Текст книги "Стеклянный небосвод: Как женщины Гарвардской обсерватории измерили звезды"

Хотя в США тогда еще не было ни одной высокогорной астрономической обсерватории, в федеральном заповеднике на горе Пайкс-Пик находилась самая высокогорная в мире метеостанция. Она располагалась на высоте более 4 км и принадлежала войскам связи сухопутных сил США. Поэтому Пайкс-Пик была единственной американской горой с известными погодными условиями (помимо статистики по годовому количеству осадков). Когда в августе команда Пикеринга в составе пятерых мужчин, оставив внизу нагруженных научной аппаратурой мулов, поднялась на гору, то попала в буран с градом и грозой – по их сообщению, очень сильной. В течение месяца они побывали на трех вершинах в регионе, сравнивая тамошние условия различными методами, в частности с помощью гелиографа, усовершенствованного Уильямом, и осадкомера, а также фотосъемки неба через 12-дюймовый телескоп. Условия выглядели неподходящими. Что еще хуже, ходили слухи о возможном превращении Пайкс-Пик в туристическую достопримечательность, а это грозило наплывом людей, далеких от астрономии.

Так и не решив, где будет располагаться обсерватория Бойдена, Пикеринг вернулся в Кеймбридж. Он подумывал о том, чтобы на следующее лето снова побывать в Скалистых горах или попытать удачи где-то еще.

В октябре, после того как миссис Дрейпер вернулась на восток, закрыла свой загородный дом в Доббс-Ферри на зиму и снова поселилась на Мэдисон-авеню, она отблагодарила Пикеринга за летний поход, подарив ему изукрашенный карманный телескоп, некогда принадлежавший королю Людвигу Баварскому.

Теперь, когда в съемках были задействованы два, а то и три телескопа всю ночь напролет, обсерватория расходовала фотопластинки в ускоренном темпе. В 1886–1887 годах качество фабричных сухих фотопластинок улучшилось, позволив обнаруживать еще более тусклые звезды, и Пикеринг продуктивно использовал каждое новое усовершенствование. Он опробовал продукцию разных компаний и соответственно менял поставщиков; он поощрял производителей и дальше повышать чувствительность пластинок и просил высылать ему новейшие образцы для испытания.

Вместе с количеством снимков рос и объем данных для расчетов. Место Анны Уинлок в кабинете для расчетов заняла в 1886 году ее младшая сестра Луиза, а на следующий год к ней присоединились мисс Энни Мастерс, мисс Дженни Рагг, мисс Нелли Сторин и мисс Луиза Уэллс. Теперь в штате числилось 14 расчетчиц, включая руководившую ими миссис Флеминг. Большинство девушек были моложе ее и, имея примерно такой же социальный статус, относились к ней уважительно. Ситуация изменилась в 1888 году с приходом 22-летней Антонии Мори, которая не только окончила Колледж Вассара с отличием по физике, но и приходилась племянницей Генри Дрейперу.

«У девочки необыкновенные способности к науке, – написала миссис Дрейпер Пикерингу 11 марта 1888 года, – она хочет преподавать химию или физику – и учится, имея в виду эту цель».

В детстве Антонию Мори пускали в химическую лабораторию дяди Генри в его большом доме в Нью-Йорке, где она «ассистировала» ему, подавая нужные для опытов пробирки. Девочке не было еще и десяти лет, когда ее отец, преподобный доктор Миттон Мори, странствующий проповедник епископальной церкви, научил Антонию читать Вергилия на латыни. Ее мать Вирджиния, сестра Генри Дрейпера, была натуралисткой, влюбленной в каждую птичку, цветок, кустик и деревце имения в Гастингсе. Она умерла в 1885 году, когда Антония училась в Колледже Вассара.

Пикерингу было неудобно предлагать девушке с таким резюме, как у мисс Мори, обычное жалованье расчетчицы – 25 центов в час. Он ощутил что-то вроде облегчения, когда она не ответила на его письмо, но миссис Дрейпер ходатайствовала за нее весь апрель и май.

«Девочка очень занята», – объясняла тетка. Хотя преподобный Мори переехал по служебным делам в Уолтем, штат Массачусетс, он не нашел жилья для своей семьи и не записал в школу двоих младших детей, Дрейпера и Карлотту, взвалив эти задачи на Антонию. В середине июня она наконец присоединилась к гарвардской команде.

