Глава 3. Вселенная оказалась больше, чем кто-либо думал

Ночь 19. Салат под розовым светом

На девятнадцатый день Нур провела утро в роли садовницы. В одном из уголков станции есть небольшая камера для выращивания растений, размером примерно с кухонный шкафчик, где растения растут под цветными лампами. Свет там — смесь красного и синего, и от этого камера светится розовым. Красный и синий — те цвета, которые листья больше всего используют для роста, поэтому тратить энергию на остальные незачем. Внутри из маленьких тканевых подушечек, наполненных похожим на глину субстратом и удобрением, тянулся вверх ряд молодых кустиков салата.

Её задачей было проверить каждое растение, сфотографировать его, измерить листья и добавить строго отмеренное количество воды через тонкую трубочку. В невесомости вода не просачивается вниз, как в почве на Земле. Она может собраться в шарик и остаться сверху или поползти по боку подушечки, поэтому подавать её нужно медленно. У корней тоже есть странная трудность. На Земле корни растут вниз, потому что чувствуют притяжение. Здесь им нечего ощущать как «низ», и растения ориентируются в основном на направление света. Листья тянутся к лампам, а корни растут в основном в другую сторону, во влажный субстрат.

Нур любила эту работу. Она казалась близкой к обычной жизни, как уход за маленьким садиком на балконе. Учёные на Земле будут изучать её фотографии и измерения, чтобы узнать, как растения однажды смогут кормить экипажи в долгих полётах, а через несколько недель экипажу разрешат съесть часть листьев. Аде уже объявил, что соль принесёт он.

Днём Томас попросил её помочь с другой работой: упаковать отработавшее оборудование и мусор в грузовой корабль, который позже отстыкуется от станции и безвредно сгорит в верхних слоях воздуха. Это была работа того рода, что есть на любом рабочем месте, — та, которую никто не фотографирует. Каждый мешок нужно было промаркировать, взвесить на специальном устройстве и закрепить на своём месте ремнями, чтобы ничего не сдвинулось, когда включатся двигатели корабля. К тому времени, как они закончили, маленький отсек грузового корабля напоминал хорошо загруженный фургон для переезда, а руки у Нур устали от того, что она толкала тяжёлые мешки, которые ничего не весили.

Вечером, когда последний перечень операций был выполнен, Нур подошла к иллюминатору. Станция вошла в темноту над океаном, где не было никаких городских огней. Когда глаза привыкли, она увидела бледную полосу света, протянувшуюся через небо, неровную и мягкую, как след тумана. Это был Млечный Путь. На Земле она видела его всего несколько раз, вдали от городов, но здесь он был ясным и широким. Она вспомнила, что всего около ста лет назад многие астрономы считали, что эта полоса и звёзды вокруг неё и составляют всю Вселенную.

Когда она в ту ночь писала Сами, то начала с собственного вопроса: «А ты знаешь, какой величины была Вселенная в 1900 году? Не настоящая Вселенная. Та, в которую верили люди».

Вселенная из одной галактики

Бледная полоса Млечного Пути — это наша собственная галактика, увиденная изнутри. Галактика — огромная семья звёзд, газа и пыли, которую удерживает вместе тяготение. Наша галактика по форме похожа на плоский диск с утолщением посередине. Солнце — одна из звёзд этого диска, далеко от центра, примерно на полпути к краю. Когда мы смотрим вдоль диска, мы видим столько далёких звёзд, теснящихся вместе, что они сливаются в мягкую полосу. Когда мы смотрим в сторону от диска, мы видим меньше звёзд и больше темноты.

Помочь может простая картинка. Представьте, что вы стоите посреди большого леса на ровной местности. Если смотреть прямо перед собой, в любую сторону вдоль земли, деревья перекрывают друг друга так густо, что видна сплошная стена стволов. Если посмотреть прямо вверх, видно лишь несколько веток, а дальше открытое небо. Мы живём внутри диска нашей галактики, как человек внутри такого леса. Глядя вдоль диска, мы видим тесную стену звёзд — ту самую бледную полосу. Глядя вверх, за пределы диска, мы видим открытое пространство.

