О чем рассказывает свет

Тем временем Белопольский совершенствовал спектрограф и с его помощью измерял спектры небесных тел. В них он действительно наблюдал сдвиги спектральных линий. Считая причиной этих сдвигов движение небесных тел, Белопольский разрешил много интересных вопросов.

Рис. 23. Средняя полоска — спектр звезды Процион, вверху и внизу — линии лабораторного спектра химического элемента титана, приведенные для сравнения. На рисунке видно, что линии титана в звездном спектре сдвинуты влево в сторону коротких волн

По фотографиям спектров Белопольский вычислил скорости движения многих звезд. Оказалось, что одни из них удаляются от нас, другие же приближаются к нам. Скорость их движений различна, обычно она составляет несколько десятков километров в секунду (рис. 23).

Скорости движения целых звездных совокупностей — галактик — значительно выше: у некоторых галактик она достигает более 100 тысяч километров в секунду.

Теперь перед астрономами раскрылась грандиозная картина движения звезд и галактик.

Что дало это знание движения звезд? Оно показало, например, что не все звезды и галактики устойчивы. В природе не встречаются галактики, в которых число звезд превышает тысячу миллиардов, они распадаются. Во Вселенной, так же как и в мире атомов, образуются целостные системы, выяснение причин устойчивости которых несомненно приведет к раскрытию важных общих законов природы.

Рис. 24. Кольца Сатурна

Как известно, у планеты Сатурн имеются три кольца, как бы опоясывающих планету, но не соприкасающихся с ней (рис. 24). Астрономы обсуждали вопрос о строении колец. Еще Софья Ковалевская, первая русская женщина-ученый, математическими расчетами доказала, что кольца Сатурна не представляют собой сплошной твердой массы. Но телескоп не помогал решить вопрос— так это или не так. Вращение самого Сатурна было хорошо видно в телескоп: ца Сатурне есть пятна и можно следить за их перемещением. Но на кольцах нет никаких примет, нет ничего, за чем можно было бы следить. Если бы можно было установить, вращаются ли кольца и как именно вращаются, тогда узнали бы, твердые они или нет: ведь твердые кольца должны вращаться как одно целое.

Белопольский решил эту задачу в 1895 году. Кольца в некоторые годы видны с Земли почти в «профиль», в виде тонкого, светлого поперечника, пересекающего планету. Белопольский направил трубу спектрографа сначала на один конец этого поперечника и заметил, что спектральные линии сдвинуты вправо, в сторону длинных волн. Затем он навел трубу спектрографа на другой конец поперечника. Теперь спектральные линии оказались сдвинутыми влево. Ясно, что в первом конце точки кольца Сатурна удаляются от нас, а во втором конце — приближаются к нам. Так спектрограф показал, что кольца Сатурна вращаются. С помощью спектрографа Белопольский изучил сдвиги спектральных линий, полученных от внешней части и от внутренней части (ближней к центру) одного из колец Сатурна. По этим сдвигам он вычислил скорости обращения различных частей одного и того же кольца. Оказалось, что внутренняя часть кольца обращается быстрее внешней, а именно: внутренняя часть обращается вокруг планеты со скоростью в 20 километров в секунду, а внешняя — со скоростью 16 километров в секунду. Периоды обращения этих частей связаны с расстоянием их от центра планеты по закону Кеплера. Стало быть, движения различных частей колец независимы друг от друга. Стало ясно, что кольца Сатурна вращаются не как одно целое и состоят из множества отдельных твердых частиц. Софья Ковалевская была права.

Таким же способом Белопольский определил период вращения Юпитера.

Однажды Белопольский заметил, что в спектре одной звезды все линии раздвоены. Он заинтересовался этим явлением и следил за звездой несколько лет. Он заметил, что раздвоенные линии периодически то сближаются, то снова расходятся. Белопольский понял, что он наблюдает не обычную звезду, а двойную. Двойные звезды — это пары звезд: они находятся сравнительно близко друг к другу и вращаются вокруг общего центра тяжести. Много двойных звезд наблюдалось до этого в телескоп. Но двойные звезды, открытые Белопольским, находятся от нас так далеко, что даже в самые сильные телескопы кажутся одной звездой. Только спектрограф смог разделить идущие от них лучи. Обе звезды вращаются вокруг общего центра тяжести, и в то время как одна из них удаляется от нас, другая приближается к нам. В таком случае волны света, идущие от одной звезды, удлиняются, а волны, идущие от другой, укорачиваются, и спектрограф их разделяет.

С помощью спектрографа было открыто несколько сотен двойных звезд. Нашей Симеизской обсерватории в Крыму принадлежит честь открытия наибольшего количества двойных звезд сравнительно с другими обсерваториями мира.

Принцип Допплера — Белопольского