Пикеринг поручил мисс Мори спектральные измерения самых ярких звезд. Миссис Флеминг работала с фотопластинками, на которых были сотни спектров, а яркие звезды получились передержанными. 11-дюймовый телескоп Дрейпера наводился индивидуально на каждую звезду. Спектры, отснятые таким образом, получались длиной не менее 10 см даже без увеличения. Благословенный рост разрешения давал мисс Мори немало пищи для размышлений, когда она разглядывала пластинки под микроскопом. В той же сине-фиолетовой области спектра Веги, где ее дядя заснял четыре линии в 1879 году и десять в 1882-м, она теперь насчитала свыше сотни.

Помимо измерения расстояний между линиями и перевода их в длины волн, ей нужно было классифицировать каждый спектр по критериям миссис Флеминг. Но в распоряжении мисс Мори оказалось так много подробностей, что ее впечатления не укладывались в эти параметры. Некоторые из увиденных ею линий были не просто толстыми или интенсивными, но также размытыми, волнистыми или имевшими другие отличительные признаки. Подобные тонкости явно заслуживали внимания, так как могли указывать на неизвестные прежде условия в теле звезд.

Во второй исследовательской экспедиции Гарварда на запад, состоявшейся в ноябре 1888 года, Пикеринг не участвовал. Он не мог надолго оставить обсерваторию ради обширных планов экспедиции, предполагавших начать с обследования окрестностей Пасадены, штат Калифорния, а затем двинуться в Анды, на территорию Чили и Перу. Руководить экспедицией он назначил своего брата Уильяма. В Калифорнии, кроме того, команда собиралась побывать в долине реки Сакраменто, чтобы наблюдать и заснять полное солнечное затмение, ожидавшееся 1 января 1889 года.

Обычно Пикеринг не одобрял экспедиций по наблюдению солнечных затмений по практическим причинам. Он считал, что это слишком затратное дело с высоким риском неудачи. Набежавшее облако в момент полной фазы затмения может загубить все (как он убедился самолично, когда ездил в Испанию вместе с предыдущим директором Уинлоком наблюдать затмение 22 декабря 1870 года). Но в данном случае полоса полного затмения фактически пересекала маршрут поисков места для новой Бойденовской обсерватории, и Пикеринг не возражал против того, чтобы немного отклониться.

С погодой в новогодний день затмения наблюдателям повезло. Однако редкое зрелище чрезмерно взбудоражило и астрономов, и толпу зевак. Когда наступила фаза полного затмения, толпа завопила. Шум заглушил голос Уильяма, подавшего команду отсчитывать секунды, и из-за того, что ему пришлось перекрикивать шум, он сделал меньше снимков, чем планировал. Кроме того, он забыл снять колпачок с объектива спектроскопа.

После неудачи в долине Сакраменто Уильям двинулся на юг, к вершине Маунт-Уилсон, где он с несколькими помощниками собирался проверить атмосферные условия, понаблюдав несколько месяцев в специально взятый с собой для этой цели 13-дюймовый телескоп. Вторая половина команды направилась в Южную Америку. По грандиозному плану Пикеринга две высокогорные обсерватории были лучше, чем одна. Калифорнийский наблюдательный пост помог бы улучшить работу, проводившуюся в Кеймбридже, а филиал в Южном полушарии расширил бы гарвардское поле зрения, позволив охватить всю небесную сферу.

Руководство экспедицией в Южную Америку Пикеринг доверил 34-летнему Солону Бейли, который влился в штат лаборатории как неоплачиваемый помощник двумя годами раньше и вскоре доказал, что заслуживает жалованья. Как и у Пикеринга, у Бейли был младший брат с талантом фотографа, и с одобрения Пикеринга Солон назначил Маршалла Бейли своим заместителем. Он собирался встретиться с ним в Панаме после затмения. Предстоящая поездка была рассчитана на целых два года, поэтому Солон взял с собой жену Рут и трехлетнего сына Ирвинга.

Февральское путешествие 1889 года на корабле San Jose Тихоокеанской почтовой пароходной компании подарило Бейли возможность попрактиковаться в испанском с попутчиками, имена которых он записал в дневнике. На палубе он мог смотреть, как Венера опускается за горизонт после заката, «ясно видимая до тех пор, пока не коснется воды». В предрассветном февральском небе он впервые увидел созвездие Южного Креста. Бейли любил звезды с детства, проведенного в Нью-Гэмпшире, где ему довелось видеть великолепный природный фейерверк метеорного потока Леонид в 1866 году. Теперь его ждало целое небо новых созвездий, и эта перспектива заставляла мириться с трудностями, поджидающими впереди.

Основная часть грузов андской экспедиции – от фотопластинок до сборных домиков – ехала с Маршаллом из Нью-Йорка к Панамскому перешейку, затем по суше мимо недавно заброшенной французской стройки канала и кладбищ умерших от лихорадки на другой корабль до порта Кальяо под Лимой.

