Вильям Гершель

Содержание .

Вильям Гершель

(1738-1822)

Перед нами лежит обширное поле для открытий,

и наблюдение одно только даст ключ к ним.

Иммануил Кант

Введение .

Гершель был пионером во всём, что он делал.Как конструктор первых больших телескопов-рефлекторов и наблюдатель он оставил далеко по­зади своих современников. Ещё боль­шее воздействие на историю аст­рономии он оказал как глубокий мыслитель, воссоздавший по отдель­ным деталям общую картину Все­ленной. На основе собственных на­блюдений Уильям Гершель впервые установил общую форму и сделал первые оценки размеров нашего грандиозного «звёздного дома» — Га­лактики. Он же первым вышел со сво­ими телескопами в безграничный мир далёких «млечных» туманно­стей — других звёздных вселенных. Гершель вдвое расширил Солнечную систему и «сдвинул с места» Солнце, открыв его движение в мировом про­странстве. В наблюдательной аст­рономии он был и Колумбом, и Магелланом. А началось всё с любо­знательности и любви к... музыке.

Основные этапы жизни .

Фридрих Вильгельм (Уильям) Гер­шель родился 15 ноября 1738 г. в Ган­новере (Германия) в семье полково­го музыканта Ганноверской гвардии. С 15 лет он сам стал играть на гобое в том же оркестре, а в дальнейшем иг­рал на скрипке и органе. В 19 лет жизненный путь его круто изменил­ся. Спасаясь от рекрутчины, он с тай­ного благословения матери бежал в Англию (Ганновер подчинялся тогда английскому королю), навсегда рас­ставшись с родиной. После многих невзгод и лишений Гершель приоб­рел известность как музыкант-испол­нитель, композитор и преподаватель музыки в приморском курортном го­роде Бате недалеко от Бристоля. Он серьёзно занимался теорией музыки. От неё увлечение перешло на матема­тику и оптику, через которую он по­знакомился с астрономией.

Гершелю было 35 лет — жизнь, ка­залось, определилась. Па концертах с ним успешно выступала его талантли­вая младшая сестра Каролина, кото­рую он вызвал к себе в Англию. Но интерес Гершеля к звёздам, желание увидеть всё своими глазами и энер­гичная, деятельная натура решили его дальнейшую судьбу. В 1773 г. Гершель приобрёл небольшой отража­тельный телескоп с фокусным рас­стоянием 2,5 фута (около 76 см). Хотя наблюдения с ним не удовлетво­рили его, на больший инструмент не было средств. Тогда, скупив у одного оптика весь запас заготовок и матери­алов, Гершель приступил к изготовле­нию телескопа самостоятельно.

Уже в марте 1774 г. Гершель наблю­дал красивую светлую туманность в со­звездии Ориона с помощью своего первого самодельного телескопа-ре­флектора ньютоновской системы дли­ной 5,5 футов (почти 2 м) и диамет­ром главного зеркала 20 см.

Дни Гершеля были отныне запол­нены изготовлением зеркал, вечера — музыкой, а ночные часы он со все большим увлечением отдавал астро­номическим наблюдениям, которые ухитрялся проводить даже во время концертных антрактов. Изготовлять телескопы ему помогал младший брат Александр, талантливый механик, так­же вызванный им из Германии.

Неоценимую роль в жизни и науч­ных исследованиях учёного сыгра­ла сестра Каролина. Она проводила трудоёмкую обработку результатов наблюдений и в течение 16 лет вела хозяйство их небольшой семьи. Её дневники и воспоминания донесли до нас обстановку кипучей, весёлой и самозабвенной, освещённой глубо­кой взаимной привязанностью твор­ческой жизни Уильяма Гершеля и его ближайших помощников. Однаж­ды в мастерской взорвалась плавиль­ная печь, в которой Гершель варил особый сплав из меди и олова для ме­таллических зеркал своих телескопов. Каролину приводило в отчаяние то, что чистые комнаты их дома были превращены в мастерские, а традици­онные кружевные манжеты па рука­вах рубашек её братьев бывали безна­дёжно испорчены при шлифовке и полировке зеркал. Эта многочасовая работа, сначала делавшаяся Гершелем вручную, не допускала перерывов. В дальнейшем он механизировал шли­фовку длиннофокусных зеркал, кото­рые были не сферическими, а пара­болическими и потому требовали особой точности в обработке.

