Текст книги "Гонка за Нобелем"

Глава 3
Краткая история машин времени

Путешествие, которое мы с вами собираемся предпринять, ведет нас к началу Вселенной. Но чтение космического пролога требует особых очков, набора линз, и придумал их не кто иной, как великий Галилео Галилей, в одну из теплых июньских ночей 1609 года.

В ту ночь Галилей сделал то, чего никто никогда до него не делал: он смотрел в небо через зрительную трубу. Эту трубу он создал, прямо скажем, нечестным путем, совершив один из смертных грехов научного мира: плагиат. Некоторое время назад его друг Паоло Сарпи рассказал ему о новом изобретении одного голландского оптика, способном зрительно приближать удаленные объекты. Хотя Галилей никогда не видел этого голландского устройства, он не только сумел воспроизвести его конструкцию, но и значительно ее усовершенствовать. Вскоре его perspiculum («перспективная», или подзорная, труба) стала самым коротким из рычагов, созданных когда-либо для того, чтобы сдвинуть Землю.

Конструкция трубы была предельно проста: две стеклянные линзы внутри свинцовой трубки. Одна сторона каждой линзы была плоской. Другая сторона у одной из линз была выпуклой, как чечевица (на самом деле слово «линза» происходит от латинского слова lens – «чечевичное зернышко»), а у второй – вогнутой. Обе линзы имели около 5 см в диаметре. Обращенная к объекту линза, объектив, находилась на расстоянии вытянутой руки от той, к которой наблюдатель прикладывал свой глаз. Комбинация этих линз, расположенных на правильном расстоянии друг от друга, многократно увеличивает отображение удаленных предметов.

После той исторической июньской ночи Галилей продолжил дорабатывать свое устройство. Вскоре он добился 30-кратного увеличения, уменьшил оптические искажения и дополнил прибор регулируемой треногой, что было весьма полезно, поскольку труба стала гораздо больше и тяжелее. Голландская «зрительная труба» была всего лишь забавной вещицей. Усовершенствованная Галилеем, она превратилась в мощный научный инструмент – телескоп (от греческого «далеко смотрю»). Не чуждый ничему человеческому, Галилей быстро сообразил, что телескоп может сделать его богатым. У него было несколько незаконнорожденных детей и брошенных любовниц, которых приходилось содержать. Пока Галилей обладал монополией, он мог продать свою улучшенную подзорную трубу тому, кто предложит самую высокую цену, – желающих купить нашлось бы немало. Например, телескоп был бы чрезвычайно полезен в военном деле. С его помощью военные моряки могли обнаруживать вражеские флотилии, едва те появлялись на горизонте, таким образом исключая возможность внезапного нападения.

Прежде всего требовалось сохранить монополию. Галилей не доверял никому. Он бдительно охранял свое изобретение, пока не подготовился обнародовать его, и обратился за кредитом[27]27
  Mario Biagioli, Galileo’s Instruments of Credit: Telescopes, Images, Secrecy (Chicago: University of Chicago Press, 2006).


[Закрыть]. Развернув публичную кампанию в духе реалити-шоу Shark Tank[28]28
  Shark Tank – американское телешоу, в котором начинающие предприниматели пытаются продать свои идеи крупным инвесторам. На российском телевидении аналог идет под названием «Акулы бизнеса». – Прим. пер.


[Закрыть], он в конце концов продал свой телескоп – точнее, несколько готовых телескопов – венецианскому дожу и сенату. Галилей также добился того, чтобы ему дали пожизненную профессуру в Пизанском университете и удвоили жалованье. (Как профессор, я искренне преклоняюсь перед деловой хваткой коллеги. Он не только мгновенно получил постоянную работу, но и удвоил свои вложения в бизнес.)