Экспедиция преодолела около 30 км по Оройской железной дороге на восток от Лимы до Чосики, а оттуда братья Бейли стали подниматься пешком и на мулах на высоты 3000 м и больше. Местные проводники лечили их от приступов высотной болезни эффективным тамошним средством, а попросту – запахом давленого чеснока. Ни один пик не казался Бейли идеальным, но он хотел оценить ситуацию в хорошую погоду во время сухого сезона и выбрал в конце концов безымянную гору, где помех обзору было меньше всего. Она возвышалась всего лишь на 2000 м, и на нее с трудом можно было подняться по тропке-серпантину длиной около 12 км. Вместе с десятком местных жителей братья Бейли три недели расчищали дорогу от гостиницы в Чосике до места назначения, а потом помогали забрасывать 80 тюков с оборудованием к импровизированной обсерватории.

Когда семья Бейли переселилась туда 8 мая вместе с помощником-перуанцем, двумя слугами, котами, собаками, козами и домашней птицей, их единственными соседями были многоножки, блохи, скорпионы и время от времени кондор. Пищу и воду им ежедневно доставлял погонщик мулов.

Бейли определяли блеск южных звезд с помощью того же фотометра, которым Пикеринг пользовался в Кеймбридже, чтобы их наблюдения можно было сопоставить с его данными. По этой же причине они снимали спектры южных звезд для Мемориала Генри Дрейпера через тот же 8-дюймовый телескоп Бейча, который непрерывно эксплуатировался в первые два года проекта. В Гарвард же, взамен старого труженика, миссис Дрейпер прислала другой телескоп с такими же техническими характеристиками.

Солон Бейли держал связь с Пикерингом настолько регулярно, насколько позволяла почта. Когда он выслал в Кеймбридж первые два ящика фотопластинок, то написал, что адрес отправителя еще не имеет названия, но хотел бы дать горе имя Пикеринга.

«Маунт-Пикеринг подождет, – ответил директор 4 августа 1889 года, – пока я не проделаю столь же замечательную работу, какую выполняете вы на перуанской горе». В итоге с одобрения местных властей Бейли окрестили место как Маунт-Гарвард.

В октябре начался сезон дождей, работы на Маунт-Гарвард пришлось свернуть, и Бейли отправил жену с ребенком в Лиму, сам же с братом приступил к поискам более удобных мест для постоянной базы. У них ушло четыре месяца, чтобы отыскать место, соответствующее всем требованиям, на пустынном плато близ города Арекипа. На высоте около 2500 м воздух был прозрачный, сухой и неподвижный, а близлежащий вулкан Мисти практически потух.

Пока Бейли исследовали Перу, Эдвард Пикеринг увлекся необычным спектром звезды Мицар в ручке ковша Большой Медведицы. Впервые звезда привлекла его внимание на снимке, сделанном для Мемориала Генри Дрейпера 29 марта 1887 года, на котором было заметно невиданное прежде удвоение спектральной линии K. (Изначально фраунгоферовы обозначения заканчивались на букве I, но позже исследователи добавили новые.) Вскоре после того, как Пикеринг поделился необычной новостью с миссис Дрейпер, странный эффект исчез так же внезапно, как и возник. На последующих снимках спектра Мицара двойная линия K не обнаруживалась, но Пикеринг продолжал наблюдать, ожидая ее возвращения. И 7 января 1889 года ее увидела мисс Мори. Пикеринг, нечасто пользовавшийся восклицательными знаками, написал миссис Дрейпер: «Теперь можно утверждать почти наверняка, что она то двойная, то одинарная!» Впрочем, он тут же добавлял: «Трудно сказать, что это значит». Он подозревал, что Мицар, известная также как Дзета Большой Медведицы, может оказаться парой звезд с почти одинаковыми спектрами, расположенных слишком близко, чтобы различить их по отдельности даже в мощный телескоп.

Мисс Мори представляла себе двойной Мицар в образе двух осторожных дуэлянтов, которые кружат друг перед другом, соперничая за преимущество. С ее далекого наблюдательного пункта было трудно различить два тела по отдельности – даже невозможно, когда один из них заслонял другой на луче зрения. Но бойцы-близнецы Мицара излучали свет. Их движение относительно друг друга изменяло частоту световых волн: свет приближающейся звезды чуть смещался к синему концу спектра, удаляющейся – к красному. Это смещение увеличивало небольшой зазор между линиями K и создавало эффект удвоения.

