Хвостатые звезды

«Фонтанная» теория

днажды в жаркий июльский день 1804 года слуга доложил Ольберсу, что с ним желает поговорить какой-то бедно одетый юноша. Добродушный доктор приказал слуге провести к нему незнакомого гостя. На пороге кабинета появился молодой человек лет двадцати, в одежде конторского служащего, с папкой каких-то бумаг подмышкой. Юноша назвался Бесселем и сообщил, что хочет рассказать Ольберсу о своих исследованиях кометы Галлея. Вскоре завязалась непринужденная беседа, и молодой Бессель рассказал о своей жизни и своих работах.

Родился он в очень бедной семье и уже с ранних лет должен был зарабатывать себе кусок хлеба. Дойдя до третьего класса гимназии, Бессель бросил учебу.

Пятнадцати лет Бессель поступает конторщиком в один богатый торговый дом. Приходилось работать по двенадцати часов в день, роясь в конторских книгах и производя необходимые подсчеты. Впрочем, здесь Бесселю помогли необыкновенные математические способности. Он легко и быстро производил все расчеты, и хозяева были им очень довольны.

Однако Бессель интересовался не столько торговыми вычислениями, сколько другими предметами. В обеденные перерывы и после занятий он погружался в чтение книг по географии и астрономии. За три года Бессель самостоятельно изучил почти все главнейшие разделы математики. Его заветной мечтой было поступить корабельным приказчиком на один из кораблей Ост-Индской компании и отправиться в путешествие по дальним странам. Но для этого надо было изучить такие науки, которые могли пригодиться во время далеких путешествий. И вот Бессель за три месяца изучает английский и испанский языки, а потом и географию тех стран, куда он собирался отправиться.

Этого, однако, по его мнению, было недостаточно. Следовало еще изучить навигационную астрономию — искусство определять положение корабля по звездам. На свои весьма скромные сбережения он заказывает секстан — угломерный инструмент, Служащий для этой цели. Секстан был сделан очень грубо, но, несмотря на это, Бессель с успехом определил широту и долготу Бремена — города, где он жил. Эти занятия по астрономии ему так понравились, что он стал с увлечением читать астрономические журналы.

В одном из журналов, в приложении, Бессель нашел данные наблюдений кометы Галлея, которые были произведены во время ее появления в 1607 году.

Бессель решил их обработать, чтобы определить орбиту кометы. Это была задача такой же трудности, как та, которую за пятнадцать лет до этого решил Клеро! Но это не смутило молодого конторщика. Заваленный своей конторской работой, урывая минуты от сна, Бессель принялся за сложные вычисления. Через несколько месяцев орбита была определена, и вот теперь он решил показать Ольберсу свои вычисления.

Ольберс с удивлением выслушал рассказ способного самоучки. Его вычисления были произведены с такою точностью, которой даже не заслуживали эти старинные грубые наблюдения.

Счастливый случай помог скромному конторщику определить свою будущность. Спустя два года после этой встречи в Геттингенской обсерватории освободилось место астронома. Благодаря рекомендации Ольберса Бессель был принят на это место. Ему пришлось сменить сравнительно выгодное место конторского служащего на скудно оплачиваемую должность младшего астронома. Но Бессель предпочел иметь возможность исследовать звезды.

В продолжение многих лет Бессель работал сначала в Геттингенской обсерватории, а потом в Кенигсберге.

Приближался 1835 год — время очередного возвращения кометы Галлея, и Бессель решил заняться тщательным наблюдением этой астрономической знаменитости.

На этот раз предсказать момент ее появления можно было гораздо более точно, чем это сделал Клеро 76 лет назад. Ведь в 1781 году был открыт новый крупный спутник Солнца — Уран, и теперь можно было учесть влияние этой далекой планеты на движение кометы Галлея. За вычисления принялись крупнейшие ученые. Они пришли к выводу, что комета должна пройти через перигелий 12 ноября 1835 года.