Разумеется, Галилей вошел в историю науки не своей молниеносной карьерой, которой особенно завидуют астрономы. Он первый открыл возможности телескопического зрения, и ему стали доступны любые плоды с древа познания. Представьте себе, что вы построили собственный Большой адронный коллайдер – самый мощный в мире ускоритель частиц. Согласен, это не входит в список желаний большинства нормальных людей. Тем не менее допустим, вы можете использовать его по своему усмотрению. С какой легкостью вы открыли бы все субатомные частицы, не боясь конкуренции со стороны других ученых!

Разумеется, даже лучшие инструменты в руках невежды ни на что не способны. К тому же для того, чтобы наилучшим образом распорядиться своим талантом и инструментами, нужны желание и страсть. Вот почему космологи учатся так долго: четыре года бакалавриата по физике плюс еще лет десять аспирантуры и работы после получения ученой степени. Мы жаждем знаний и мудрости, чтобы максимально реализовать возможности этих мощных инструментов, будь то телескопы, или суперкомпьютеры, или даже наши собственные мозги.

Ошибки, их было немного[29]29
  В оригинале название заголовка «Mistakes, I have made a few», вероятно, отсылает к песне Фредди Меркьюри «We Are The Champions». – Прим. ред.


[Закрыть]

К счастью для науки, Галилей обладал не просто техническим талантом, его отличали необычайные любознательность, неутомимость и последовательность в работе. Он был первым физиком в истории человечества и первым, кто начал заниматься наблюдательной астрономией с помощью телескопа. Некоторые даже утверждают, что Галилей был первым настоящим ученым – первым, кто использовал научный метод, в том числе итеративный подход к сбору фактов и уточнению модели.

В отличие от Ньютона, который увлекался алхимией и другими сомнительными идеями, или Аристотеля, чьи «законы природы», по сути, все оказались неверны, научная репутация Галилея – одна из самых непогрешимых. Отчасти этим он обязан строгой самоцензуре: Галилей старался не распространяться о собственных ошибках. Он также был искусным селф-промоутером и никогда не упускал возможности заявить о приоритете своих открытий, особенно если те обещали принести деньги[30]30
  Поразительно, что немецкий астроном Симон Марий открыл спутники Юпитера (и задокументировал свое открытие) через день после Галилея. См.: J. M. Pasachoff, “Simon Marius’s Mundus Iovialis: 400th Anniversary in Galileo’s Shadow,” Journal for the History of Astronomy 46, no. 2 (2015): 218–34, http://journals.sagepub.com/doi/full/10.1177/0021828615585493.


[Закрыть]. Духа состязательности ему было не занимать. Галилей был так озабочен тем, чтобы сохранить за собой пальму первенства, что намеренно скрывал свои открытия от главного конкурента – немецкого астронома Иоганна Кеплера, который первым из ученых правильно описал движение планет.

В своем революционном сочинении «Звездный вестник» (Sidereus Nuncius) Галилей писал с безграничной уверенностью: «Великим, конечно, является то, что сверх бесчисленного множества неподвижных звезд, которые природная способность позволяла нам видеть до сего дня, добавились и другие бесчисленные и открылись нашим глазам никогда еще до сих пор не виденные, которые числом более чем в десять раз превосходят старые и известные»[31]31
  Галилео Галилей. «Звездный вестник» (Galileo Galilei, Sidereus Nuncius, Venice: Thomas Baglioni, 1610). Следы влияния астрологии на астрономию мы видим по сей день: так, в романских языках дни недели названы в честь Солнца, Луны и богов, управляющих планетами, видимыми невооруженным глазом.


[Закрыть],[32]32
  Здесь и далее цитаты на русском приведены по изданию: Галилей Г. Избр. труды в 2 т. Т. 1: Пер. И. Н. Веселовского. – М.: Наука, 1964. – Прим. пер.


[Закрыть]. Маэстро никогда не боялся раздвигать границы своих теорий. Как показало дальнейшее развитие событий, ему следовало быть осторожнее.

