Эталонная. Главная струна небесной лиры
Сколько человеческих глаз в бесчисленных поколениях любовались этой яркой синей звездой северного неба! … [Люди] мечтали о собратьях на других мирах и прежде всего на Веге — синем солнце.
Иван Ефремов. Туманность Андромеды
Над головой — немая Вега
Из царства сумрака и снега
Оледенела над землёй.
Александр Блок
Летними и осенними ночами на небе северного полушария, высоко над горизонтом блистает яркая бело-голубая звезда — Вега, с древности привлекавшая внимание астрономов. Она стала первой звездой, до которой методом параллакса было определено расстояние, первой сфотографированной звездой и первой звездой, у которой была получена фотография спектра. Вега долгое время служила эталоном для целого ряда астрономических измерений. Кроме того, с ней связано несколько интересных астрофизических открытий. Всё это дало основание в одной из научных статей назвать Вегу самой важной звездой после Солнца. Так это или не так, но она — одна из самых изученных звёзд, интерес к которой сохраняется и по сей день.
Наша космическая соседка Вега (α Лиры) находится в небольшом, но древнем созвездии Лира, притулившемся между Лебедем и Геркулесом. Ещё с одной стороны расположена голова Дракона. Своим названием созвездие обязано музыкальному инструменту героя древнегреческих мифов, певца Орфея, который очаровал пением и игрой самого Аида. Поскольку остальные звёзды в созвездии Лиры значительно тусклее (из четырёх звёзд, образующих параллелограмм созвездия, лишь две звезды достигают 4-й величины), поиск героини нашего рассказа лучше вести от созвездия Лебедя, чью крестообразную фигуру (Северный Крест) найти гораздо проще. Под правым крылом Лебедя и разместилась Вега.
Обладая почти нулевой звёздной величиной (0,026m), Вега занимает пятое место по яркости среди звёзд всего земного ночного неба и второе в северном полушарии после Арктура (α Волопаса, −0,05m), которому, впрочем, она уступает незначительно. Правда, с территории России также можно, хотя и не всегда, наблюдать самую яркую звезду земного неба — Сириус (α Большого Пса, −1,46m), расположенную в южном полушарии, тогда Вега отступает на почётное третье место. Вместе с двумя расположенными неподалёку яркими звёздами Альтаир (α Орла, 0,77m, 6-я по яркости на северном небе) и Денеб (α Лебедя, 1,25m, 9-я) она образует самый заметный в северном полушарии астеризм Летний (Летне-осенний) треугольник, через который проходит полоса Млечного Пути. Такое название в 1934 году он получил по наилучшему времени для наблюдений. Кстати, в Римской империи день, когда Вега пересекала линию горизонта перед восходом Солнца, считался началом осени. Треугольник почти прямоугольный, причём Вега расположена в вершине прямого угла.
Как Сириус, Альтаир и Арктур, Вега — близкая наша соседка, расстояние до неё всего 25 св. лет. Она — одна из ярчайших звёзд в окрестностях Солнца, на расстояниях до 10 парсек. Вега примерно в 40 раз ярче Солнца (Сириус, кстати, ярче всего в 25 раз, но зато ближе) и при этом в 2,1 раза массивнее и в 2,4—2,8 раза больше нашего светила. Она имеет бело-голубой цвет (спектральный класс A0V) и температуру поверхности 8152—10 060 К (различие температур и размеров на полюсе и экваторе обусловлено быстрым вращением). По космическим меркам Вега не очень крупная звезда, и её сильный видимый блеск связан именно с близостью к нам. Небольшая удалённость позволила астрономам измерить до неё расстояние с помощью параллакса и разглядеть её поверхность. Даже астрономы-любители, наблюдая это голубоватое светило в свои скромных размеров телескопы, могут почувствовать реальность утверждения, что звёзды — это далёкие солнца.
