Люди науки
Вильям Гершель
(к 270-летию со дня рождения)
Вильям Гершель. 1784 г.
Великий английский астроном Вильям (Фридрих Вильгельм) Гершель вошел в историю науки как знаменитый конструктор первы/х гигантских телескопов; виртуозны/й и неутомимый наблюдатель; основатель звездной астрономии, родоначальник изучения нашей звездной системыI - Галактики и крупномасштабной структурыI впервые открытого им безграничного мира далеких "туманностей" -других звездны/х вселенны/х; автор небулярной звездно-космогонической гипотезыI и идеи продолжающегося и в наше время звездообразования в наблюдаемой Вселенной.
ОТ МУЗЫКИ К АСТРОНОМИИ. ВЕЛИКИЙ САМОУЧКА
Фридрих Вильгельм Гершель родился 15 ноября 1738 г. в многодетной семье полкового музыканта Ганноверской гвардии (из десяти детей большинство скончались в раннем возрасте). Он получил домашнее образование: с детства владел французским, играл на скрипке и органе. В 15 лет он вступил в гвардию и стал гобоистом в полковом оркестре. Однако в 19 лет, не желая быть призванным в солдаты, Гершель, с одобрения матери, тайком покинул Ганновер и навсегда уехал в Англию. (Ганновер был связан с Англией личной унией, то есть подчинялся английскому королю.) Много позднее он получил от короля - уже чисто формальное - официальное прощение этого юношеского проступка. Преодолев встреченные на первых порах трудности и лишения, Гершель вскоре приобрел известность как музыкант - исполнитель, дирижер, композитор, а также преподаватель музыки - сначала в г. Галифакс графства Йоркшир, а затем в модном курортном центре того времени, г. Бат, недалеко от Бристоля. (На современных лазерных дисках можно прослушать его мелодичные симфонии.) Именно музыка обеспечивала ему в эти годы средства к существованию. Но любознательная, энергичная натура Гершеля требовала большего: он самостоятельно изучает языки - итальянский, латинский, греческий, углубляется в теорию музыки. Счастливая случайность круто изменяет его налаженную жизнь музыканта.
Поворотным событием для него стала встреча с сочинением теоретика музыки
40
© Еремеева А.И.
и разностороннего ученого Роберта Смита "Система оптики", где рассказывалось и об астрономии, а также давались основы астрономической оптики. И поскольку естественнонаучные (равно как и философские) проблемы интересовали В. Гер-шеля с юности, наука о небе не могла не захватить его воображение, с естественным для него следствием: освоить эту новую область.
В 1773 г. Гершель купил небольшой отражательный телескоп с фокусным расстоянием 2.5 английского фута (76 см -длина трубы), но наблюдения с ним не удовлетворили его. На приобретение более крупного не было средств. И Гершель приступил к изготовлению самодельных инструментов. Отражательные телескопы-рефлекторы в XVIII в. вытеснили рефракторы. С 30-х гг. широкое распространение в Европе получили короткофокусные (2-3 фута) светосильные рефлекторы английской фирмы Д. Шорта (в основном довольно сложной - с двумя сферическими зеркалами, главное, к тому же, с центральной прорезью - системы Грегори).
Гершель избрал более простую конструкцию Ньютона, в которой отраженный от главного зеркала свет небесного объекта перехватывался небольшим плоским зеркалом в верхней части трубы и направлялся в окуляр в ее боковой стенке, где и должен был находиться наблюдатель. Уже в марте 1774 г. Гершель мог любоваться знаменитой светлой туманностью в созвездии Ориона в свой первый самодельный рефлектор с трубой в 5.5 фута длиной и диаметром главного зеркала 20 см. Успех окрылил его. Он с головой уходит в работу. Дни заполняются изготовлением зеркал, вечера -музыкой, а ночные часы Гершель все с большим увлечением отдает астрономическим наблюдениям (которые он ухитрялся проводить даже во время концертных антрактов). В изготовлении телескопов ему начинает помогать вызванный из Ганновера младший брат, Александр, -талантливый механик. Неоценимую роль и в жизни, и в научных исследованиях В. Гершеля сыграла его младшая сестра, Каролина. Обладая незаурядным умом, прекрасным голосом, безгранично пре-
7-футовый телескоп В. Гершеля.
данная брату, она не только участвовала на первых порах в его концертах, многие годы вела хозяйство, но, главное, с полным самоотречением помогала В. Герше-лю во время наблюдений и проводила всю последующую трудоемкую обработку результатов. На изготовленном для нее небольшом телескопе она и сама вела наблюдения - открыла несколько туманностей (в том числе спутник Туманности Андромеды, NGC 205) и восемь комет (превзойдя по частоте открытий своего знаменитого современника - "ловца комет" Ш. Мессье). Заслуги Каролины Гершель были отмечены в конце ее долгой жизни (1750-1848) золотой медалью Лондонского королевского общества, избранием в почетные члены этого общества и Королевской Ирландской академии наук.