Тем не менее грандиозность его притязаний простительна. Помимо того что публичные заявления помогали Галилею утвердить собственный приоритет, он был вправе гордиться своими успехами, достигнутыми несмотря на существенное отставание астрономии того времени от других научных дисциплин. Надо сказать, что астрономии вообще не под силу конкурировать с другими экспериментальными науками. Даже современные астрономы не могут проводить настоящие научные эксперименты с изучением причинно-следственных связей – испытания, где используются переменные, которые можно произвольно менять, или контрольные параметры, которые можно поддерживать, изолируя влияние переменных факторов. Астрономы не могут создать в лаборатории черную дыру, потом изменить какие-то условия, посмотреть, что произойдет, и после этого сравнить результат с реальностью. Нам остается лишь вылавливать «обломки кораблекрушений», которые электромагнитные волны приносят из космоса к земным берегам, и тщательно изучать их с помощью наших телескопов.

Великие дебаты

До Галилея не было даже этого. Родившись из астрологии, предсказывающей будущее земных событий на основе небесных явлений (и никогда не стремившейся к научной доказательности), астрономия вынужденно довольствовалась ограниченными данными. Тем не менее эти первые астрономы проделали ценную работу: они накопили архивные данные, которые, оказавшись в руках Кеплера и Галилея, позволили тем пошатнуть господствующие догмы своей эпохи и положить начало так называемым Великим дебатам.

Великие дебаты – это многовековые споры о том, действительно ли человечество принадлежит привилегированному классу наблюдателей, оказавшихся в нужное время в нужном месте Вселенной. Все началось с заявления польского астронома Николая Коперника, что в центре Солнечной системы, которая в те времена считалась всей Вселенной, находится Солнце[33]33
  Историк, специализирующийся на истории астрономии, Оуэн Гингрич, предположил, что Коперник мог знать о ранних гелиоцентрических идеях Аристарха Самосского. См.: O. Gingerich, “Did Copernicus Owe a Debt to Aristarchus?” Journal for the History of Astronomy 16, no. 1 (1985): 37, http://adsabs.harvard.edu/full/1985JHA….16…37G.


[Закрыть]. Тем самым Коперник низвел статус Земли от центра мироздания до скромной рядовой планеты, вращающейся вокруг Солнца среди пяти других планет. Его дерзкая теория была пощечиной Птолемею, астроному II века н. э., чья геоцентрическая модель мира, помещавшая Землю в центр Вселенной, незыблемо держалась вот уже больше тысячелетия. После смерти Птолемей обрел мощного сторонника – католическую церковь, согласно которой из текстов Священного Писания следует, что все сущее в космосе вращается вокруг Земли.

В январе 1610 года Галилей сделал зарисовки Луны, после чего обратил внимание на два самых ярких странствующих тела в ночном небе – Венеру и Юпитер. (Само слово «планета» на древнегреческом означает «странник».) Увиденное изумило его. Телескоп позволил обнаружить, что с течением времени обе планеты меняют свой облик. В частности, Венера проходила те же фазы, что и Луна: узкий полумесяц, который Галилей увидел при первом наблюдении, несколько месяцев спустя превратился в круг. Такое изменение освещенности, пришел к выводу Галилей, возможно лишь при одном условии – если Венера вращается не вокруг Земли, а вокруг источника света, т. е. Солнца. Эта революционная идея полностью опровергала геоцентрическую модель Птолемея. Хотя Коперник высказал ее несколькими десятилетиями раньше, именно полученные Галилеем данные позволили перевести ее из разряда предположений в доказанный факт.

Но наиболее убедительные свидетельства в пользу теории Коперника дали наблюдения за вторым небесным странником – Юпитером. Следуя принципу, что один рисунок стоит тысячи слов, Галилей нарисовал первую в истории покадровую анимацию движения небесных тел (рис. 2).