Уже 5 августа астрономы заметили в созвездии Тельца маленькое туманное пятнышко. Это и оказалась комета Галлея. Она быстро неслась к Земле, и уже в сентябре ее можно было наблюдать невооруженным глазом. В октябре она раскинула по небу длинный хвост, а 15 ноября прошла через перигелий. Ученые ошиблись всего на три дня!

Это была крупнейшая победа теоретической астрономии.

С первых же дней появления кометы Бессель принялся за наблюдения. 29 сентября Бессель видел, как комета покрывала собою одну маленькую звездочку. Даже когда звездочка была видна совсем близко от ядра, ее блеск совершенно не уменьшался и свет не претерпевал никакого преломления. Это доказывало, что вещество кометной головы чрезвычайно разрежено.

Особенно интересные наблюдения удалось сделать 12 октября. Ночь была на редкость ясная, и Бессель в продолжение девяти часов наблюдал, как какое-то туманное истечение, исходящее из ядра кометы, колебалось около прямой, соединяющей это ядро с Солнцем. Вид этого истечения был подобен горящей ракете.

На следующую ночь истечение из ядра прекратилось, но 14 октября вновь возобновилось. Бессель тщательно измерял все положения этого истечения, предполагая в дальнейшем обработать сделанные наблюдения. Ему уже было ясно, что какое-то вещество извергается из ядра кометы по направлению к Солнцу, а затем «переливается» в ее хвост.

Вскоре комета скрылась в лучах Солнца, а затем появилась с другой его стороны. Однако продолжать наблюдения Бессель не смог, так как комета ушла в южное полушарие неба.

Бессель принялся за обработку своих наблюдений. Облачное истечение, как показал анализ, колебалось то в одну, то в другую сторону наподобие маятника. Бессель применил к этому случаю формулы колебания маятника и подсчитал, что период колебания облачного образования равен 5 дням, а размах — 60 градусам. Объяснить эти колебания действием только одной притягательной силы Солнца не удавалось.

«Наблюдаемые явления, — писал он, — не позволяют сомневаться в существовании отталкивательной силы Солнца…»

Бессель предположил, что при приближении к Солнцу из твердого ядра кометы начинают вылетать какие-то маленькие газовые частички. Прежде всего это улетучивание частиц происходит со стороны ядра, обращенной к Солнцу. Ведь именно эта сторона больше всего нагревается его лучами, и лишь постепенно тепло распространяется по всему ядру кометы.

Что же произойдет с такой выброшенной частичкой? На нее будут действовать две силы — сила притяжения к Солнцу и сила отталкивания, также исходящая от Солнца и действующая в противоположном направлении. Эти две силы по законам механики должны сложиться и дать результирующую силу. Наблюдения над кометой Галлея показали, что в этом случае результирующая сила оказалась направленной в сторону, противоположную Солнцу. Это произошло потому, что отталкивающая сила была больше силы притяжения.

Как же должна двигаться частичка в таких условиях? Ответить на этот вопрос было уже совсем нетрудно. Вспомним, какой вид имеет фонтан. Капельки воды, выброшенные фонтаном, движутся, как всякое брошенное тело, по параболам! Параболы эти различной формы и размеров, так как частицы воды выбрасываются в разных направлениях. Несмотря на это, очертания фонтана, как это можно строго математически доказать, также должны иметь форму параболы.

Но ведь фонтан вполне напоминает голову кометы. Эта голова образуется из множества частиц, выбрасываемых ядром. Вылетев из ядра, эти частицы будут двигаться сначала к Солнцу, а потом от него, так как результирующая сила направлена прочь от Солнца. Пути этих частиц, как нетрудно сообразить, будут параболами. Хвост должен быть полым изнутри, так как частички выделяются главным образом на стороне ядра, обращенной к Солнцу. Значит хвост у комет по краям должен казаться ярче, чем в середине. Наблюдения блестяще подтвердили этот вывод.