Несколько месяцев Пикеринг и мисс Мори отслеживали невнятные изменения линии K Мицара, пока 17 мая 1889 года снова не увидели ее удвоение. На снимках, сделанных за несколько ночей до и через несколько ночей после удвоения, линия выглядела размытой – не то одинарной, не то двойной. Догадка мисс Мори насчет размытых линий оказалась верной.

В ближайшее воскресенье, когда у мисс Мори был выходной, она написала своей тетке – Энн Ладлоу Дрейпер, жене Дэниела, брата Генри. Чуть ли не все, о чем она рассказывала в этом длинном письме, вертелось вокруг темы одинарного и двойного. На прогулке в Бостонском общественном саду она видела «чудесную выставку тюльпанов, с одинарным и двойным венчиком, всех цветов». Она получила двойное членство в Ассоциации выпускниц Колледжа Вассара, сразу в Бостонском и Нью-Йоркском отделениях. «Я им сказала, что теперь у меня будет право голосовать дважды, но они, похоже, не испугались». Но самое интересное она приберегла под конец:

«Скажи дяде Дэну, что на днях профессору Пикерингу удалось сфотографировать двойную линию K Дзеты Большой Медведицы. Другие одинарные линии тоже оказались двойными, это, на мой взгляд, подтверждает его теорию о том, что изменения обусловлены вращением двух близких звезд одного класса друг вокруг друга. Это замечательно. Ее несколько месяцев пытались поймать на удвоении. Профессор Пикеринг полагает, что ее период обращения должен составлять около 50 дней, но пока еще не закончил расчетов. Конечно, рассказывать об этом публике нельзя, пока все не прояснится». Письмо она подписала: «С любовью, Антония».

Пикеринг составил предварительный отчет о результатах, не забыв поблагодарить «мисс Мори, племянницу доктора Дрейпера» за внимательное изучение спектра Мицара. Он послал рукопись миссис Дрейпер, которая привезла ее в Филадельфию на ежегодное заседание Национальной академии наук, где их общий друг Джордж Баркер зачитал полученные материалы на секции 13 ноября 1889 года. Баркер заверил Пикеринга, что новость о линии K «вызвала живой интерес».

Несколько недель спустя, 8 декабря, когда миссис Дрейпер присутствовала в обсерватории, линия K Мицара снова удвоилась точно по расписанию. Через несколько дней мисс Мори обнаружила двойную линию K у другой звезды, Беты Возничего (второй по яркости в этом созвездии). Теперь имелось два примера новооткрытых звездных пар, обнаруженных исключительно по спектральным характеристикам. Не прошло и недели, как миссис Флеминг установила третью потенциальную «спектроскопическую двойную звезду» на нескольких фотопластинках из Перу.

«Если все эти результаты стали следствием вашего недавнего визита к нам, – заискивал Пикеринг перед миссис Дрейпер, – разве это не достаточный довод в пользу того, чтобы вы приходили чаще?»

Миссис Дрейпер отвечала, что хотела бы польстить себе мыслью о том, «будто любопытные результаты, полученные во время того визита, были следствием моего присутствия; друзья часто называют меня "талисманом", но я сомневаюсь в своей способности приносить удачу». Тем не менее она заявила о своем «восхищении» новыми открытиями. Новые примеры помогут убедить некоторых членов Академии из числа присутствовавших на недавнем заседании, которые «считали, что у нас слишком разыгралось воображение». Очередным подтверждением стало независимое открытие еще одной спектрально-двойной звезды, тоже в конце 1889 года, Германом Карлом Фогелем из Потсдамской обсерватории.

Фогель использовал спектроскопию, чтобы ответить на другой вопрос: не «Из чего состоят звезды?» или «Как их классифицировать по группам?», а «С какой скоростью они приближаются к Земле или удаляются от нее на луче зрения?». По степени смещения определенных линий в их спектрах в сторону синей или красной области Фогель рассчитывал их лучевую скорость[7]7
  Метод основан на эффекте Доплера – изменении видимой длины волны, излучаемой источником вследствие его движения относительно наблюдателя. – Прим. науч. ред.


[Закрыть]. Иные мчались со скоростью под 50 км/с, то есть около 180 000 км/ч.

Продолжая фиксировать спектральные изменения Мицара, мисс Мори заключила, что составляющие его звезды обращаются вокруг общего гравитационного центра с периодом 52 дня. Для Беты Возничего, спектрально-двойной звезды, открытой ею лично, расчеты давали совсем уж короткий период – четыре дня. Изменения спектра Беты Возничего наблюдались на снимках, сделанных в течение всего одной ночи. Она рассчитала орбитальную скорость в обеих двойных системах. Ей казалось, что «километр в минуту» – огромная скорость, но эти звезды мчались со скоростью чуть ли не 200 км/с. Когда-то ее дядя Генри изучал спектры звезд, чтобы разобраться в их химическом составе, а теперь спектры позволяли узнать их скорость.