Взгляд через телескоп обнаружил удивительную вещь: оказалось, что Юпитер обладает собственным микрокосмом, системой внутри системы. У него имелись свои странствующие вассалы: четыре крошечные светящиеся точки, которые Галилей счел звездами и подхалимски назвал в честь своих покровителей – братьев Медичи. Было совершенно очевидно, что эти четыре небесных тела вращаются вокруг Юпитера, а не Земли[34]34
  Позже Галилей предложил использовать наблюдения за затмениями спутников Юпитера как часы, позволяющие решить важнейшую в те времена проблему определения долготы на суше и, что особенно важно, на море.


[Закрыть]. Он следил за движением «звезд Медичи» в течение нескольких дней в январе 1610 года и нарисовал немой черно-белый фильм, который стал настоящим блокбастером.

Его наблюдения за Юпитером со всей очевидностью опровергали геоцентрическую модель Птолемея. Не только Вселенная находилась в движении, но и Земля не была единственным центром этого движения (рис. 3). Хотя Галилей не доказал, что в центре Вселенной находится Солнце[35]35
  Центральное положение Солнца было доказано благодаря открытию звездной аберрации британским астрономом Джеймсом Брэдли в 1728 г.


[Закрыть], он доказал несостоятельность геоцентризма, положил конец первым Великим дебатам, подорвал репутацию Птолемея (и Церкви) и подтвердил правоту Коперника. Телескоп-рефрактор Галилея стал первым рычагом, с помощью которого наша планета была вытолкнута из центра мироздания, где она находилась с древних времен. Это стало первым доказательством в пользу того, что позже назвали принципом Коперника, который утверждает, что ни один астрономический объект не занимает во Вселенной какое-то особое привилегированное место.

…чтобы вы… не ходили вслед сердца вашего и очей ваших, которые влекут вас к блудодейству…

Числа 15:39

Воодушевленный своими открытиями, Галилей распространил наблюдения за пределы Солнечной системы, продолжив искать доказательства в поддержку теории Коперника. Зимой 1610 года он направил телескоп на Плеяды – скопление звезд в созвездии Тельца – и обнаружил в нем намного больше семи звезд, давших группе одно из ее названий – Семь сестер[36]36
  В древнегреческой мифологии Плеядами называли семь нимф-сестер, вознесенных богами на небо. – Прим. пер.


[Закрыть]. Вместо этого его взору предстало бесчисленное множество звезд, бо́льшая часть которых была невидима без телескопа. И еще: звезды были окружены таинственным голубоватым сиянием. Что его вызывало?

Галилей, образец универсального человека эпохи Возрождения, был не только ученым, но и художником. У всех великих художников есть муза, и у Галилея их было целых семь: Плеяды. Лазоревый ореол Семи сестер – словно кто-то вылил голубую люминесцентную краску на чернильно-черный бархат ночного неба – потряс его до глубины души. Он не мог объяснить это явление. Однако рисунок Плеяд, сделанный им в начале 1610 года, показывает не только его сверхчеловеческий интеллект, но и то, что ему, как и всем людям, было свойственно ошибаться (рис. 4).

В сочинении «Звездный вестник» Галилей объединил свои телескопические наблюдения с революционными научными гипотезами. Сделанные им зарисовки спутников Юпитера уже убедительно опровергали геоцентрическую модель Вселенной. На этом Галилею и следовало бы остановиться. Но телескоп наделил его туннельным зрением – чем дальше в глубины космоса заглядывал маэстро, тем хуже видел в перспективе. Ему было мало опровергнуть Птолемея; он искал все новые подтверждения теории Коперника.

Свою кампанию в поддержку Коперника в «Звездном вестнике» он продолжил, заявив, что «млечный блеск вроде беловатого облака», окружающий Плеяды, создается слиянием света бесчисленных звезд и на самом деле то, что раньше считалось пустым пространством между звездами в Плеядах и в остальной части Млечного Пути, заполнено «невидимыми звездами» (невидимыми для невооруженного глаза). Разумеется, телескоп делал Галилея первым среди равных, вооруженных лишь ограниченным человеческим зрением. Позже он говорил, что его наблюдения лишили «прежних авторов всякого авторитета, ведь если бы оные увидели то, что увидели мы, они бы пришли к тем же заключениям, к коим пришли мы».

