История науки и техники

Якшина Т.А.

Ставропольский государственный университет, Россия

Первые астрофизические исследования в России

История развития российской астрофизической техники насчитывает более столетия, поэтому уже можно говорить о некотором историческом опыте.

Мы считаем, что исследование истории развития астрофизических исследований в России поможет оценить ряд процессов в отечественной науке, как в связи с геополитическими процессами, так и с последствиями технической революции, происходившими в ХХ веке. Это рассмотрение следует провести на большой шкале времени, хотя бы потому, что время жизни телескопов составляет десятки лет, т.е. сравнимо с характерным временем технического перевооружения экспериментальной базы.

Центром астрофизических и первых спектроскопических исследований в России была Астрономическая обсерватория Московского университета, возглавляемая в 1873-1890 гг. первым российским астрофизиком - Федором Александровичем Бредихиным (1831-1904 гг.). Но все же в то время астрофизика, так же как и астроспектроскопия, большинством астрономов еще не были признаны научными направлениями. Даже такой корифей астрономии, как О.В.Струве (1819-1905 гг.), не сразу оценил необходимость астрофизических исследований, хотя и выступил 4 февраля 1886 года на заседании физико-математического отделения Петербургской Академии Наук с докладом «О месте астрофизики в астрономии», уделив большое внимание астроспектроскопии. Отдавая дань общему мнению современных ему ученых, он сказал: «... Пока все почти астрофизические заключения еще весьма далеки от научной строгости, присущей точной астрономии, которая, неуклонно держась на математическом основании и, постоянно, стараясь не отстать и в наблюдениях от теории, с полным правом занимает первое место в ряду опытных наук. Не дай Бог астрономии увлечься обаянием новизны и отклониться от этого жизненного принципа, освященного веками, и даже тысячелетиями; благотворны же были ее старания, если бы удалось поднять со временем до своего собственного уровня и в новых отраслях точность исследований как практических, так и теоретических». Однако уже в 1889 г. О.В.Струве писал: «...Принятие астрофизики в круг деятельности Обсерватории - было потребностью времени, ибо без того наша деятельность по практической астрономии скоро стала бы неполной. Хотя эта, в известных своих частях, совершенно новая отрасль исследования, и далека еще от той точности в наблюдениях, какая присуща точной астрономии, почти математически строго представляющей движение светил, но быстрое развитие ее в последнее десятилетие и сделанные ею в упомянутом направлении успехи явно выдвигают вперед ее значение для астрономии и служат порукою дальнейшего усовершенствования ее в отношении точности».

Возглавляя обсерваторию Московского университета, Ф.А.Бредихин занимался преимущественно исследованиями комет и метеоров. Он объяснил явление образования хвостов у комет, им разработана классификация кометных форм, принятая и в настоящее время. После переезда в Пулково в 1890 г., Ф.А.Бредихин посетил многие обсерватории и способствовал расширению их деятельности, приобретению нового оборудования и активизации работ в области спектроскопии.

Одним из основоположников астроспектроскопии был А.А.Белопольский (1854-1934 гг.), окончивший Московский университет, с 1888 года и до конца жизни работавший в Пулковской обсерватории. Им был экспериментально в лабораторных условиях подтвержден принцип Доплера, позволяющий определять лучевые скорости светил по смещению линий в их спектрах [1]. Вскоре после перехода в Пулково А.А.Белопольский заказывает в Потсдаме спектрограф, наблюдения с которым начаты в 1892 г., [2]. Белопольский сконструировал призменные и дифракционные спектрографы, и выполнил сотни (насколько позволяла Пулковская погода), спектроскопических наблюдений. В результате некоторых усовершенствований приборов оказалось возможным за час экспозиции получать спектры звезд 4-й величины (Потсдамский каталог охватывал тогда звезды ярче 2.5 величины). В 1894 году А.А.Белопольский открыл периодические колебания лучевой скорости звезды Дельта Цефея, происходящие вместе с колебаниями ее блеска, что было объяснено впоследствии эффектом звездных пульсаций. Белопольский разработал оригинальный метод измерения малоконтрастных деталей спектра [3]. В 1914 г. его сотрудниками была открыта переменность интенсивностей линий в спектрах цефеид. Спектроскопическим путем он также обнаружил, что кольца Сатурна состоят из мелких тел, вращающихся вокруг планеты. Деятельность Белопольского (в том числе и на постах вице-директора и директора Пулковской обсерватории), имела большое значение для развития астрофизики в России.

Следует упомянуть об одном незаслуженно забытом ученом, сыгравшем значительную роль в продвижении отечественной астрофизики на юг страны. Всеволод Викторович Стратонов родился 17 апреля 1869г. в Одессе. В 1886 г. он поступил в Новороссийский (Одесский) университет [4]. Кафедрой астрономии в этом университете с 1881 г. руководил А.К. Кононович (1850-1910 гг.), работы которого по измерению положения солнечных пятен, по вычислению орбит двойных звезд, - определили научный путь Стратонова. В течение 1891-1892 гг. В.В.Стратонов был астрономом Одесской обсерватории, после чего откомандирован в Пулковскую обсерваторию, где проработал два года под непосредственным руководством Ф.А.Бредихина [4]. Затем В.В.Стратонов был направлен на работу в Ташкентскую обсерваторию, где первым в Азии приступил к астрофизическим и звездно-астрономическим исследованиям.

