[Перевод] 1 января 1925 года: день, когда мы открыли Вселенную

Туманность Андромеды, сфотографированная в Йеркской обсерватории около 1900 года. Для нас это очевидно галактика. Тогда её описали, как «массу светящегося газа» непонятного происхождения.

И что же особенного в этой дате? Новый год – просто случайное перелистывание календаря, но он может служить и моментом возвышения, обновления и пересмотра представлений. Так случилось и с одной из самых необычных дат в истории науки, 1 января 1925 года. Можно сказать, что тогда не случилось ничего примечательного, всего лишь обычный доклад на научной конференции. Или же его можно праздновать, как день рождения современной космологии момент, когда человечество открыло Вселенную, как она есть.

До того у астрономов был близорукий и ограниченный взгляд на реальность. Как это часто случается даже с самыми гениальными умами, они видели, но не понимали, на что смотрят. А ведь ключевой факт был прямо у них перед глазами. По всему небу были разбросанные интересные спиральные туманности, водовороты света, напоминавшие волчки. Самый известный из них, туманность Андромеды, был таким ярким, что его легко можно было увидеть ночью. Но значение этих вездесущих объектов оставалось загадкой.

Некоторые считали, что спиральные туманности были огромными и отдалёнными звёздными системами, «островными вселенными», сравнимыми с нашей галактикой Млечный путь. Многие другие были уверены, что это всего лишь небольшие, близко расположенные облака газа. С их точки зрения, другие галактики, если они и существуют, были не видны, и находились далеко в глубинах космоса. А может, и не было никаких других галактик, а был лишь один Млечный путь – одна система, определявшая Вселенную. Споры между двумя сторонами были настолько жаркими, что привели к знаменитому Большому спору 1920 года, закончившемуся неудовлетворительной ничьёй.

Правильное представление о нашем месте во Вселенной появилось всего через несколько лет, в работе одного из самых известных астрономов: Эдвина Пауэлла Хаббла. С 1919 года Хаббл стал одним из самых терпеливых и скрупулёзных наблюдателей в обсерватории Маунт-Вилсон в Калифорнии. А сама обсерватория стала главным авангардом астрономических исследований, домом недавно созданного 100-дюймового телескопа Хукера – тогда это был крупнейший телескоп мира. Это была идеальная комбинация из нужного наблюдателя в нужном месте в нужное время.

Хабблу очень помогло предыдущее исследование Весто Мелвина Слайфера из обсерватории Лоуэлла, одного из невоспетых героев современной космологии. Слайфер обнаружил, что многие из спиральных туманностей двигаются с огромными скоростями, быстрее, чем любые из известных звёзд, и что двигаются они в основном от нас. Для Слайфера это открытие стало убедительным доказательством независимости этих систем, влекомых неизвестными механизмами, работающими вне Млечного пути. Но у Слайфера недоставало необходимых ресурсов для доказательства своей интерпретации. Ему требовался гигантский телескоп, такой, каким управлял Хаббл на Маунт-Вилсон. Именно там наша история переключается на верхнюю передачу.

Эдвин Хаббл за управлением 100-дюймовым телескопом в Маунт-Вилсон, около 1922 года

Хаббл всегда осторожно относился к теориям и интерпретациям. Он сконцентрировал своё научное внимание на спиральных туманностях без упора на необходимость доказательства теории «островных вселенных». Он предпочитал подождать до тех пор, когда он сможет представить однозначное подтверждение или опровержение этой теории – в зависимости от того, на что укажут доказательства.

В 1922 году появился ещё один важный кусочек головоломки. В том году шведский астроном Кнут Эмиль Лундмарк увидел то, что он посчитал отдельными звёздами в рукавах спиральной туманности М33. Вскоре после этого Джон Дункан из обсерватории Маунт-Вилсон заметил точки света, затухающие и разгорающиеся в той же самой туманности. Могли ли это быть переменные звёзды, похожие на те, что существуют в Млечном пути, но гораздо более тусклые из-за огромного расстояния до них?

Чувствуя, что ответ близок, Хаббл удвоил усилия. Он проводил ночи в своём любимом деревянном кресле, управляя стальной монтировкой хукеровского телескопа для устранения эффектов от вращения Земли. Попытка увенчалась успехом в виде детальных изображений туманности Андромеды с большой выдержкой. Пятнистый свет туманности начал превращаться во множество ярких точек, которые выглядели не как газ, а как гигантский рой звёзд.

Окончательное доказательство появилось в октябре 1923 года, когда Хаббле заметил характерное мерцание отдельной переменной звезды из класса цефеид в одном из рукавов Андромеды. Видимая яркость такой звезды меняется предсказуемо и периодически, а её собственная яркость зависит от периода колебаний. Просто замерив 31-дневный цикл мерцания звезды, Хаббл мог подсчитать расстояние до неё. По его расчётам получалось 930 000 световых лет – меньше половины сегодняшней оценки, но для своего времени всё равно шокирующая цифра. Это расстояние располагало Андромеду, одну из ярчайших и, возможно, ближайших спиральных туманностей, далеко за пределами Млечного пути.

В принципе, именно тогда и разрешился Большой спор. Спиральные туманности были другими галактиками, а наш Млечный путь был всего лишь одним из аванпостов ошеломляюще обширной Вселенной. Но история этим далеко не закончилась.

С присущей ему осторожностью Хаббл начал искать больше доказательств. В следующем феврале он открыл, возможно, ещё одну цефеиду в Андромеде, несколько цефеид в М33, и, возможно, ещё в трёх других туманностях. И когда сомнений не оставалось, он написал об этой новости своему давнему сопернику, Харлоу Шейпли – ведущему стороннику идеи о небольших и недалеко расположенных спиральных туманностях – с целью поддразнить его. «Вам будет интересно узнать, что я нашёл цефеиду в туманности Андромеды», – начиналось письмо.