Следуя индуктивной логике, Галилей считал, что более сильный телескоп позволит увидеть еще больше звезд. «Предметом нашего наблюдения была сущность или материя Млечного Пути. При помощи зрительной трубы ее можно настолько ощутительно наблюдать, что все споры, которые в течение стольких веков мучили философов, уничтожаются наглядным свидетельством, и мы избавимся от многословных диспутов», – писал он. (Во все времена находились физики, которые не могли устоять против соблазна упрекнуть философов.)

Гипотеза Галилея исходила из того, что Плеяды (и другие так называемые туманности) состояли из скоплений несметного количества звезд, вместе создававших это туманное свечение. Более того, весь Млечный Путь образован такими звездами, чем и обусловлено его сходство с молоком. То, что сначала Галилей проделал с Землей, теперь он проделывал с Солнцем: он низвел его до ранга обычной звезды среди мириад звезд Млечного Пути, до уровня рядового статиста в почти бесконечном звездном ансамбле. Мало того что человечеству он отводил в нашей Солнечной системе столь скромное место, дело дошло и до звезд.

Сегодня мы знаем, что млечные туманности Плеяд (и другие, такие как туманность Ориона) почти полностью состоят из облаков межзвездной пыли и газов, подсвечиваемых соседними звездами. В космосе удивительно много пыли, которая, впрочем, больше похожа на сажу, чем на ту пыль, что оседает на мебели. Помимо соединений железа и никеля в ней содержится большое количество чистого углерода, а в некоторых случаях даже алмазная пыль – точно как в колыбельной «Мерцай, мерцай, маленькая звездочка», где поется о сверкающих в небесах алмазах. Впоследствии было установлено, что Плеяды представляют собой типичный образец так называемых отражательных туманностей – «звездных яслей», где находятся гигантские скопления космического «родового материала», и вся эта газопылевая пелена отражает потусторонний голубоватый свет окутанных ею новорожденных звезд. Какие бы мощные телескопы мы ни использовали, отражательные туманности наподобие туманностей Плеяд или Ориона нельзя разложить на звезды[37]37
  Даже невооруженным глазом, не говоря уже о наблюдении через телескоп, видно, что в туманности Ориона практически нет звезд. Некоторые ученые считают, что Галилей умышленно избегал обсуждения этой одной из самых ярких туманностей на небе, не желая подрывать собственное утверждение о том, что туманности полностью состоят из звезд. См.: Galileo Galilei, Sidereus Nuncius, or The Sidereal Messenger, translated by Albert Van Helden (Chicago: University of Chicago Press, 1989). Галилей намеренно исключил туманность меча Ориона, что очевидно, поскольку она видна невооруженным глазом. См.: Thomas G. Harrison, “The Orion Nebula: Where in History Is It?” Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society 25 (1984): 65–79, http://adsabs.harvard.edu/full/1984QJRAS..25…65H. См. также: Owen Gingerich, “The Mysterious Nebulae, 1610–1924,” Journal of the Royal Astronomical Society of Canada 81, no. 4 (1987): 113–27, http://adsabs.harvard.edu/full/1987JRASC..81..113G.


[Закрыть].

Галилей был введен в заблуждение пылью. Но у межзвездной пыли имелся еще один коварный сообщник – желание. Принимая желаемое за действительное, Галилей искал все новые подтверждения коперниковской модели Вселенной.

Между Луной и Ватиканом

Публикация «Звездного вестника» мгновенно принесла Галилею громкую научную славу. Но низвержение космической гордыни человечества привело к поражению и его самого. Как профессор Падуанского университета, Галилей находился под пристальным взором Ватикана и Святого Престола, исполнительной власти инквизиции. И хотя названные в честь Медичи спутники Юпитера обеспечили Галилею благосклонность влиятельных покровителей, но, возносясь все дальше в небесные сферы с помощью своего телескопа, маэстро забыл про всякую земную осмотрительность.