Василий Григорьевич Фесенков вошел в историю науки как выдающийся астрофизик первой половины XX в. Он родился 13 января 1889 г. в г. Новочеркасске. Будучи учеником Новочеркасского реального училища, В.Г.Фесенков сам изготовил небольшой телескоп и проводил наблюдения. Предвычислив эфемериду кометы Финлея, он нашел ее в 1906 г. при помощи этого телескопа. Окончив реальное училище, В.Г.Фесенков в 1907 г. поступил на физико-математический факультет Харьковского университета и приступил к работе на Харьковской астрономической обсерватории. Свою первую научную работу «Способ определения солнечного параллакса» он выполнил в 1908 г., на втором курсе университета. В этом же году В.Г. Фесенков начал вычисление орбиты кометы Морхауза, используя наблюдения, проведенные на различных обсерваториях мира. Эта работа была закончена через 8 месяцев и удостоена золотой медали университета. Одновременно с теоретическими работами В.Г.Фесенков проводил наблюдения на 6-дюймовом рефракторе Харьковской обсерватории. В то время директором Харьковской обсерватории был Л.О.Струве, внук основателя Пулковской обсерватории В.Я.Струве. Астрофизические работы в то время на Харьковской обсерватории не велись. В 1911 г. В.Г.Фесенков окончил астрономическую секцию физико-математического факультета Харьковского университета с золотой медалью и был оставлен для подготовки к профессорскому званию. Через год он был командирован в Париж для повышения научной квалификации. Два года заграничной командировки были посвящены слушанию лекций в Сорбонне и работе в качестве стажера на обсерваториях Парижа и Мон Гро (Ницца). Находясь в заграничной командировке, В.Г.Фесенков выполнил большую работу по исследованию зодиакального света. В.Г.Фесенков сконструировал фотометр для определения поверхностных яркостей слабосветящихся объектов (поверхностный фотометр), позволяющий в экспедиционных условиях измерять яркость различных участков ночного неба. Этот фотометр он использовал для наблюдений зодиакального света, на Медонской обсерватории и на обсерватории Мон Гро. Полученные результаты были положены в основу диссертации «Зодиакальный свет», защищенной в 1914 г. в Парижском университете. Этой работой В.Г.Фесенков положил начало целому ряду инструментальных фотометрических наблюдений зодиакального света. В 1915 г. В.Г.Фесенков был принят приват-доцентом Харьковского университета. С 1915 по 1920 гг. В.Г.Фесенков, одновременно с преподаванием, работал астрономом-наблюдателем Харьковской обсерватории. В августе 1914 г. он принимал участие в экспедиции по наблюдению солнечного затмения в Геническе, где проводил абсолютную фотометрию солнечной короны при помощи поверхностного фотометра своей конструкции. В качестве астронома-наблюдателя Харьковской обсерватории он занимался определением альбедо земного шара, изучал колебания блеска переменных звезд, рассматривал некоторые вопросы космогонии, анализировал проблемы, связанные с природой планет и Луны. Большое внимание В.Г.Фесенков уделял атмосферной оптике, исследовал рефракцию вблизи горизонта, определил коэффициент прозрачности атмосферы Юпитера, проводил определения яркости ночного и сумеречного неба [5]. В декабре 1917 г. В.Г.Фесенков защитил в Харьковском университете диссертацию «О природе Юпитера». В этой работе обсуждаются результаты наблюдений Юпитера, рассматриваются вопросы строения и физических свойств планетной атмосферы, разрабатываются теория коэффициента прозрачности атмосферы и теория экваториального ускорения, характерного для этой планеты. В том же году В.Г.Фесенков начал чтение курса астрофизики, который до этого времени никогда не читался в Харьковском университете. В 1917 г. он открывает новый закон отражения света матовыми поверхностями, который является обобщением закона Ломмеля-Зелигера и выводится на основе учета несферичности индикатрисы рассеяния в глубине рассеивающего слоя. В.Г.Фесенков применяет этот закон к наблюдениям Луны, Венеры и Меркурия и получает хорошее согласие теории и наблюдений. При помощи разработанного им специального фотометра с плавным гашением, он изучил распределение яркости в экваториальной зоне Юпитера в пределах 0.8-1.0 радиуса планеты. На Харьковской обсерватории он начинает цикл работ по изучению земной атмосферы и атмосферной оптике. В 1916-1917 гг. он исследовал влияние изменения температуры с высотой на величину горизонтальной рефракции и на основе наблюдений с секстантом на Крестовой горе (близ Кисловодска) показал, что изменение рефракции может достигать 4'. При помощи поверхностного фотометра он провел фотометрические наблюдения сумерек для сравнения с разработанной им теорией сумеречных явлений и их связи с высокими слоями атмосферы.