Основные открытия, гипотезы и достижения.

Уже в Бате Гершель изготовил сот­ни зеркал для 7-, 10- и 20-футовых рефлекторов. Основным его рабочим инструментом был 20-футовый (фо­кусное расстояние трубы около 7 м) ньютоновский рефлектор с диамет­ром объектива почти в полметра. Вер­шиной же развития телескопостроения вплоть до середины XIX в. стал созданный Гершелем в 1787—1789 гг. гигантский 40-футовый рефлектор с длиной трубы 12 м и диаметром зер­кала 147 см (весом около 1 т!). Макси­мальное эффективное увеличение на, больших телескопах Гершеля состав­ляло 2,5 тыс. и применялось в особых целях — для наблюдений двойных звёзд. Свои знаменитые обзоры неба Гершель проводил обычно с увеличе­нием 150—300. Наблюдения требова­ли немалой выносливости и смелости, так как велись с площадки на высоте нескольких метров над землёй. Начиная с 1775 г. он провёл четы­ре систематических обзора звёздно­го неба, чтобы не пропустить пи од­ного неизвестного объекта, причём каждый обзор занимал несколько лет. Каролина вела запись всего уви­денного братом под его диктовку. Во время второго такого обзора не­ожиданно закончилась его карьера музыканта: 13 марта 1781 г. Гершель впервые после жрецов Вавилона от­крыл планету — Уран. Солнечная планетная система сразу увеличи­лась по размерам более чем вдвое.

Гершель вступил в астрономию с триумфом. Золотая медаль Лондон­ского королевского общества, Дом У. Гершеля в Бате. Здесь была открыта планета Уран.

из­брание в члены этого Общества, по­чётная и редкая для иностранца степень доктора Оксфордского уни­верситета, должность придворного астронома с пожизненной пенсией в 300 гиней были наградой Гершелю в Англии. Но главное: он стал астро­номом-профессионалом. В 1782 г. Гершель переехал в Старый Виндзор, а в 1786 г. навсегда поселился в Слау в 30 км от Лондона (ныне в чер­те города). Именно Слау знаменитый Франсуа Араго назвал тем местом на Земле, где было сделано наибольшее количество астрономических откры­тий. В Солнечной системе помимо Урана Гершель открыл два его спут­ника (1787 г.), обнаружив у них обратное движение (1797 г.), а так­же два новых спутника Сатурна (1789 г.); весьма точно измерил пе­риод вращения Сатурна и его коль­ца (1790 г.); выявил сезонные изме­нения размеров полярных шапок на Марсе, что стало первым импульсом для размышлений о марсианах и многое другое. Однако планетные исследования Гершеля лишь «попут­ная мелочь», которую он порой слу­чайно находил на обочине своей главной дороги — в неизведанный Мир Звёзд.

Уже в 1783 г., сравнив известные собственные движения 13 звезд в окрестностях Солнца, Гершель обна­ружил его движение в пространстве и указал довольно точно его направ­ление (апекс) к звезде ? Геркулеса.

Ещё более важным оказалось от­крытие двойных и кратных звёзд. На­чав в 1778 г. с массовой переписи всех видимых на небе тесных пар звёзд, Гершель спустя лишь четверть века, 9 июня 1803 г., сделал в Лондонском королевском обществе знаменитое сообщение об открытии им реальной гравитационной связи между компо­нентами у 50 пар звёзд. Его последней работой стал каталог 145 физически двойных звёзд с детальным исследо­ванием их орбит (1822 г.). Всего Гер­шель открыл свыше 800 двойных и кратных звёзд. Он же первым попы­тался внести ясность и в область звёздной фотометрии. Проводя сис­тематические наблюдения в этой области с 1794 г., Гершель за шесть лет составил тесть каталогов относи­тельного блеска звёзд. Он впервые ввёл надёжную шкалу звёздных вели­чин (которая несколько отличалась от современной) и измерил блеск около 3 тыс. звёзд с точностью до 0,1 звёзд­ной величины, максимальной для ви­зуальных наблюдений. В результате он открыл несколько новых пере­менных.

