Брайан Китинг - Гонка за Нобелем. История о космологии, амбициях и высшей научной награде

В 1912 году Ливитт объявила о замечательном открытии. Учитывая, что излучаемый цефеидами свет пульсирует с регулярной периодичностью, Ливитт поняла, что предсказуемость изменения блеска можно использовать для измерения расстояния до далеких астрономических объектов. «Легко провести прямую линию между каждой из двух последовательностей точек, соответствующих максимуму и минимуму, — писала она, — тем самым показывая, что есть простая связь между яркостью переменных звезд [цефеид] и их периодами» {11} .

Используя эту зависимость, известную сегодня как закон Ливитт, она установила, что цефеиды функционируют как эталонные небесные хронометры. Период пульсации цефеид непосредственно связан с их светимостью: чем ярче звезда, тем медленнее она пульсирует. Цефеида с однодневным периодом имеет светимость (суммарное излучение энергии за отрезок времени) в сотню раз больше, чем Солнце. Цефеида с пятидневным периодом в десять раз ярче однодневной цефеиды.

«Прямая линия» Ливитт, по сути, стала самой длинной линейкой, придуманной человечеством. Поскольку яркость [15]любого светящегося объекта уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния до него, цефеиды стали для астрономов идеальными ориентирами, с помощью которых можно было измерить расстояние до далеких астрономических объектов. В 1918 году Харлоу Шепли сделал именно это: когда он обнаружил цефеиду с однодневным периодом на неизвестном расстоянии, которая была на четверть ярче, чем цефеида с таким же однодневным периодом, расположенная на известном расстоянии от Земли, он смог рассчитать, что более тусклая цефеида находится вдвое дальше. Это было поразительное открытие: тиканье часов превратилось в отметки на космической линейке, простирающейся далеко за пределы Солнечной системы.

Шепли использовал закон Ливитт для измерения расстояний до нескольких шаровых скоплений. Он определил их местоположение на космической карте и показал, что они никоим образом не центрированы вокруг Солнечной системы. Вместо этого они центрированы относительно некой точки недалеко от созвездия Стрельца, расположенной на расстоянии более миллиона триллионов миль от Земли. Как и Галилей с его наблюдением спутников Юпитера, Шепли использовал небесные объекты, которые не вращаются вокруг нас, чтобы избавить человека от геоцентрических иллюзий. Мы не только не находимся в центре Солнечной системы, но и наша Солнечная система не в центре галактики! Шепли разрешил вторые Великие дебаты в пользу Коперника: мы не привилегированные наблюдатели, а обитатели галактической периферии.

Итак, мы не в центре Млечного Пути. Но по крайней мере Млечный Путь — это все-таки вся Вселенная… Или нет? Конечно, нет.

Вскоре после того, как Шепли нашел настоящий центр Млечного Пути, между ним и астрономом Гебером Кёртисом начались споры о существовании других галактик {12} . Эти споры известны как Большие дебаты. (Но, хотя их так назвали, по сути, это третий этап в нашей серии дебатов о том, занимает ли человечество некое привилегированное место в космосе.)

Дебаты Кёртиса — Шепли стали первой публичной дискуссией в истории астрономии. Они бушевали на протяжении нескольких лет, когда противники атаковали друг друга, публикуя научные статьи. Шепли был загипнотизирован размерами Млечного Пути. По его расчетам, длина нашей Галактики в поперечнике составляла 300 000 световых лет (сегодня мы знаем, что эта цифра в три раза меньше). Поэтому, утверждал он, Млечный Путь — это и есть вся Вселенная.

Как Шепли, этот титан астрономии, ярый сторонник коперниканского принципа, сумевший переместить Солнечную систему из центра Галактики на периферию, мог так заблуждаться? В этом снова была виновата космическая пыль — остатки давно умерших звезд.

Галилеев телескоп положил начало Великим дебатам. Телескоп Гершеля расширил тему дискуссии за пределы Солнечной системы на весь Млечный Путь, поместив нас в привилегированное центральное положение. Гебер Кёртис утверждал, что структура нашей Галактики слишком неоднородна, чтобы быть всей Вселенной. Но это вопроса не решало. Вот если бы ему удалось открыть другую галактику, тогда Кёртис мог бы поставить Млечный Путь на место, сбросив нашу Галактику с трона короля всей Вселенной.

Самым подходящим кандидатом на другую галактику была туманность Андромеды. Несмотря на свое название, туманность Андромеды, как нам известно сегодня, такая же галактика, как наша. Но, чтобы доказать это, Кёртису требовался точный ориентир, а он не доверял Ливитт и ее новомодным цефеидам.