Вега приближается к нам со скоростью около 14 километров в секунду, так что в будущем её блеск ещё возрастёт. Примерно через 210 тысяч лет она станет самой яркой звездой неба и будет ею оставаться на протяжении 270 тысяч лет, а через 264 тысячи лет она приблизится на минимальное расстояние к Земле, 13,2 св. года, и её блеск достигнет максимума в −0,81m.
Любопытно, что где-то через 12 тысяч лет Вега станет Полярной звездой северного полушария, то есть примерно на неё будет направлена ось вращения Земли (Вега будет в 5° от этой точки). Произойдёт это из-за поворота оси вращения Земли, называемого прецессией, при котором её конец описывает окружность с периодом около 25 765 лет. Так что 12 тысяч лет до н. э. Вега уже побывала в этом положении.
Столь примечательную, да ещё и близкую звезду не могли обойти своим вниманием и писатели-фантасты. Как обитаемый мир, она появляется в целом ряде романов, в том числе таких классиков жанра, как Айзек Азимов, Роджер Желязны, Клиффорд Саймак и Роберт Хайнлайн. Сообщение от внеземного разума из системы Веги принимает героиня романа «Контакт» известного астронома Карла Сагана, по которому в 1997 году режиссёр Роберт Земекис снял одноимённый фильм. Однако к правде жизни ближе оказался советский фантаст Иван Ефремов. В его знаменитом романе «Туманность Андромеды», по которому в 1967 году в СССР тоже был снят фильм, к Веге была направлена 34-я звёздная экспедиция на звездолёте «Парус», которая обнаружила лишь четыре безжизненные планеты.
История ранних исследований Веги
Первые известные попытки измерить расстояние до звёзд относятся к XVI веку, когда под воздействием идей Коперника астрономы поняли, что звёзды подобны Солнцу. Расстояние и угловой размер Солнца они знали. Если предположить, что диаметр звёзд равен солнечному, то, измерив их видимый размер, можно вычислить расстояние до звёзд. Датский астроном Тихо Браге в 1596 году, используя почти восьмиметровую камеру-обскуру, оценил угловой диаметр звёзд с видимой величиной, как у Веги, в 2 угловые минуты. Около 1632 года попытку определить расстояние до Веги предпринял Галилей, получивший 5 угловых секунд (″). Это было в 24 раза меньше, чем у Браге, но всё ещё примерно в 1700 раз больше современного значения 0,0029″. Через полтора века Уильям Гершель получил 0,3553″, но он уже понимал, что это не является реальным размером звезды.
С определением расстояния до Веги с помощью параллакса связана настоящая научная драма. Лишь в 1830-е годы в распоряжении астрономов оказались инструменты, способные произвести очень точные измерения углов, под которыми видны с Земли близкие звёзды, и увидеть изменение этих углов при движении Земли вокруг Солнца. Это позволило вычислить параллакс — угол, под которым со звезды видна большая полуось земной орбиты, а зная её размер, можно вычислить расстояние до этой звезды. В 1835 году директор Дерптской обсерватории (сейчас это город Тарту в Эстонии, а тогда Дерпт входил в состав Российской империи) Василий Яковлевич Струве начал с этой целью наблюдения за Вегой. И в 1837 году он вычислил для неё значение параллакса 0,125″, что очень близко к современному значению 0,129″, полученному в 2007 году астрометрическим спутником Hipparcos. Однако известный математик, астроном и директор Кёнигсбергской обсерватории Фридрих Бессель, с которым Струве состоял в переписке, раскритиковал полученный Струве результат. Из-за этого Струве отказался от первоначальной оценки и после новых подсчётов опубликовал неверную, почти вдвое большую величину параллакса 0,2169″. В итоге Фридрих Бессель, который определил расстояние до звезды 61 Лебедя лишь в 1838 году, но зато правильно, считается первым астрономом, измерившим расстояние до звёзд.