Гершель умел видеть то, что совер­шенно выпадало из поля зрения его современников. В 1804 г. он обратил внимание на связь между ценами на пшеницу (определявшимися её уро­жайностью) и радиацией Солнца, за­висевшей от числа пятен на его по­верхности. Это курьёзное по тем временам сообщение было опублико­вано в «Берлинском астрономическом ежегоднике» (Berliner as trono miseries Jahrbuch) Иоганна Боде в 1808 г.

Не обошлось и без заблуждений: как многие тогда, Гершель был увле­чён идеей множественности обитае­мых миров и допускал, что даже Солнце может быть таким телом — холодным, окружённым лишь ярко светящейся атмосферой, сквозь раз­рывы в которой в виде пятен прогля­дывает тёмная поверхность...

В 1800 г. Гершель обнаружил, что термометр, оказавшийся за предела­ми видимого солнечного спектра со стороны его красного конца, тоже нагревается. Так были открыты тепло­вые лучи, или инфракрасное излуче­ние. В спектрах звёзд Гершель первым отметил различие в положении мак­симума их яркости, отчего одни звёз­ды могли быть названы синими, а другие — жёлтыми или красными. Это явление, говорящее о разнице по­верхностных температур звёзд, в дальнейшем легло в основу первых спектральных классификаций звёзд.

Главный вклад Гершель сделал в пони­мание общего устройства Вселенной. Первые же обзоры неба с 20-футовым телескопом открыли перед ним ко­лоссальное обилие неразличимых не­вооружённым глазом звёзд и край­нюю неравномерность их видимого распределения по небу. Телескоп Гершеля раскрыл природу и самых зага­дочных в те времена объектов неба — неподвижных --млечных» туманно­стей. Эти маленькие туманные пят­нышки мешали главному делу наблю­дателей XVIII в. — поискам новых комет. Знаменитый открыватель но­вых комет Шарль Мессье в 1781 — 1783 гг. даже опубликовал специаль­ный каталог более сотни таких «помех» — «млечных» пятен, чтобы наблюдатели не принимали их за новые кометы. Каково же было удивле­ние Гершеля, когда в его телескопы многие из туманностей Мессье разло­жились на кучи звёзд, как бы подтвер­ждая теорию островных вселенных английского астронома Томаса Райта (1711 — 1786). Так звёздная Вселен­ная постепенно открывала сложную структуру своего устройства.

Необъятный мир, распахнувший­ся перед Гершелем, уже невозможно было изучать по старинке, объект за объектом. Чтобы понять его строе­ние, он создал статистический метод звёздных проб — «черпков». Он под­считывал число звёзд в поле зрения 20-футового телескопа в разных ча­стях неба и по их обилию судил, на­сколько далеко простирается наша звёздная Вселенная в данном направ­лении. При этом Гершель сознатель­но принял грубое допущение о рав­номерном распределении звёзд в пространстве. Сделав более тысячи таких «черпков», Гершель выявил об­щую форму Млечного Пути как упло­щённой системы звёзд и правильно оценил её сжатие в 1/5. Он обнару­жил изолированность нашей системы в пространстве, впервые представшей в виде звёздного «острова». Даже при весьма приблизительных допущени­ях Гершеля размеры нашей Галакти­ки оказались чудовищно огромны­ми — 850 х 200 единиц — расстояний до Сириуса, равных 8 световым годам (6800 х 1600 световых лет), — и про­извели глубокое впечатление на его современников. Здесь, однако, Герше­ля и всех его последователей вплоть до 30-х гг. XX столетия ожидал под­вох. Наблюдения отдельных звёзд не позволяют достигнуть границ Галак­тики, в результате чего возникает впечатление центрального положе­ния в ней самого наблюдателя, а зна­чит, и нашего Солнца. Впервые эту иллюзию разрушил Харлоу Шепли. За год до того Гершель сделал от­крытие, значительность которого по­няли лишь спустя полтора столетия. В 1784 г. во время обзора туманностей из каталога Мессье он убедился, что существуют и туманности особого рода. Гершель открыл свыше 400 но­вых, в основном намного более сла­бых, «неразложимых» на звёзды даже его мощным телескопом или «млеч­ных» туманностей. На небе они рас­полагались крайне неравномерно — кучами, а эти кучи и отдельные туман­ности объединялись в длинные поло­сы — пласты. Гершель выделил два пласта туманностей, и наиболее за­метный из них назвал «пласт Волос Вероники», поскольку именно на это созвездие и соседнее созвездие Девы приходилась наиболее богатая ту­манностями часть пласта. Кроме того, Гершель отметил его продолжение в некоторых других северных созвезди­ях — Большой Медведицы, Льва — и указал на то, что его расположение перпендикулярно Млечному Пути. Он допустил, что этот пласт, подобно нашему Млечному Пути, может охва­тывать кольцом по большому кругу всё небо, продолжаясь в южной по­лусфере. С гениальной проницательностью он увидел в стремлении туман­ностей скучиваться и образовывать пласты — характерные структурные черты наблюдаемой Вселенной. Гер­шель сравнивал эти туманные пласты с геологическими пластами, в которых как бы записана история Земли.

