Как известно из главы 4, в современной астрономии выделяют величину z, называемую красным смещением, которое определяется как отношение сдвига наблюдаемой длины волны спектральной линии к длине волны того же излучения, определенной экспериментально. Если это число отрицательное, речь идет о фиолетовом смещении. По формуле эффекта Доплера z = v/c, где v — скорость удаления. Эта зависимость действует только для v << с; в случае релятивистских скоростей требуется более сложная формула.
Спор о природе спиральных туманностей
Как мы узнали из главы 4, в конце XIX века Джеймс Килер с помощью телескопа Кросли, установленного на горе Гамильтон, сделал восхитительные снимки сотен спиральных туманностей. Девять лет спустя после смерти Килера, наступившей в 1900 году, Гебер Кёртис (1872–1942) продолжил его работу с телескопом Кросли. К 1913 году у него накопилось две сотни снимков спиральных туманностей.
19 июля 1917 года Джордж Ричи (1864–1945), наблюдая небо в 60-дюймовый зеркальный телескоп обсерватории «Маунт-Вилсон», расположенной в 480 км от горы Гамильтон, сфотографировал на большой выдержке спиральную туманность NGC 6946 (аббревиатура NGC означает «новый общий каталог» — New General Catalogue, составленный в 1888 году). Сравнивая этот снимок с тремя более ранними, Ричи увидел у его края яркую точку. Он заключил, что это должна быть новая звезда, одна из тех точек света, которые порой вспыхивают на небе, а затем быстро исчезают.
Кёртис отметил это явление в трех различных туманностях. Просматривая фотопластинки, он обнаружил, что в спиральной туманности NGC 4321 новые звезды появлялись в 1901 и 1914 годах. Ему показалось странным, что в спиральной туманности возникает так много новых звезд.
Более того, Кёртис заметил, что в некоторых туманностях иногда, хоть и довольно редко, появляются относительно яркие вспышки. К примеру, такая вспышка наблюдалась в 1885 году в Андромеде, а в 1895 — в созвездии Кентавра. Кёртис отнес эти вспышки к отдельному классу, теперь их называют сверхновыми звездами.
Другие астрономы были заинтригованы и начали искать нечто подобное на своих фотопластинках. Продолжая собственные исследования, Кёртис обнаружил, что большинство новых звезд в спиральных туманностях напоминали новые в других местах, но были менее яркими. Пытаясь найти объяснение их тусклости, он заключил, что они должны находиться на расстоянии в миллионы световых лет от Земли.
Кёртис был сторонником мнения, что спиральные туманности представляют собой «островные вселенные» — звездные галактики, расположенные на огромном расстоянии от Млечного Пути. Но большинство астрономов продолжали скептически относиться к этой версии. Тем временем началась Первая мировая война и большинство астрономов, включая Кёртиса (но не Шепли), ушли на фронт
.
После войны дебаты о природе спиральных туманностей продолжились. Харлоу Шепли строго придерживался мнения, что они находятся в пределах нашей Галактики. Серьезную поддержку в этом ему оказывал астроном голландского происхождения Адриан ван Маанен, работавший в обсерватории «Маунт-Вилсон». Маанен, имевший репутацию педантичного исследователя, утверждал, что измерил периоды вращения спиральных галактик и из этих данных следует, что если они представляют собой отдельные галактики, подобные Млечному Пути, то их спиральные рукава движутся быстрее скорости света. Предположительно, его результаты подтвердили другие исследователи из обсерватории «Маунт-Вилсон», обсерватории Лоуэлла, а также из России и Нидерландов
.
26 апреля 1920 года Шепли и Кёртис вступили в так называемый большой спор, состоявшийся на вечерней Открытой встрече во время трехдневного собрания Национальной академии наук США в городе Вашингтоне. Днем ранее в газете «Вашингтон пост» было написано: «Доктор Харлоу Шепли из солнечной обсерватории “Маунт-Вилсон” представит данные, которые, по-видимому, свидетельствуют о том, что размеры [Млечного Пути] могут быть намного больше, чем считается… Доктор Гебер Д. Кёртис изЛикской обсерватории будет защищать старую (курсив мой. — В. С.) теорию, согласно которой существует, возможно, огромное число вселенных, подобных нашей, в каждой из которых может насчитываться до трех миллиардов звезд»
.
Если судить по тексту газетной статьи, что вообще-то всегда рискованно, общепринятое мнение в то время, похоже, склонялось к тому, что «старая» идея о существовании других галактик за пределами нашей вытесняется новыми открытиями Шепли.
На самом деле это был не совсем спор. Скорее это были две последовательные лекции, которые выступающие не адресовали друг другу и которые не предполагали обмена контраргументами по окончании.
Шепли большую часть дебатов посвятил своей оценке размеров нашей Галактики, согласно которой она в 10 раз больше, чем считалось в то время. Он обращался в первую очередь к публике и приводил мало научных подробностей. Лекция Кёртиса была более специализированной, он сосредоточился на спиральных туманностях, делая особенный акцент на том, что новая Андромеда была слишком яркой, чтобы находиться в нашей Галактике, и что спиральные туманности движутся с очень большой скоростью.
Кёртис также поставил под сомнение оценку размеров Млечного Пути, данную Шепли, утверждая, что он в 10 раз меньше. Он ошибся в меньшую сторону в три раза, в то время как Шепли ошибся в три раза в большую сторону, так что здесь они квиты.
Кёртису пришлось признать, что, если спиральные туманности — это отдельные галактики и, предположительно, имеют тот же порядок величин, что и Млечный Путь, они должны находиться на расстоянии не менее 300 тыс. световых лет от нас.
Конспекта самих дебатов не сохранилось. Однако лекторы, как настоящие ученые, согласились написать статьи в Бюллетень Национального совета по научным исследованиям в поддержку своих точек зрения. Эти статьи вышли через год, в них по сравнению с устными докладами были внесены существенные правки
.
Общество начало обращать внимание на их работы. 31 мая 1921 года на первой полосе «Нью-Йорк тайме» сообщалось, будто Шепли доказал, что «маленькая светящаяся точка, вокруг которой вращается крохотная тень, называемая Землей, находится на расстоянии 60 000 световых лет от центра Вселенной». В том же году Шепли сменил Пикеринга на должности директора Гарвардской обсерватории. В статье приводились его слова: «Лично мне приятно видеть, как люди теряются в этой физической пустоте, человеку полезно осознавать, насколько ничтожно его существование в масштабах Вселенной»
.
В 1925 году Шведская королевская академия наук связалась с Гарвардской обсерваторией, чтобы узнать о возможности присуждения Нобелевской премии по физике Генриетте Ливитт. Они не знали, что она умерла от рака желудка четырьмя годами ранее, 21 декабря 1921 года, в возрасте 53 лет. Посмертно премия не присуждается.
Реальность, созданная Хабблом
Одиннадцатого сентября 1919 года благодаря неустанным усилиям Джорджа Эллери Хейла на горе Вилсон заработал 100-дюймовый телескоп-рефлектор. Неделю спустя в обсерватории появился новый сотрудник, Эдвин Хаббл, во время Первой мировой войны служивший капитаном, но не участвовавший в боях. В 1923 году он занимался исследованием туманностей при помощи обоих телескопов, имеющихся в его распоряжении (60- и 100-дюймового), и обратил особое внимание на NGC 6822, туманность в созвездии Скорпиона, которая напоминает Большое Магелланово Облако.