Со временем Гершель усовершенствовал методику обработки длиннофокусных, требующих особой точности, параболических зеркал из подобранного им специального "зеркального" сплава олова и меди. Но в первые годы ему порой приходилось во время тонкой ручной до-
шлифовки зеркала работать, не отрывая руки, по 10-12, а то и 16 часов подряд, так как любой перерыв мог испортить все дело. Из рассказа Каролины (оставившей свои воспоминания) о случившемся как-то взрыве плавильной печи видно, что изготовление зеркал было занятием не только утомительным, но и небезопасным.
Уже в Бате Гершель изготовил не одну сотню зеркал для рефлекторов - 7-футовых, 10-футовых и 20-футовых. Главными рабочими инструментами самого Гер-шеля стали наиболее оптимальные в климатических условиях Англии 20-футовые (то есть с длиной трубы 6 м) телескопы с диаметром главного зеркала (объектива) сначала 30, а к 1784 г. -47.5 см.
Гершель сразу же оставил далеко позади своих современников-конструкторов. Вершиной развития телескопострое-ния в конце XVIII в. стал законченный им
в 1787 г. гигантский 40-футовый рефлектор с трубой более 12 м и рабочим диаметром зеркала 122 см (полный диаметр -147 см, вес - 2 т). Он оставался непревзойденным до появления в середине XIX в. рефлектора с зеркалом в 183 см конструкции ирландского астронома В. Парсонса (ошибочно вошедшего в русскую астрономическую литературу под именем "лорда Росса" - в действительности третий граф Росс, лорд Оксмантаун). В своем гигантском телескопе Гершель применил независимо изобретенную им еще в 1776 г. однозеркальную схему (назвав ее схемой "прямого зрения") со слегка наклонным расположением главного зеркала. Изображение получалось у верхнего края трубы, и вторичное зеркало становилось лишним, что еще более увеличивало светосилу инструмента. Помимо большой светосилы и, следовательно, возможности использовать зна-
40-футовый рефлектор В. Гершеля.
чительные увеличения (до 7 тыс., хотя из-за климата обычно, да и то лишь для исследования двойных звезд применялись увеличения до 2500, а при общих обзорах неба - в 150 раз), Гершель отмечал как особое достоинство значительную маневренность своих инструментов. Несмотря на то, что крупные телескопы Гершеля еще монтировались подвешенными на блоках в деревянных каркасах, которые могли поворачиваться на специальных катках (своего рода азимутальная установка), их можно было с помощью нескольких рабочих быстро переводить с одного участка неба на другой и охватывать наблюдениями обширную область небесной сферы.
Основное направление исследований Гершеля определилось с самого начала.
Это была впервые поставленная астрономом-наблюдателем грандиозная задача изучения строения Вселенной в целом. С 1775 г. Гершель провел для этого четыре систематических обзора неба, намереваясь не пропустить ни одного неизвестного объекта. Каждый обзор занимал несколько лет.
ОТКРЫТИЯ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ
Во время второго обзора неба неожиданно закончилась карьера Гершеля-му-зыканта: 13 марта 1781 г. он открыл планету Уран. Вначале Гершель принял ее за новую комету, но уже спустя три-четыре месяца А.И. Лексель в Петербурге и П.С. Лаплас в Париже определили почти круговую орбиту нового небесного тела
и ее "прижатость" к эклиптике, после чего известный парижский астроном Ж.Ж.Ф. Лаланд первым догадался, что это новая большая планета. Открытие Гершеля раздвинуло границы Солнечной планетной системы почти до 3 млрд. км, увеличив ее размер более чем вдвое. За всю известную историю человечества это было первое открытие новой и одной из наиболее крупных планет (она превышает Землю по объему более чем в 60 раз).
Гершель вступал в астрономию с триумфом. Золотая медаль от Лондонского королевского общества, избрание в его члены, степень почетного доктора Оксфордского университета, благосклонность короля и должность придворного астронома с пожизненной пенсией в 300 гиней - такова была награда Герше-лю в Англии. В 1789 г. его избрали почетным членом Петербургской академии наук. Но главное, он стал астрономом-профессионалом. В 1782 г. Гершель переезжает в Датчет (близ Виндзора), затем - в
Вильям и Каролина Гершель во время наблюдений на 40-футовом телескопе.
Старый Виндзор (Клей-Холл) и, наконец, в 1786 г. поселяется в Слау (в 30 км от Лондона). Это западное предместье Лондона известный астроном и физик Д.Ф.Ж. Араго, один из первых биографов Гершеля, назвал местом, "где было сделано наибольшее число открытий".
Открытия Гершеля только в Солнечной системе могли обессмертить его имя. Помимо Урана - два спутника этой планеты (1787), их обратное орбитальное движение (1797); два ближайших спутника Сатурна (1789) и весьма точное определение периода вращения Сатурна и его колец (1790; любопытно, что результат совпал с теоретическими расчетами И. Канта! - 1755 г., опубликованы в 1791 г.); сезонные изменения размеров полярных шапок на Марсе и др. Даже его оказавшееся ошибочным открытие действующих вулканов на Луне (1787) сыграло в свое время, благодаря высокому авторитету Гершеля, большую прогрессивную роль в формировании новой астрономической картины мира. Однако в свете общего научного вклада В. Гершеля все это можно назвать лишь попутной мелочью, которую он, порой случайно, находил на обочине главной своей дороги
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.