Только в 1953 г., французский аст­роном Жерар де Вокулёр окончатель­но установил (видимо, даже не зная о пионерских работах Гершеля), что в характерных пластах, состоящих, как тогда уже было известно, не из ту­манностей, а из других галактик, со­держится экваториальная часть ог­ромной сверх системы из десятков тысяч галактик, одной из которых яв­ляется наша. Гершеля можно назвать первооткрывателем крупномасштабной структуры Вселенной, привлека­ющей сейчас столь большое внима­ние космологов.

Открытия Гершеля в мире туман­ностей поистине неисчерпаемы. Три его каталога новых туманностей и звёздных скоплений (1786, 1789 и 1802 гг.) содержали две с половиной тысячи этих объектов, большинство из которых являются, как оказалось, галактиками. Гершель открыл и опи­сал множество форм туманностей, в том числе отметил «кометообразные» туманности, рассматривающиеся в наши дни как важный этап рождения звёзд. Он впервые обратил внимание на существование двойных и кратных туманностей и представил их как ре­альные физические системы.

Таким образом, Гершель первым высказал идею эволюции космиче­ской материи под действием сил гра­витации. Так как ему удалось разло­жить некоторые туманности на звёзды, он считал тогда все их далё­кими звёздными системами — «млеч­ными путями» — и потом предложил во избежание путаницы писать назва­ние нашей системы с прописных букв — Млечный Путь. Среди отме­ченных Гершелем почти 200 двойных и кратных туманностей около поло­вины оказались реальными кратными системами, а 19 (у Гершеля — с пере­мычками) отнесены сейчас к так на­зываемым взаимодействующим га­лактикам. Последние повторно были открыты и рассмотрены лишь в XX в, Фрицем Цвикки и особенно подроб­но — Борисом Александровичем Во­ронцовым-Вельяминовым. Высказал Гершель и важную идею о том, что в местах случайной повышенной про­странственной плотности звёзд долж­на возникать «скапливающая сила», которая делает дальнейший процесс гравитационного сжатия необрати­мым. (Эти идеи много позже развил Джеймс Джине.)

Удивительное открытие Гершель сделал в 1791 г. К тому времени сре­ди огромного разнообразия туманно­стей он выделил особый класс — ту­манности в виде маленьких дисков с совершенно равномерным распреде­лением в них слабого зеленоватого свечения. По внешнему виду они на­поминали Уран и были названы им планетарными. Сначала Гершель счи­тал их также звёздными системами, причём самыми далёкими. Но когда в 1791 г. он обнаружил подобный объ­ект в Персее (известная ныне плане­тарная туманность NGC 1514), где в центре бледного диска находилась яркая точка, то сделал правильный вы­вод: материя вокруг яркого центра — обычной звезды — имеет не звёздную, а диффузную природ}'. Воображение Гершеля пленила яркая картина, как материя собирается силами тяготения к центру, таким образом формируя центральную звезду. (На самом деле, как сегодня известно, эти туманности расширяются.) Теперь Гершель мог разделить неразложимые «млечные» туманности на «истинные» и «ложные» (далёкие звёздные системы).