Образование головы и хвоста кометы по «фонтанной» теории.

При разработке этой «фонтанной» теории головы кометы Бессель допустил, что отталкивательная сила изменяется так же, как и сила притяжения, то есть обратно пропорционально квадрату расстояния от Солнца.

Ученый подсчитал, что в соответствии с его теорией хвосты комет должны несколько искривляться, отклоняясь немного от направления, противоположного Солнцу. Это также подтвердилось наблюдениями.

Теперь можно было приступить к решению более сложной задачи — попытаться определить величину отталкивательной силы Солнца.

Он рассуждал при этом следующим образом. Можно исходить из какой-нибудь определенной величины отталкивательной силы и на основе «фонтанной» теории рассчитать кривизну хвоста кометы. Если эта кривизна совпадет с наблюдаемой, значит величина силы угадана верно. Если же не совпадет, то надо взять другую и так постепенно путем многих проб подобрать подходящую величину для искомой силы. Бессель так и сделал. Он установил этим методом, что в хвосте кометы Галлея действовала отталкивательная сила, в два раза большая силы притяжения Солнца.

После этого нетрудно было уже подсчитать и ту скорость, с которой выбрасываются частички из ядра кометы Галлея. В самом деле: результирующая сила, равная разности отталкивательной и притягательной силы, была теперь известна. Легко сообразить, что частичка, выброшенная из ядра в точности по направлению к Солнцу, долетит до вершины головы кометы, а потом упадет обратно на ядро. Получается совершенно то же, как если бы мы бросили вертикально вверх камень. Он долетит до некоторой высоты, а потом упадет обратно на Землю. Чем с большей скоростью бросить камень вверх, тем выше он поднимется. Зная эту скорость, можно очень просто подсчитать высоту подъема камня. Но ведь для частички, вылетевшей из ядра по прямой в сторону Солнца, «высота» ее взлета известна. Она равна расстоянию от ядра до вершины головы кометы. Зная эту «высоту» и силу, действующую на частичку, Бессель подсчитал скорость, с которой она была выброшена ядром. Эта скорость оказалась равной 1 километру в секунду.

Причина этого выброса Бесселю совершенно не была известна, как и природа отталкивательной силы, исходящей от Солнца. Бессель назвал эту силу «полярной» и считал, что она электрического происхождения. Вот что он писал в заключение своей работы о комете Галлея:

«Действие силы отталкивания состоит в том, что вещество кометы, улетучиваясь, поляризуется и отталкивается Солнцем обратно пропорционально квадрату расстояния, причем это действие слагается известным образом с действием обыкновенного ньютоновского притяжения.

Когда комета достаточно приблизится к Солнцу, то ее ядро поляризуется и начинает выбрасывать потоки световой материи по направлению к Солнцу. Часть поверхности, из которой исходят световые потоки, имеет такую поляризацию, что вещество это стремится приблизиться к Солнцу, но частицы его, двигаясь в пространстве, наполненном противоположно поляризованной материей, нейтрализуются и начинают двигаться в обратную сторону, образуя хвост.

Без большого затруднения можно найти аналогию между этими явлениями и теми, которые нам представляют электричество и магнетизм».

И Бесселю, таким образом, пришла на ум аналогия, которую Ломоносов открыл почти столетие назад. Но о природе сил, действующих в кометных хвостах, Бессель не мог добавить ничего к тому, что давно сказал гениальный русский ученый. И прошло еще немало лет, пока догадка, высказанная Ломоносовым в общих чертах, была уточнена и нашла конкретное физическое объяснение. Это было сделано последователями Ломоносова — нашими отечественными учеными.

«Фонтанная» теория Бесселя не раскрыла природы отталкивательной силы, но объяснила в общих чертах образование и форму кометных хвостов. Мы увидим дальше, как великий русский ученый Бредихин более точно и более правильно разрешил эту загадку.