Шейпли не нужно было читать дальше, чтобы понять важность слов Хаббла. «Это письмо разрушило мою вселенную», — сердито поведал Шейпли Сесилии Хелене Пейн-Гапошкиной [Cecilia Payne-Gaposchkin], кандидату в доктора в Гарварде, оказавшуюся в лаборатории в момент прибытия послания от Хаббла. Пэйн-Гапошкина была ещё одной ключевой фигурой для современной астрофизики. По удивительному совпадению, её новаторская работа по звёздному спектру была завершена 1 января 1925 года!

Несмотря на очевидное радостное волнение по поводу открытий в Андромеде, Хаббл всё ещё колебался с публикацией результатов. При всей показной уверенности, он ужасно волновался по поводу громкого и преждевременного объявления об открытии. Каждый раз, идя с собрания на формальный ужин в 5 вечера в Монастырь, жилые помещения Маунт-Вилсон, Хаббл встречался со своими коллегами-астрономами. Не все они принимали существование других галактик. Будучи тщеславным и тщательно следящим за своей репутацией, Хаббл опасался выглядеть дураком.

Адриан ван Маанен, весёлый и симпатичный всем нидерландский астроном на Маунт-Вилсон, энергично доказывал противоположную точку зрения. Он был убеждён, что наблюдал вращение некоторых из спиральных туманностей, что было возможно, только если те были достаточно маленькими и были расположены достаточно близко. Хаббла волновало наличие сомневающегося учёного в своих рядах, и держался, пока не приобрёл абсолютной уверенности в результатах. Ван Маанен так и не понял, где ошибался, и отказался признать ошибку. Хаббл в итоге пересмотрел фотопластинки коллеги, и объявил, что «найденные ранее вращения оказались результатами скрытых систематических ошибок, и не указывали на движение туманностей, реальное или кажущееся». С академической точки зрения это был весьма резкий упрёк.

Единственная переменная звезда, замеченная Хабблом в туманности Андромеда, поменяла всё наше представление о размерах космоса. Слева – изображение, помогшее открытию. Справа – кривая яркости звезды.

Информация об открытии Хаббла неизбежно просочилась в прессу. В результате первым публичным объявлением об астрономическом прорыве стала небольшая заметка, прошедшая в The New York Times 23 ноября 1924 года. Самое важное за последние три столетия открытие, связанное с космосом, вышло в виде одной новости из целой кучи!

И всё же Хаббл удерживался от формальной публикации. Видный астроном Генри Норрис Рассел уговаривал его представить свои открытия на встрече в столице Американской ассоциации научных достижений, предлагавшей за лучшую работу приз в $1000. Когда Хаббл так и не предложил свою работу, Рассел хмыкнул: «Ну и осёл же он. Ему в руки идёт лёгкая тысяча долларов, а он отказывается её брать». А потом Рассел открыл почту, и обнаружил, что работа от Хаббла только что пришла.

И только теперь мы подходим к ошеломляющему публичному объявлению. 1 января 1925 года Хаббл находился в изоляции на Маунт-Вилсон, а Рассел читал его революционную работу о существовании других галактик перед полной энтузиазма толпой. Хабблу досталась часть приза за лучшую работу. Она завершила Большой спор, и не только. Она резко увеличила размер известной вселенной в 100 000 раз. Она подготовила почву для открытия расширяющейся вселенной, и, как следствие, изначального Большого взрыва (на который уже намекали скорости, записанные Слайфером). Если и можно назначить какую-либо дату днём рождения современной космологии, то это её.

Как ни странно, именно Шэйпли, а не Хаббл, предложил астрономам адаптировать свою номенклатуру к новой реальности и называть внешние звёздные системы «галактиками». Хаббл всё ещё пользовался консервативными взглядами на мир, опровергнутый им же. Он также естественно предпочитал не соглашаться с любыми идеями, поданными его соперником, Шэйпли. Поэтому Эдвин Хаббл, человек, доказавший, что Млечный путь – лишь одна из неисчислимого множества галактик, так и не перестал называть эти объекты «экстра-галактическими туманностями».

Наблюдая за циклическими колебаниями яркости цефеид в Андромеде, Хаббл расширил возможности человеческого разума ещё одним способом. Он избавил нас от волнений по поводу того, что крайне удалённые от нас звёзды могут вести себя по-другому, нежели те, что находятся по соседству с нами. Теперь, когда учёные могли исследовать звёзды в других галактиках, они могли определить постоянство Вселенной в пространстве и времени.

По современным подсчётам, галактика Андромеда находится в 2,5 млн световых годах от нас, то есть, видимый нами свет стартовал 2,5 млн лет назад. Получается, что мы видим звёзды этой галактики не только удалёнными на 2,5 млн световых лет, но и живущими в 2,5 млн лет в прошлом. Тем не менее, они выглядят похожими на ближайшие к нам звёзды. И когда Эдвин Хаббл и другие астрономы заглядывали ещё дальше, они добавляли всё больше доказательств пространственного и временного единообразия. Во всём пространстве и все времена атомы, судя по всему, испускают тот же самый свет, и переменные звёзды подчиняются тем же самым физическим законам.

Это постоянство природы придало убедительности поискам одного набора правил, действующих по всему космосу. Или, как сказал бы Альберт Эйнштейн, показало, что Бог не меняет правила существования космоса. Это был чертовски неплохой подарок на день рождения для человеческого разума.