Через несколько десятилетий наблюдений Галилей окончательно сформировал то, что он считал неопровержимым набором доказательств гелиоцентрической модели. В книге «Диалог о двух главнейших системах мира» (Il Dialogo sopra i due massimi sistemi delmondo) он излагает основы гелиоцентрической теории, описывая воображаемую беседу между сторонником библейского взгляда на космологию по имени Симпличио («простак»), который сбивчиво приводит аристотелевские аргументы, и Сальвиати, альтер эго Галилея, чей интеллект затмевает сами астрономические объекты. Облекая столкновение науки и религии в такую форму, Галилей рассчитывал привлечь внимание некогда благосклонного к нему папы Урбана VIII. Важнейшим аргументом в поддержку учения Коперника в «Диалоге» была теория происхождения океанских приливов и отливов: они, как утверждал Галилей, вызваны движением Земли и как бы расплескиванием жидкости, вызванным вращением планеты вокруг своей оси и вокруг Солнца.

По правде говоря, это было еще более грубой ошибкой, чем его гипотеза о Плеядах. Приливы и отливы обусловлены гравитационным влиянием Луны, а не движением и вращением Земли. В очередной раз склонность к подтверждению своей точки зрения свела на нет его блестящую аргументацию. Галилей исходил из модели Коперника, поэтому из нее должно было вытекать все, даже морские волны.

Как бы то ни было, гелиоцентризм был запрещен Церковью с 1616 года. Папа Урбан не смог закрыть глаза на подобное богохульство. В 1633 году Галилей предстал перед неправедным судом Святой инквизиции и без лишних проволочек взят под стражу. Несмотря на якобы произнесенную Галилеем крамольную фразу «А все-таки она вертится!», папа милостиво разрешил астроному прожить оставшийся ему десяток лет под домашним арестом возле его внебрачной дочери на расположенной на холме вилле, откуда открывался прекрасный вид на Флоренцию. Подозреваю, однако, Галилей был бы сражен, узнав о результатах исследования, по иронии судьбы проведенного Национальным научным фондом США в 450-ю годовщину рождения Галилея: в 2014 году четверть американцев и треть европейцев не знали, что Земля вращается вокруг Солнца[38]38
  National Science Foundation, Science and Engineering Indicators 2014, chapter 7, “Science and Technology: Public Attitudes and Understanding,” 7–23, https://www.nsf.gov/statistics/seind14/content/chapter-7/chapter-7.pdf.


[Закрыть].

Тешим наше космическое эго

Но противостояние Галилея и Святой инквизиции завершило лишь первый этап Великих дебатов. Тот факт, что Земля не была центром Солнечной системы, еще не означал, что сама Солнечная система не занимает привилегированное место во Вселенной.

Галилей умер в январе 1642 года. К счастью, континуум великих физиков не прервался: на Рождество того же года на свет появился Исаак Ньютон. Среди своих занятий алхимией и оккультизмом Ньютон нашел время, чтобы изобрести новый тип телескопа – зеркальный телескоп, в котором свет собирался и фокусировался не линзами, а изогнутыми зеркалами. Главное преимущество телескопа-рефлектора состояло в том, что зеркала большого диаметра было гораздо проще изготовить, чем большие линзы. Благодаря этому рефлекторные телескопы имели гораздо большую приемную площадь, что позволяло им улавливать свет от более слабых (тусклых) объектов. (На рис. 5 приведено сравнение рефрактора и рефлектора.)

