Стеклянный небосвод: Как женщины Гарвардской обсерватории измерили звезды - Дава Собел

ее отца 4 марта 1911 года, и она провела весну и лето, помогая матери наладить дела в маленьком имении преподобного Ливитта. Вернувшись осенью в Кеймбридж, она обнаружила, что коллектив обсерватории по-прежнему не может свыкнуться с утратой миссис Флеминг. Расчетчицами руководила мисс Кэннон. Мейбл Джилл, работавшая в штате с 1892 года, занималась подготовкой в печать нескольких томов «Анналов» и совместно с другой опытной работницей, Сарой Бреслин, заканчивала масштабную работу миссис Флеминг по измерению открытых ею переменных путем сверки с 222 звездными последовательностями, специально созданными для этой цели. Мисс Мори снова удалилась в старое гнездо Дрейперов в Гастингсе-на-Гудзоне.

Возобновляя поиск новых переменных на гарвардских картах неба, мисс Ливитт не прекращала размышлять о тех тысячах, которые она увидела в Магеллановых Облаках.

Изобилие переменных в этих двух южных скоплениях звезд не поддавалось никакому сравнению. Мисс Ливитт насчитала свыше 900 в Малом Облаке и 800 – в Большом, даже не пытаясь рассмотреть центральные части Облаков, где звезды сливались в неразличимую массу.

«Если бы звезды располагались в небе равномерно, – рассуждал Солон Бейли, – их количество превысило бы 10 млрд и небо так сияло, что никакой ночи бы не было». Бейли разглядывал небо Южного полушария в Арекипе, с палуб кораблей в южных широтах и на плато Большое Карру в Южной Африке. В этих далеких краях, в идеальной темноте, он видел, как усыпанный звездами Млечный Путь разливается от края до края ночи. Его телескопы сжимали необъятные расстояния, позволяя погрузиться в эту звездную реку. Мисс Ливитт, которой были недоступны столь близкие отношения с небесами, могла лишь представлять себе, как она стоит, разинув рот, в Андах, под южными извивами Млечного Пути и смотрит на Магеллановы Облака, которые тащатся за звездным потоком, словно пара заблудших овец.

Бейли был убежден, что два Облака представляют собой особые образования, отдельные от Млечного Пути. Если это так, то они находятся за пределами Галактики, а значит, каждое Облако составляет собственную, так сказать, островную вселенную. Может быть, прочие многочисленные белые туманные пятнышки, разбросанные в космосе, тоже являются отдельными системами звезд, независимыми от Млечного Пути?

На снимках Магеллановых Облаков, сделанных Бейли с двух- и четырехчасовой выдержкой через телескоп «Брюс», обнаружилось множество тусклых звезд до 17-й величины. В ходе своего первого исследования мисс Ливитт ориентировалась в них, используя метод работы Бейли с шаровыми скоплениями: она нанесла на стеклянную пластинку сетку из сантиметровых квадратов, превратив ее в прозрачный лист бумаги в клетку. Затем, накладывая эту сетку на фотоснимки Облаков, она отгораживала маленькие группы звезд и картировала их с помощью окуляра с микрометрической сеткой.

Ни на что не отвлекаясь, она выделяла отдельные звезды, нумеровала их, фиксировала относительное местоположение и отслеживала колебания блеска переменных во времени. То, что переменные располагались близко друг к другу, а подходящие в качестве эталона звезды – далеко от них, усложняло ее задачу. Закономерности изменчивости тоже представляли для нее проблему, так как большинство переменных в основном оставалось на минимуме блеска, разгораясь внезапно, кратковременными вспышками. В своей публикации 1908 года «1777 переменных в Магеллановых Облаках» она определила все разбросы величин и указала максимальное и минимальное значения для каждой звезды, насколько было в ее силах. Полные кривые блеска она вывела только для 16 звезд, но даже эта малая выборка (0,01 от общего количества) показала любопытную тенденцию: у более ярких звезд периоды были дольше, как будто один параметр зависел от другого.

Так как все эти 16 переменных находились в компактном Малом Облаке, мисс Ливитт предположила, что все они расположены примерно на одинаковом расстоянии от Земли – как ее родственники в Белойте, живущие примерно на одинаковом расстоянии от Кеймбриджа. А значит, те, которые кажутся ярче, должны быть на самом деле ярче.

Неожиданная корреляция между яркостью и периодичностью могла быть простым совпадением, как хорошо было известно мисс Ливитт. Но если та же закономерность окажется верной для большего количества аналогичных переменных, то сама по себе эта корреляция предполагала нечто изумительное.