Астрофотография — фотографирование космических объектов — родилась почти сразу после того, как Луи Дагер в 1839 году запатентовал первую работоспособную технологию фотографии, которую он назвал дагеротипией. Она основана на светочувствительности йодистого серебра. Процедура фотографирования была непростой. Сначала фотограф изготавливал заготовку — посеребрённый лист меди. Перед использованием он полировал его до зеркального блеска и обрабатывал парами йода и брома по очереди, которые делали поверхность чувствительной к свету, затем довольно долго экспонировал в камере, после чего химически фиксировал изображение.
Известный физик и астроном Франсуа Араго в том же году представил дагеротипию в докладе во Французской академии наук, указав на её перспективы в фотометрии, спектроскопии и селенографии (изучении лунной поверхности). Правда, на Луну первыми нацелились не профессиональные астрономы (их, видимо, отпугивала сложность процедуры), а любители.
Известно, что первым сфотографировать Луну через телескоп пытался в 1839 году сам Дагер, однако ошибки при наведении на неё телескопа во время длительной выдержки (телескоп приходилось поворачивать вручную вслед за Луной) привели к тому, что фотография спутника Земли выглядела нечётким пятном. Так что слава автора первой подробной фотографии Луны, сделанной в марте 1840 года через 5-дюймовый телескоп (~13 см) в ходе 20-минутной выдержки, досталась врачу, естествоиспытателю, философу, историку, профессору химии Нью-Йоркского университета и просто любителю фотографии Джону Дрейперу. Кому же, как не химику, заниматься фотографическим делом! Стоит заметить, что он достиг немалых высот на этом поприще и считается автором первой чёткой фотографии женского лица (1839). Стала широко известной фотография его сестры, которую он отправил вместе с письмом известному английскому астроному Джону Гершелю в 1840 году. В 1843 году Дрейпер сделал дагеротип солнечного спектра, обнаружив новые инфракрасные и ультрафиолетовые линии.
Мимолётное увлечение Джона Дрейпера астрофотографией имело важные последствия: его сын Генри Дрейпер и внучка Антония Мори стали астрономами. О Генри мы ещё скажем, а Антония вошла в группу первых женщин-астрономов, известную как «гарвардские вычислители». Она совершила несколько открытий и сыграла большую роль в создании спектральной классификации звёзд и каталога Генри Дрейпера. Немного о ней можно прочитать в статье «Время Возничего. Зимнее небо» (см. «Наука и жизнь» № 12, 2020 г.).
Процесс пошёл, но фотографирование звёзд и их спектров было затруднено низкой светочувствительностью фотоматериала. Поэтому неудивительно, что первой удалось сфотографировать именно яркую Вегу, используя 100-секундную выдержку. Произошло это в ночь с 16 на 17 июля 1850 года в обсерватории Гарвардского колледжа. Там в это время стоял 15-дюймовый рефрактор — самый большой телескоп в Северной Америке. Для работы первый директор обсерватории Уильям Бонд привлёк Джона Уиппла, американского изобретателя и одного из первых фотографов. Он не имел отношения к астрономии, зато производил химические вещества, используемые для дагеротипов. Тандем очень успешно действовал несколько лет. О качестве их работы говорит тот факт, что за свои изображения Луны они получили приз за техническое совершенство в фотографии на Всемирной выставке 1851 года в Лондоне.
Но фотографии спектров звёзд у астрономов не выходили. Дело в том, что при их получении свет звезды «размазывался» в полоску и его интенсивность была слишком мала. Более того, полученные спектры были очень мелкими: длиной около сантиметра, а шириной всего около миллиметра. Для получения фотографии удобного для работы размера их необходимо было увеличивать, ещё больше уменьшая интенсивность освещения фотопластинок. А спектры именно в это время приобрели большое значение, поскольку Густав Кирхгоф и Роберт Бунзен в 1858—1860 годах разработали спектральный анализ, позволяющий по наборам спектральных линий определять химический состав излучающего вещества. В последующие годы Кирхгофу удалось идентифицировать около 16 различных химических элементов среди сотен линий, которые он зарегистрировал в спектре Солнца.