Именно на слабые объекты обратил свой взор Уильям Гершель, выдающийся астроном XVIII века, перенявший телескопическую эстафету у Галилея и Ньютона. Но в отличие от Галилея Гершель использовал телескоп как Архимедов рычаг, чтобы вернуть Земле ее почетное центральное место, вызвав тем самым вторую волну Великих дебатов. И снова пыль и желание – коварные спутники астрономов – завели Гершеля на территорию заблуждений, как Галилея за столетие до него. Каким образом, я скоро объясню.

Используя самый большой рефлекторный телескоп своего времени – с диаметром зеркала 1,2 м и фокусным расстоянием 12,2 м, Гершель принялся изучать ночное небо над Британскими островами. Несмотря на исполинские размеры телескопа, Гершель ставил перед собой весьма скромные цели: он надеялся открыть какие-нибудь новые звезды и, если повезет, пролетающую мимо комету. Но вместо этого неожиданно для самого себя он удвоил размеры Вселенной.

Открыв у Сатурна два новых спутника, Гершель обратил внимание на маленький, неизвестный прежде дискообразный объект. Скопировав сценарий Галилея, он окрестил новый объект Звездой Георга в честь английского короля Георга III. Впоследствии эта звезда была признана планетой и переименована в Уран. Хотя Уран находится в два раза дальше от Солнца, чем Сатурн, его можно увидеть невооруженным глазом – если знать, что искать.

Левиафан Гершеля пролил свет и на другие тусклые объекты. Наиболее важными среди них были туманности (в астрономии их называют латинским термином nebula, что означает «облако»), которые, как мы помним, Галилей считал скоплениями звезд. Несмотря на гораздо более мощный телескоп, Гершель не смог выделить в туманностях отдельные звезды. Возможно, Галилей ошибался и относительно истинной природы Млечного Пути? Этот вопрос заставил Гершеля реализовать самый амбициозный астрономический проект XVIII века – составить первую подробную карту галактики Млечный Путь, на что потребовалось несколько десятилетий кропотливого труда.

Возможно, он бы не сумел этого сделать, не будь у него секретного оружия – гениальной сестры Каролины, которая позже стала первой в истории женщиной-ученым, принятой на равных коллегами мужского пола[39]39
  Claire Brock, The Comet Sweeper: Caroline Herschel’s Astronomical Ambition (London: Icon, 2007).


[Закрыть]. Она не только помогала брату, но и самостоятельно открыла множество комет и ранее неизвестных туманностей (которые, что интересно, в те времена часто принимали за кометы). Она стала первой женщиной, избранной почетным членом Лондонского королевского астрономического общества и получившей от него золотую медаль, – достижение, которое лишь 200 лет спустя повторила Вера Рубин.

Когда Гершель закончил составление своей карты Млечного Пути, космическое эго человечества было реабилитировано. Солнечная система гордо красовалась посреди огромного массива звезд (рис. 6). Коперник опровергнут: все-таки мы были в центре всего, что за пределами нашей Солнечной системы.

Самонадеянность Гершеля простительна: он пал жертвой мощной оптической иллюзии. Чтобы объяснить это, воспользуюсь правом дипломированного физика и сравню туманность с облаком. Одна старая научная шутка о том, как физик пытался решить проблему коровы, не дающей молока, начинается со слов: «Возьмем корову сферической формы…» Хотя я никогда в жизни не видел сферической коровы, я как пилот-любитель много раз видел сферические облака, вернее облака, которые казались мне таковыми. Когда вы летите внутри облака, то видите только на несколько метров вокруг себя, поэтому облако кажется вам белой сферической оболочкой. Многие пилоты описывают это визуальное ощущение так, как будто вы находитесь внутри шарика для пинг-понга. Эта иллюзия вызывается феноменом под названием «рассеяние Ми».

Облака состоят из крошечных молекул воздуха и более крупных молекул воды. Воздух и вода прозрачны, так что млечный эффект не связан с цветом самих молекул. Капли воды намного больше, чем длина волн солнечного света, проходящего через облако. Солнечный свет может казаться желтым, но на самом деле в нем множество цветов, что хорошо видно в радуге после дождя. Когда солнечный свет проходит через капли воды, все цвета смешиваются, и рассеянный цвет кажется белым. Помимо этого, рассеяние уменьшает интенсивность света по пути от его источника к нам.