Разгадка структуры планетарных туманностей, однако, надолго увела Гершеля от правильного толкования «млечных» туманностей вообще, осо­бенно с яркими ядрами. Он стал объяснять их как формирующиеся звёзды, а в разнообразии форм усмат­ривал различные стадии этого про­цесса. Несмотря на ошибочность объ­яснения конкретных объектов, сама идея сыграла большую роль в разви­тии эволюционных представлений о природе вообще. В астрономии идея развития природы, впервые про­звучавшая в работах Иммануила Кан­та, благодаря Герптелю укрепилась даже раньше, чем в биологии, где её родоначальником стал Жан Батист Ламарк (1809 г.). Лаплас от издания к изданию корректировал свою космо­гоническую гипотезу в соответствии с открытиями Гершеля.

Выдвинув такие, казавшиеся в его время смелыми идеи, как пластообразное распределение туманностей, эволюция космической материи и продолжающееся формирование звёзд из диффузной материи, Гершель проявил себя глубоко мыслящим философом.

В последние годы жизни Гершель, наблюдая с 40-футовым телескопом, убедился в недостижимости границ Галактики. Убедился он и в том, что не все млечные туманности — сгуст­ки диффузной материи и что даже са­мые слабые из них, обнаруженные на пределе видимости, могут быть дру­гими далёкими «млечными путями .

Гершель вёл наблюдения каждую яс­ную ночь в течение более чем 30 лет и лишь в 1807 г., после тяжёлой бо­лезни, стал отходить от них. Он скон­чался 23 (по другим источникам — 25) августа 1822 г. «Сломал засовы Небес», — написано на его могиль­ном камне.

Сестра Уильяма Каролина Лукре­ция Гершель (1750—1848) — знаме­нитейшая женщина-астроном. Она обработала и после смерти брата из­дала каталог 2500 туманностей и звездных скоплений Гершеля. Она самостоятельно открыла 8 комет и 14 туманностей.

Знаменитым астрономом был и его сын Джон Фредерик Уильям Гер­шель (1792—1871), продолживший наблюдения, начатые его отцом. Он также являлся почётным членом Пе­тербургской Академии наук.

Открытие Урана .

(По сочинениям Вильяма Гершеля )

Сложилось мнение, будто Уран привёл в поле зрения моего те­лескопа счастливый случай, но полагать так — явная ошибка. Ведь я последовательно рассматривал каждую звезду не только той же, но и много меньшей величины, а потому в ту ночь настал её че­рёд быть открытой. Я постепенно штудировал великий труд Твор­ца всего сушего и наконец, добрался до страницы, которая содер­жала седьмую планету. Если бы в этот вечер мне помешало какое-нибудь дело, я нашёл бы её в следующий, а телескоп мой был так хорош, что при первом же взгляде на неё я различил диск планеты.

Заключение

Величайшей заслугой Гершеля является изучение туманностей. В трёх опубликованных (1786,1789,1802) им каталогах содержится описание свыше 2500 открытых им туманностей и звёздных скоплений. Впервые выяснил (1784) закономерность распределения туманностей - их тенденцию скапливаться в "пласты". Открыл 182 двойные и кратные туманности, в том числе несколько соединённых туманными перемычками, высказал догадку о физической связи компонентов. В 1791 разделил туманности на истинные (из разреженной самосветящейся материи) и ложные (далёкие звёздные системы). В том же году высказал идею о возможном сгущении туманной материи в звёзды и группы звёзд, а в 1811 построил звёздно-космогоническую гипотезу. Обнаружил переменность некоторых звёзд, отметил различия в распределении энергии в спектрах звёзд разного цвета. Изучая солнечный спектр и помещая чувствительный термометр в разные его части, в 1800 открыл инфракрасные лучи. В 1789 г. Вильям Гершель был избран почетным членом Петербургской академии наук. Вильям Гершель умер 25 августа 1822 года и похоронен в маленькой церкви близ Виндзора .Его именем названы кратеры на Марсе и Луне, а также на спутнике Сатурна - Мимасе.

Список литературы

1. Еремеева А. И. “Вселенная Гершеля” 1966

2. М.Д.Аксенова “ Энциклопедия астрономия “ 1997

3. Еремеева А. И “Выдающиеся астрономы мира” 1966;