Вильям Гершель


XVII век ознаменован блестящими успехами в астрономии, связанными с открытиями Галилея, Кеплера, Гюйгенса, Гевелия, Ньютона и других выдающихся астрономов. Но и на рубеже XVII и XVIII вв. астрономия ограничивалась знаниями о солнечной системе. О природе звезд, о расстояниях между ними, об их распределении в пространстве еще ничего не было известно. Первые открытия в этом направлении были сделаны в начале XVIII в. Английский астроном Э. Галлей (1656—1742) обнаружил собственное движение сначала у трех звезд, а потом оно было открыто и у многих других звезд. Его соотечественник — астроном Дж. Брадлей (1693—1762) хотя и потерпел неудачу в попытках точно измерить расстояния до звезд, но пришел к правильному выводу, что даже ближайшие звезды отстоят от нас не менее чем на десятки триллионов километров.

Вильям Гершель.
Вильям Гершель.

В середине XVIII в. и в начале второй его половины англичанин Т. Райт (1711—1786) и немецкие ученые И. Кант (1724—1804) и И. Ламберт (1728— 1777) впервые высказали предположения, что Млечный Путь — не случайное собрание звезд, а целостная система, в которой движения звезд совершаются вокруг общего центра притяжения (таким центром будто бы является исполинское «центральное Солнце»). Все это были догадки — смелые и для своего времени ценные, а подкрепить их данными наблюдений было невозможно. Телескопы, имевшиеся в распоряжении астрономов, были для этого еще слишком слабы.

Первые попытки глубже проникнуть в тайну строения звездной Вселенной путем тщательных наблюдений при помощи возможно более сильных телескопов связаны с именем знаменитого астронома В. Гершеля (1738—1822).

Вильям Гершель родился и вырос в Ганновере (Германия) в семье военного музыканта, и сам проявил выдающиеся способности в музыке. В возрасте 19 лет он переехал в Англию и здесь приобрел известность в качестве музыканта-педагога.

Но музыка была только профессией, а не главным его призванием. Все свое свободное время Гершель посвящал изучению астрономии и тех наук, без которых нельзя стать астрономом — математики и физики.

Однако это было только скромным началом в научном развитии Гершеля. Он обнаружил незаурядные способности в конструировании й изготовлении астрономических инструментов и в особенности телескопов-рефлекторов, для которых Гершель сам шлифовал зеркала за неимением средств для их покупки. Сперва он изготовил небольшой телескоп с трубой длиной всего 2,1 м. Потом Гершель изготовлял телескопы все больших п больших размеров. Вершиной его достижений был построенный в 1789 г. телескоп — гигант по тому времени, с трубой длиной 12 м и зеркалом диаметром 122 см. Этот телескоп оставался непревзойденным до 1845 г., когда ирландский астроном В. Парсонс (1800—-1867) построил еще больший телескоп — длиной почти 18 ж и с зеркалом диаметром 183 см.

Уже с 1775 г., пользуясь инструментами значительно меньших размеров, Гершель начал проводить систематические обозрения неба. В 1781 г. он открыл новое светило, которое вначале ошибочно принял за комету. Но, как доказал в том же году петербургский астроном академик А. И. Лексель, это была новая планета — Уран. Позднее Гершель открыл два спутника Урана и два спутника Сатурна. Таким образом, с именем Гершеля связано открытие нескольких небесных тел в солнечной системе. Но не в этом главное значение его деятельности.

И до Гершеля было известно несколько десятков двойных звезд. Но такие звездные пары рассматривались как случайные сближения составляющих их звезд и не предполагалось, что двойные звезды широко распространены во Вселенной. Гершель тщательно исследовал разные участки неба на протяжении многих лет и открыл свыше 400 двойных звезд. Он исследовал расстояния между составляющими (в угловых мерах), их цвет и видимый блеск. В отдельных случаях звезды, считавшиеся ранее двойными, оказывались тройными и четверными (кратные звезды). Гершель пришел к выводу, что двойные и кратные звезды — это системы звезд, физически связанных между собой и, как он убедился, обращающихся вокруг общего центра тяжести, согласно закону всемирного тяготения. Гершель был первым в истории науки астрономом, систематически исследовавшим двойные звезды.

С давних времен были известны яркая туманность в созвездии Ориона, а также туманность в созвездии Андромеды, видимые невооруженным глазом. Но только в XVIII в. по мере совершенствования телескопов было открыто много туманностей. Кант и Ламберт считали, что туманности — это целые звездные системы, другие Млечные Пути, но удаленные на колоссальные расстояния, на которых не могут быть различимы отдельные звезды.

Гершель проделал огромную работу, открывая и изучая новые туманности. Он использовал для этого все увеличивающуюся силу своих телескопов. Достаточно сказать, что составленные им на основе его наблюдений каталоги насчитывают около 2500 туманностей. Задачей Гершеля было, однако, не просто отыскание туманностей, а раскрытие их природы. В его мощные телескопы многие туманности отчетливо разделялись на отдельные звезды и оказывались, таким образом, далекими от солнечной системы звездными скоплениями. В некоторых случаях туманность оказывалась звездой, окруженной туманным кольцом. Но другие туманности не разделялись на звезды даже при помощи самого мощного — 122-сантиметрового телескопа.