В 1911 году мисс Ливитт проследила изменения еще девяти звезд на фотопластинках. Как и в предыдущий раз, у наиболее ярких переменных циклы изменчивости оказались самыми длительными. Она перенесла цифры на график, откладывая продолжительность периодов по оси X, а максимумы и минимумы блеска – по оси Y. Соединив точки, она получила две плавные кривые, а когда перевела периоды в логарифмическую шкалу, кривые стали прямыми. Закономерность, выявленная мисс Ливитт среди звезд, была истинной. Сообщая о результатах ее исследования в циркуляре Гарвардской обсерватории от 3 марта 1912 г., Пикеринг назвал эту закономерность «примечательной». То, что мисс Ливитт продемонстрировала в отношении 25 звезд из Малого Магелланова Облака[19], он охарактеризовал как «закон»: чем больше звездная величина, тем продолжительнее период. Стало быть, определенные типы переменных на протяжении своих циклов блеска сигнализировали об истинных звездных величинах. Эти звезды становились вехами для измерения расстояний в более далеких глубинах космоса. Когда астрономы узнают ключ к звездному шифру – как именно связаны блеск и периодичность, – они смогут определять звездные величины, взглянув на часы, а затем преодолеют межзвездные расстояния на крыльях ньютоновского закона обратных квадратов: если одна переменная вчетверо слабее другой, то она находится вдвое дальше ее.

За обнаруженную мисс Ливитт связь между периодичностью и светимостью ухватился Эйнар Герцшпрунг в Дании. Он тоже рисовал графики, увязывая один звездный параметр с другим, чтобы проверить их взаимозависимость. Герцшпрунг разделял распространенное, хотя и не общепринятое мнение своих современников, что дрейперовская спектральная классификация отражает температурный градиент: бело-голубые звезды класса O – самые горячие, красные класса M – самые холодные. Значит, у двух красных звезд, практически совпадающих по спектру, температура одинакова, и если одна из них выглядит ярче другой, то она либо ближе, либо большего размера. Герцшпрунгу нередко удавалось определить относительные расстояния между парой таких звезд по их собственному движению. Если более дальняя звезда – смещавшаяся меньше – была при этом ярче, то она безусловно обладала большей площадью поверхности, излучавшей свет. Эти рассуждения привели Герцшпрунга к мысли о возможности существования чрезвычайно крупных звезд, то есть гигантов. Прежде он превозносил мисс Мори за отмеченные ею спектральные тонкости, которые могли отличать гигантов от карликов. Теперь он благодарил мисс Ливитт за способ измерения прежде недостижимых расстояний.

В Млечном Пути Герцшпрунг выделил десяток примеров звезд, подобных тем, что изучала мисс Ливитт. Кривые их светимости подчинялись тому же закону: крутой взлет до максимального блеска, затем постепенный спад. Эти звезды были ярче на несколько порядков, чем их аналоги с такой же периодичностью среди звезд мисс Ливитт. Из этих различий, по расчетам Герцшпрунга, следовало, что Малое Магелланово Облако находится на расстоянии в 30 000 световых лет – пропасть, едва доступная воображению.

Развивая некоторые идеи Герцшпрунга, Генри Норрис Рассел пришел к сходным выводам насчет размеров, блеска и расстояний. Основываясь на собственных расчетах, Рассел утверждал, что все переменные мисс Ливитт и их желтые аналоги в Млечном Пути – гиганты.

Сама мисс Ливитт не стала двигаться в этих направлениях. Она продолжала поиск новых переменных в своей трети неба и дальнейшие уточнения величин Северного полярного ряда, предоставив другим подтверждать открытую ею зависимость.

На острове Нантакет у побережья Массачусетса, где в 1847 году Мария Митчелл совершила всемирно известное открытие кометы, была маленькая обсерватория, увековечившая ее память. Общество Марии Митчелл располагалось в доме на Вестал-стрит, где она родилась, а обсерватория – в соседнем здании с куполом. Общество было основано в 1902 году, через 13 лет после кончины мисс Митчелл, ее двоюродной сестрой Лидией Суэйн Митчелл, которая тоже родилась в доме на Вестал-стрит. Кузина Лидия, теперь миссис Чарльз Хинчман, жила с мужем и детьми в Филадельфии, но каждое лето возвращалась на Нантакет и считала своим долгом сохранять на острове дух астрономии. Она часто обращалась за советами к директору Гарвардской обсерватории и спрашивала, кого он порекомендует в качестве приглашенных лекторов. Несколько летних сезонов подряд, начиная с 1906 года, на Нантакет с лекциями приезжала Энни Джамп Кэннон. Она также вела курс астрономии по переписке и содействовала привлечению на остров «летних наблюдательниц» – Иды Уайтсайд из обсерватории Уэллсли и профессора Флоренс Харфем из Женского колледжа в Колумбии, штат Южная Каролина. Во время «Лунных ночей» публика приходила посмотреть в тот самый 3-дюймовый телескоп, в который Мария Митчелл некогда рассмотрела комету, и в 5-дюймовый телескоп