Свет во тьме. Черные дыры, Вселенная и мы

Иоганн Кеплер еще в XVII веке предсказал транзиты Венеры и Меркурия – двух планет, расположенных между Землей и Солнцем. Однако он не дожил до подтверждения своих предсказаний: следующее прохождение Венеры по диску Солнца, которое он мог бы наблюдать, произошло в 1631 году, когда Кеплер уже умер.

Путь, по которому черный диск Венеры движется по диску Солнца, зависит от места наблюдения на Земле и от расстояния до Солнца. Чем дальше на юг переместится наблюдатель, тем выше на солнечном диске он увидит движущуюся тень, потому что угол, под которым он на нее смотрит, изменится. Измерив время, которое потребовалось Венере для ее транзита, наблюдаемого из разных точек Земли, можно, используя метод параллакса и третий закон Кеплера, рассчитать расстояние между Солнцем и Землей. Идея сама по себе блестящая, если бы не одна загвоздка: транзиты Венеры – очень редкое астрономическое явление. Основная причина этого в том, что плоскости орбит Венеры и Земли немного наклонены друг относительно друга. Даже если Венера, видимая с Земли, усматривается в одном направлении с Солнцем, проходя мимо, она может оказаться выше или ниже его диска. Транзиты Венеры случаются только четырежды в 243 года и происходят парами – последний раз это было в 2004 и 2012 годах, а до того – в 1874 и 1882 годах.

Даже если все условия совпадали, ученым еще предстояло озаботиться тем, чтобы ни в коем случае не пропустить прохождение планеты. Снова и снова астрономы из разных стран отправлялись в путешествие по миру, чтобы наблюдать прохождение Венеры по диску Солнца под всеми возможными углами. В определенном отношении эти экспедиции явились предшественниками наших современных экспедиций к черным дырам, но в то время и такие предприятия были далеко не простыми. А некоторых исследователей постигала неудача, даже если они не выезжали из дома: например, Джереми Хоррокс в Англии едва не пропустил транзит Венеры 4 декабря 1639 года. Сначала он ждал рядом с телескопом, который навел на Солнце, но, поскольку Венера все никак не появлялась, оставил свой пост и отправился, предположительно, на церковную службу. Когда же Хоррокс вернулся к телескопу, то выяснилось, что он почти опоздал. Транзит давно начался, и Венера уже двигалась по диску Солнца. Из-за этого Хоррокс смог только приблизительно оценить полную продолжительность транзита.

Ученые решили гораздо более внимательно понаблюдать за следующими транзитами Венеры в 1761 и 1769 годах и поэтому отправились в различные международные экспедиции, которые тогда было не так-то просто организовать. Самое драматическое фиаско потерпел Гийом Лежантиль, который планировал наблюдать за транзитом из Индии. Его корабль прибыл в пункт назначения в Пондичерри (город на юго-востоке страны) как раз тогда, когда британцы в ходе военной кампании только-только захватили город. Французу Лежантилю не разрешили сойти на берег, и он был вынужден делать свои измерения на борту судна. Но деревянный корабль, качающийся на волнах, – не самое подходящее место для точных астрономических измерений, и результат оказался непригодным. Лежантиль решил подождать восемь лет до следующего транзита, но именно в тот момент, когда начался транзит, небо заволокло тучами. Для работы астроному нужно везение, и, в частности, требуется, чтобы погода в нужный момент была на его стороне. Удача – это вообще дама капризная. Когда француз наконец собрался отплыть домой после многих лет, проведенных за границей, он заболел дизентерией и чуть не умер. А вернувшись во Францию, обнаружил, что семья уже давно разделила его имущество, посчитав родственника погибшим. Даже его место во Французской академии наук было отдано другому ученому.

Так или иначе, но научное сообщество все же смогло с приемлемой точностью измерить расстояние между Землей и Солнцем. Значение астрономической единицы, определенное тогда, отличалось от установленного сегодня значения в 149 597 870 700 метров всего лишь примерно на 1,5 процента.

А точное расстояние до звезды 61 Лебедя первым определил в 1838 году немецкий астроном Фридрих Бессель, применивший метод параллакса и значение астрономической единицы. Смещение звезды на небе, которое Бессель измерял в течение года, составило мизерное значение, равное 0,3 угловой секунды, что примерно эквивалентно ширине волоса, видимого на расстоянии 50 метров. С помощью простой тригонометрии, зная значение астрономической единицы, он смог вычислить расстояние от Земли до звезды, и оно составило 100 триллионов километров, то есть 11,4 светового года. Бессель изумился, поняв, что измеренный им свет от звезды шел к Земле более десяти лет. Благодаря этому измерению было наконец снято последнее из первоначальных научных возражений против модели гелиоцентрического мироустройства.