Сперва Гершель заключил, что почти все туманности в действительности являются собраниями звезд и самые дальние из них также разложатся на звезды в будущем — при наблюдениях в еще более мощные телескопы. При этом он допускал, что некоторые из этих туманностей представляют собой не звездные скопления в пределах Млечного Пути, а самостоятельные звездные системы. Дальнейшие исследования заставили Гершеля углубить и дополнить свои взгляды. Мир туманностей оказывался более сложным и многообразным, чем это ранее можно было предполагать.

Продолжая неутомимо наблюдать и размышлять, Гершель признал, что многие из наблюдаемых туманностей вообще нельзя разложить на звезды, так как они состоят из гораздо более разреженного вещества («светящейся жидкости», как думал Гершель), чем звезды.

Таким образом, Гершель пришел к выводу, что туманное вещество, как и звезды, широко распространено во Вселенной. Естественно, возникал вопрос о роли этого вещества во Вселенной, о том, не является ли оно материалом, из которого возникли звезды. Еще в 1755 г. И. Кант выдвинул гипотезу об образовании целых звездных систем из первоначально существовавшего рассеянного вещества. Гершель высказал смелую мысль, что различные виды неразложимых туманностей представляют собой разные стадии образования звезд. Путем уплотнения туманности из нее постепенно образуется либо целое скопление звезд, либо одна звезда, которая в начале своего существования еще окружена туманной оболочкой. Если Кант считал, что все звезды Млечного Пути когда-то образовались одновременно, то Гершель впервые предположил, что звезды имеют разный возраст и образование звезд продолжается непрерывно; оно происходит и в наше время.

Эта идея Гершеля была потом забыта, и ошибочное мнение о единовременном происхождении всех звезд в далеком прошлом долго господствовало в науке. Только в последнее десятилетие на основе огромных успехов астрономии XX в. и в особенности трудов советских ученых установлено различие возраста звезд. Изучены целые классы звезд, бесспорно существующих немногие миллионы лет, в отличие от других звезд, возраст которых определяется миллиардами лет. Взгляды Гершеля на природу туманностей в общих чертах подтверждены современной наукой, установившей, что газовые и пылевые туманности широко распространены в нашей и в других галактиках. Природа этих туманностей оказалась еще сложнее, чем это мог предполагать Гершель.

Вместе с тем Гершель и в конце жизни был убежден, что некоторые туманности являются далекими звездными системами, которые со временем будут разложены на отдельные звезды. И в этом он, так же как Кант и Ламберт, оказался прав.

Как уже было сказано, в XVIII в. было обнаружено собственное движение многих звезд. Гершелю путем расчетов удалось в 1783 г. убедительно доказать, что и наша солнечная система движется по направлению к созвездию Геркулеса.

Но главной своей задачей Гершель считал выяснение строения звездной системы Млечного Пути, или нашей Галактики, ее формы и размеров. Этим он занимался несколько десятилетий. В его распоряжении не было тогда данных ни о расстояниях между звездами, ни об их размещении в пространстве, ни об их размерах и светимости. Не имея этих данных, Гершель предположил, что все звезды имеют одинаковую светимость и распределены в пространстве равномерно, так что расстояния между ними более или менее одинаковы, а Солнце находится около центра системы. При этом Гершель не знал явления поглощения света в мировом пространстве и считал, кроме того, что его телескопу-гиганту доступны и даже самые далекие звезды Млечного Пути. С помощью этого телескопа он производил подсчеты звезд в различных участках неба и пытался определить, как далеко в том или ином направлении простирается наша звездная система.

Но исходные предположения Гершеля были ошибочны. Мы знаем теперь, что звезды различаются между собой по светимости и что распределены они в Галактике неравномерно. Галактика настолько велика, что границы ее не были доступны даже телескопу-гиганту Гершеля. Поэтому он не мог прийти к правильным выводам о форме Галактики и о положении в ней Солнца, а размеры ее он сильно преуменьшил. Позже, в 40-х годах XIX в., В. Я. Струве правильнее подошел к решению этих вопросов. Но Струве справедливо расценил Гершеля как своего предшественника, как первого астронома, который смело поставил перед собой такую сложную задачу.

Гершель занимался и другими вопросами астрономии. Между прочим, он разгадал сложную природу солнечного излучения и сделал вывод, что в состав его входят световые, тепловые и химические лучи (излучение, не воспринимаемое глазом). Иначе говоря, Гершель предвосхитил открытие лучей, выходящих за пределы обычного солнечного спектра — инфракрасных и ультрафиолетовых.

Гершель начал свою научную деятельность как скромный любитель, имевший возможность посвятить астрономии только свое свободное время. Преподавание музыки долго оставалось для него источником средств к существованию. Только в пожилом возрасте он приобрел материальные возможности для занятий наукой. Свое увлечение астрономией Гершель сумел передать своим родным и близким. Его сестра Каролина Гершель (1750—1848) много помогала ему в научных работах. Она сама вела наблюдения неба и открыла несколько комет. Его сын Джон Гершель (1792—1871) был одним из наиболее выдающихся английских астрономов XIX в. Его популярная книга «Очерки астрономии» была переведена на русский язык и сыграла большую роль в распространении астрономических знаний в нашей стране.