Таким образом, какой бы причудливой ни была реальная форма облака, пилоту, который летит внутри него, она представляется сферической белой оболочкой, центрированной вокруг самолета (рис. 7.).

В 1847 году астроном Вильгельм Струве[40]40
  Вильгельм (Василий Яковлевич) Струве – российский и немецкий астроном. Родился в Германии, откуда в 1808 году бежал в Эстонию, бывшую тогда частью Российской империи. – Прим. ред.


[Закрыть] обнаружил причину, по которой Гершель центрировал нашу Галактику вокруг Земли: рассеяние[41]41
  F. G. W. Struve, Etudes d’Astronomie Stellaire (Paris: l’Académie Impériale des Sciences, 1847). [В. Я. Струве. «Этюды звездной астрономии».]


[Закрыть]. Вид с Земли можно сравнить с видом из кабины самолета; мы все пилоты и находимся на борту космического корабля под названием Земля. Но здесь аналогия заканчивается, поскольку вместо молекул воды, рассеивающих солнечный свет в облаке, в галактике Млечный Путь крошечные частицы межзвездной пыли рассеивают свет звезд. В какую бы сторону космоса мы ни посмотрели, количество звезд стремительно уменьшается с увеличением расстояния. Струве назвал эту комбинацию затухания и рассеяния света межзвездным поглощением, хотя он и не знал, чем именно это явление вызывается. Как бы то ни было, межзвездное поглощение мешало определить, находимся мы в центре Галактики или нет. Где бы мы ни находились, нам все равно казалось бы, что мы в центре.

На следующие несколько десятилетий в астрономической науке наступило затишье, пока астрономы не построили еще более мощные телескопы и наконец-то классифицировали туманности на два типа: содержащие отдельные звезды и очевидно состоящие из «млечности», которая не разлагается на отдельные звезды, какие бы сильные телескопы ни использовались.

В 1912 году американский астроном Весто Слайфер вернулся к любимым Галилеем Плеядам и измерил спектр туманности. Чтобы получить спектр, нужно пропустить свет через призму или дифракционную решетку (ее можно сделать, например, из компакт-диска). Проходя через такое приспособление, свет разделяется на составляющие его цвета. Разные атомы производят разные спектры излучения. Например, пары натрия при нагревании дают яркий желтый свет, поэтому их часто используют в лампах для уличных фонарей. Хотя невооруженному глазу этот свет кажется желтым, как и солнечный, если пропустить его через призму, вы увидите преимущественно желтые линии, тогда как солнечный свет состоит из множества цветов. По этой причине ученые называют спектр «химическим отпечатком пальцев», по которому можно довольно точно определить состав источника света.

Когда Слайфер разложил свет, исходящий от туманности Плеяд, цвет за цветом, он обнаружил, что спектр туманности соответствует спектру звезд, окруженных млечным свечением. Слайфер сделал вывод, что эта туманность образована звездным светом – светом от тех же звезд, рассеянным в крошечных зеркалах – частицах пыли.

Эта же пыль была причиной межзвездного поглощения и вызвала ту самую оптическую иллюзию, из-за которой Гершель считал, что мы находимся в галактическом центре. Галилей и Гершель были обмануты одним и тем же миражом. Космическая пыль затуманила первые Великие дебаты – и продолжает оставаться карой небесной для космологов вплоть до наших дней.

Вскоре после того, как была установлена причина межзвездного поглощения, астрономы вернулись к исследованию Млечного Пути в надежде преодолеть иллюзию, жертвой которой пал Гершель, и определить настоящее положение Земли внутри Галактики. Но для этого им потребовалось изобрести новый астрономический инструмент.