В 1890 году состоялась публикация главного труда миссис Флеминг – «Каталог звездных спектров Дрейпера» – в 27-м томе «Анналов Гарвардской обсерватории». Пикеринг вознаградил ее, повысив жалованье и воздав должное в предисловии: «Обработка фотопластинок была начата мисс Н. Фаррар, но основная доля работы – измерение и классификация всех спектров, а также подготовка каталога к публикации – была выполнена миссис М. Флеминг». Теперь она подписывалась как «Мина Флеминг». Помимо подвижнического труда по измерению и классификации спектров 10 000 звезд, она также выполнила квалифицированную корректуру 400-страничного каталога. Большинство страниц содержало таблицы размером 20 столбцов на 50 строк, суммарно – около миллиона цифр.

В дрейперовском каталоге звезды были рассортированы по характеру их спектральных линий не просто ради упорядочения, а в надежде открыть новые направления исследования. В частности, эта классификация побудила Пикеринга проанализировать распределение звезд по спектральному классу. Разглядывая светящуюся полосу Млечного Пути, он обнаружил преобладание звезд класса B. Эти звезды концентрировались вдоль Млечного Пути, как будто они были связаны друг с другом или с этой областью космоса. Солнце, звезда класса G, показалось Пикерингу совсем неродственным светилам Млечного Пути.

Тем временем мисс Мори продолжала разрабатывать собственную усовершенствованную систему классификации. Она собиралась увеличить число классов с 15, выделенных миссис Флеминг, до 22 и подразделить каждый на три или четыре подкласса, основанных на дальнейших тонкостях, которые она выявила в спектрах ярких звезд. Из-за зрительного перенапряжения мисс Мори пришлось обратиться к бостонскому окулисту, который выписал ей очки.

«Дорогая тетушка, – написала она своей двоюродной бабке Дороти Кэтрин Дрейпер 18 февраля 1890 года, – ныне я подбиваю результаты своих трудов в последние два года. Мою классификацию открывает короткое введение. Я очень опасалась, что профессор Пикеринг ее не одобрит, но он счел ее удовлетворительной и говорит, что с некоторыми поправками она заслуживает публикации. Конечно, подготовка полного описания потребует времени, и, похоже, перечисление всех подробностей выльется в увесистый том… Я постоянно ношу вашу черную шляпу, а ваш вязаный плед согревает меня ночами».

В своем четвертом годовом отчете о Мемориале Генри Дрейпера, вышедшем в 1890 году вскоре после каталога миссис Флеминг, Пикеринг объявил, что общее число снимков, сделанных через различные телескопы, достигло 7883. Другие обсерватории, отмечал он, «часто совершают ошибку», когда накапливают снимки, но не извлекают из них данные путем измерений и обсуждения. В Гарварде группа расчетчиц изучает снимки вот уже несколько лет, поэтому «во многих отношениях фотографии замещают сами звезды, а открытия проверяются и ошибки исправляются при дневном свете с помощью лупы, а не ночью с помощью телескопа». Здесь, как и в «Анналах», он ссылался на миссис Флеминг и мисс Мори, указывая имена обеих. Не кто иная, как племянница Генри Дрейпера, подчеркивал он, открыла удвоение спектральных линий Беты Возничего.

Следуя своей обычной практике, Пикеринг распространял четвертый годовой отчет о Мемориале Генри Дрейпера везде, где только можно. Он был опубликован, в частности, в Nature и других научных журналах. Наибольший интерес этот отчет вызвал в Англии в семье астронома и военного инженера полковника Джона Гершеля. Полковник приходился внуком Уильяму Гершелю (первооткрывателю планеты Уран) и сыном сэру Джону Гершелю (трижды председателю Королевского астрономического общества), так что он был очень хорошо осведомлен о вехах развития знаний о небесах.

«Только что получил ваш последний отчет о Мем. Г. Д., – написал он Пикерингу 28 мая 1890 года. – Это прямо кекс из одного изюма. Я прошу вас передать мисс Мори мои поздравления в связи с тем, что она оказалась причастной к одному из самых значительных достижений астрофизики за всю ее историю».

Как и знаменитая двоюродная бабка полковника – Каролина Гершель, мисс Мори осмелилась войти в такую сферу, где господствовали мужчины, и оказалась в числе первооткрывателей совершенно новой группы астрономических объектов благодаря новомодному методу спектрофотографии. Будущее этого метода, как и будущее мисс Мори, выглядело многообещающим.