенности русского народа. Труды М.В. Ломоносова окончательно утвердили в нашей стране правильное научное коперниканское мировоззрение. Создание в XIX веке Пулковской, Московской и других русских обсерваторий явилось основой для развития русской астрономии. Работы крупнейших русских астрономов Ломоносова, Струве, Бредихина, Белопольского, Цераского, Штернберга и других прочно завоевали русской астрономии почетное место в мировой науке.

Однако полного расцвета отечественная астрономия достигла лишь после Великой Октябрьской социалистической революции, когда были созданы особенно благоприятные условия для развития всех наук, в том числе и астрономии.

Примечания

1. Переменные звезды — звезды, меняющие свою яркость.