В последней четверти XIX века в России были начаты систематические исследования переменных звёзд (В.К.Цераский в Москве, С.П.Глазенап в Петербурге и Э.Э.Линдеман в Пулково). Блеск некоторых переменных звёзд изучен с помощью визуальных фотометров. К середине девяностых годов XIX века относятся классические работы А.А.Белопольского в Пулкове по изучению спектров некоторых цефеид и затменных переменных звёзд. К середине же девяностых годов XIX века относится начало систематического фотографирования неба с помощью короткофокусной камеры Московской обсерватории, предложенное В.К.Цераским и организованное С.Н.Блажко (1870-1956). Когда накопилось некоторое количество негативов, встал вопрос о систематических поисках новых переменных звёзд. Эта работа была поручена супруге В.К.Цераского - Лидии Петровне Цераской, которая исследовала негативы в течение почти тридцати лет (в 1896-1916 гг., и в 1925-1931 гг.). Л.П.Цераская открыла более 200 новых переменных звёзд [6]. Л.П.Цераская открывала переменные звёзды, пользуясь методикой сравнения на просвет двух наложенных один на другой негативов, (т.к. Московская обсерватория не имела средств для приобретения или постройки блинкмикроскопа). В течение первых десятилетий XX века С.Н.Блажко исследовал несколько десятков переменных звёзд, ему же принадлежит вышедшая в свет в 1912 г. монография «О звёздах типа Алголя», в которой он впервые поставил вопрос о потемнении яркости звёздных дисков к краю. Он первый обнаружил периодические изменения формы кривой блеска у некоторых короткопериодических цефеид (эффект Блажко). Им же было выполнено исследование спектра затменной переменной U Цефея. Кроме С.Н.Блажко, систематическими исследованиями переменных звёзд занимались В.В.Стратонов в Ташкенте, С.Б.Шарбе в Екатеринославе (Днепропетровске), С.И.Белявский в Пулкове и Симеизе. Но только в Московской обсерватории исследования переменных звёзд составляли одну из основных задач.

Оригинальный метод быстрого определения цветов звёзд в 1916 г. был предложен Г.А.Тиховым [7; 8]. Недостаток объективов, именуемый продольной хроматической аберрацией, он обратил в их преимущество для целей звёздной колориметрии. Подобный объектив, собирая в фокус одни лучи, скажем, синие, в том же месте даёт внефокальное изображение звезды в других, скажем, в красных лучах. Поэтому на фотографии звезда получается в виде точки, окружённой кольцом. Промежуток между точкой и кольцом заполнен лучами промежуточных длин волн, т.е. зелёными, к которым панхроматическая пластинка нечувствительна. Чем больше красных лучей в спектре звезды, тем интенсивнее в изображении звезды будет кольцо по сравнению с центральным изображением. Измеряя отношение интенсивности кольца к интенсивности центрального изображения, можно легко и быстро определять цвета звёзд. Этим способом Г.А.Тихов (1875-1956 гг.) со своими сотрудниками произвёл в Пулкове обширные ряды наблюдений, в частности, массовое определение цветов звёзд в площадках Каптейна. (Метод оказался живуч: даже в 60-х годах ХХ столетия в трудах Астрофизического института АН КазССР можно найти работы, выполненные методом внефокальной спектрофотометрии). Г.А.Тиховым было также широко введено в практику определение цветов и температур звёзд не только из сравнения визуальных, или фотовизуальных (т.е. полученных на ортохроматической пластинке с жёлтым светофильтром), величин с фотографическими, но и из сравнения интенсивностей двух широких участков спектра, выделяемых при помощи светофильтров. В этом случае применялись и фотографии, сделанные через разные светофильтры, и визуальные наблюдения через светофильтры, и измерения яркости в спектре, произведённые в двух различных его участках.

Литература:

1. Белопольский А.А. Астрономические труды / Серия «Классики естествознания». – М.: ГИТТЛ, 1954. – 319 с.

2. Панчук В.Е., Якшина Т.А. Some stages of the development in the technique of the stellar radial velocity determination. – Odessa Astronomical Publications, 2007. – V.20.– Part 2. – Р.101-102.

3. Панчук В.Е., Якшина Т.А. Обработка астрономических фотографических изображений в доцифровую эпоху // Материалы 53-й научно-методической конференции преподавателей и студентов «Университетская наука – региону». – Ставрополь, 2008. – С. 152-156.

4. Svoboda J. Vsevolod Viktorovich Stratonov // Rise hvezd, 1938. – №7. – Р.172-174.

5. Панчук В.Е., Зеф А.А., Якшина Т.А. Этапы исследований сумеречного неба в СССР // Материалы 53-й научно-методической конференции преподавателей и студентов «Университетская наука – региону». – Ставрополь, 2008. – С. 150-152.

6. Блажко С. Переменные звезды Л.П.Цераской // Мироведение, 1932. – Т.21. – № 4. – С. 1-10.

7. Tikhoff G.A. Der longitudinale Spektrograph // Cephei AN, 1923. – V.218. – №.10 (5218). – Р.145-150.

8. Тихов Г.А. Определение цвета звезд методом продольного спектрографа // Известия НИЛ, 1924. – Т.10. – С. 119-126.