Свет во тьме. Черные дыры, Вселенная и мы

Уильям Гершель довольно точно оценил истинные размеры Млечного Пути еще в конце XVIII века. Гершель был астрономом-любителем, который зарабатывал на жизнь музыкой, сочиняя симфонии и фуги[85]. Однако его настоящей страстью были звезды, которые он наблюдал вместе со своей сестрой Каролиной. Каролина была певицей и, как и ее брат, – одаренным астрономом.

Хотя уроженец Германии Гершель являлся самоучкой, он имел репутацию одного из лучших изготовителей телескопов-рефлекторов. Гершель сам отливал из металла зеркала, достигавшие иногда метра – а то и больше – в диаметре. Он поставлял телескопы ученым и дворянам по всей Европе, а один инструмент даже отправил в Китай. Более всего ему нравилось рассматривать и изучать звездное небо, используя сконструированную им самим установку – самый большой 1,2‐метровый телескоп, который опирался на гигантскую деревянную раму и перемещался с помощью системы шкивов и подъемных механизмов.

Гершель, родившийся в Ганновере, был сыном военного музыканта и в молодости вместе со всей семьей перебрался в Англию, куда направили его отца. Здесь брат и сестра Гершели занялись подсчетом звезд и расширили каталог, составленный Шарлем Мессье. Гершель обнаружил, что некоторые облака, описанные Мессье, на самом деле состоят из отдельных звезд. В 1785 году Гершели опубликовали рисунок Млечного Пути, состоящего из 50 000 звезд. Правда, изображение, приблизительно овальной формы, плохо соотносилось с реальностью, но это объяснялось скорее ошибкой метода, использованного братом и сестрой, чем данными. В модели Гершеля наше Солнце все еще находилось примерно в центре Млечного Пути. Как нам сегодня известно, это было заблуждением.

К ХХ веку у исследователей уже сложилась на удивление точная картина нашей Галактики. Астрономы считали, что она имеет форму диска диаметром около 100 000 световых лет. Ее протяженность по вертикали составляла около 4 000 световых лет. Тем не менее большинство ученых тогда по‐прежнему полагало, что Солнце находится в центре Галактики.

Следующий шаг был сделан в начале ХХ века голландцем Якобусом Каптейном, который в свои двадцать семь лет уже являлся профессором астрономии в Гронингене. Он понял, что все звезды движутся вокруг общего центра. В 1922 году Каптейн опубликовал свою динамическую модель Млечного Пути, но тоже ошибся в ключевом вопросе о положении Солнца (зная то, что мы знаем сейчас, – к счастью: в его модели наша Солнечная система все еще находилась очень близко к центру, так что, будь он прав, мы бы оказались в непосредственной близости от гигантской черной дыры).

Эту ошибку исправил американский астроном Харлоу Шепли. Свои исследования он проводил в обсерватории Маунт-Вилсон, где работал с гигантским телескопом. Шепли определил размер Млечного Пути с помощью шаровых скоплений, вычислив их расстояния до Земли.

Это стало возможным только потому, что его соотечественница Генриетта Свон Ливитт в 1912 году открыла способ, с помощью которого можно вычислить расстояние до звезд определенного типа (в ее случае – до переменных цефеид), воспользовавшись регулярными периодическими колебаниями их светимости. Ливитт, как и Энни Джамп Кэннон, принадлежала к поколению увлеченных и неутомимых женщин-астрономов, чьи достижения в те годы не всегда получали должное признание. Но, к счастью, справедливость в конце концов восторжествовала, их заслуги оценили по достоинству, и некоторое время назад в честь Кэннон и Ливитт были названы лунные кратеры.

Определив положения этих шаровых скоплений, Шепли понял, что они не группируются вокруг Солнца. Это означало, что спиральные рукава Галактики не могут вращаться вокруг нашей планетной системы. А из этого, в свою очередь, следовало, что центр Млечного Пути должен был находиться намного дальше от нас, чем предполагал Каптейн. Шепли оценил расстояние от нашей Солнечной системы до центра примерно в 65 000 световых лет. Позже он скорректировал его и уменьшил до примерно 35 000 световых лет. Это открытие сделало Шепли Коперником нашей домашней Галактики. Прусско-польский каноник когда‐то перенес Землю из центра нашей планетной системы на удаленную от Солнца орбиту, а теперь Шепли изгнал Солнце с его планетами из центра нашего Млечного Пути на его периферию.

Шепли полагал, что размеры Млечного Пути значительно больше, чем считалось до сих пор. По его оценкам, диаметр Млечного Пути составляет 300 000 световых лет. Ученый думал, что существует лишь одна галактика – наша, что все туманности – это ее части, а вся Вселенная состоит только из нашего Млечного Пути.