Сегодня мы знаем, что Млечный Путь имеет поперечник около 100 тысяч световых лет и содержит сотни миллиардов звёзд. Уже этот размер почти невозможно себе представить. Свету, самому быстрому вестнику, нужно около 100 тысяч лет, просто чтобы пересечь его от края до края. И всё же в начале XX века многие астрономы думали, что это и есть всё. В их представлении Вселенная была одним огромным звёздным островом, плывущим в бесконечном тёмном море, и за ним ничего не было.

В этой картине была одна загадка. С помощью телескопов астрономы нашли на небе множество слабых, размытых пятнышек света. Их назвали туманностями — от слова, которым обозначали облака или туман. Некоторые из этих туманностей явно были светящимися облаками газа среди звёзд. Но другие были иными. У многих была красивая спиральная форма, похожая на воду, закручивающуюся в сливе, и они как будто состояли из мягкого света, который ни один телескоп того времени не мог разделить на отдельные звёзды. Их назвали спиральными туманностями.

Что же это было? Одни астрономы считали их небольшими облаками внутри нашей собственной галактики, возможно, рождающимися новыми звёздными системами. Другие думали, что это могут быть целые самостоятельные галактики, настолько далёкие, что их миллиарды звёзд сливаются в дымку, как Млечный Путь сливается для нас. Мысль о том, что могут существовать другие галактики, другие «островные вселенные», не была новой. Мыслители высказывали её больше чем за столетие до этого. Но ни доказать, ни опровергнуть её никто не мог, потому что никто не мог измерить, как далеко находятся спиральные туманности.

В этом главная трудность астрономии. Когда вы смотрите на огонёк в небе, нелегко понять, слабый ли это огонёк поблизости или яркий вдали. Свеча на другом конце комнаты и маяк на далёком берегу могут казаться одинаково яркими. Чтобы измерить размер Вселенной, астрономам нужен был способ узнать, насколько ярок свет на самом деле. Им нужно было то, что иногда называют стандартной свечой: такой источник света, истинная яркость которого известна, чтобы по тому, насколько ярким он кажется, можно было вычислить расстояние до него.

Женщина, которая измеряла звёзды

Ключ нашла женщина по имени Генриетта Ливитт. В начале XX века она работала в обсерватории в составе группы женщин, нанятых изучать фотографические пластинки. Это были стеклянные листы, покрытые светочувствительным слоем, которые помещали на конце телескопа, чтобы записывать звёзды. Ночь за ночью телескоп делал снимки. День за днём женщины рассматривали их через лупы, измеряли яркость звёзд, сравнивали пластинки, снятые в разные ночи, и всё записывали в аккуратные заметки.

Это была медленная, кропотливая работа, и платили за неё немного. Этих женщин часто называли вычислителями, потому что их работа состояла в том, чтобы вычислять, — в те времена, когда этого ещё не делали машины. Многие из них были очень искусными астрономами, хотя в то время это звание им давали редко. Задача Ливитт состояла в том, чтобы находить звёзды, чья яркость со временем меняется. Она изучала пластинки с двумя небольшими галактиками, похожими на облака, которые видны из южного полушария Земли. В них она нашла больше тысячи таких переменных звёзд.

Среди них был особый вид звёзд, которые становятся то ярче, то тусклее в ровном ритме, как медленное сердцебиение, с периодом примерно от суток до нескольких недель. Эти звёзды называются цефеидами. Ливитт заметила в них нечто замечательное. Более ярким цефеидам требовалось больше времени, чтобы завершить свой ритм. Более тусклые «бились» быстрее. А поскольку все звёзды одной такой небольшой галактики находятся примерно на одинаковом расстоянии от нас, разница в яркости должна была быть настоящей, а не просто следствием того, что некоторые звёзды ближе.

Она опубликовала этот результат в 1912 году. Он означал, что ритм цефеиды выдаёт её истинную яркость. Измерьте, сколько времени звезда тратит на одну пульсацию, и вы узнаете, насколько она ярка на самом деле. Сравните это с тем, какой яркой она кажется, — и можно вычислить, как далеко она находится. Цефеида оказалась именно той стандартной свечой, которой не хватало астрономам. Как только расстояние до нескольких близких цефеид было измерено другими способами, правилом Ливитт можно было пользоваться, как рулеткой, протянутой через небо.

Генриетта Ливитт не дожила до того, чтобы увидеть, насколько важным стало её открытие. Она умерла в 1921 году, после многих лет тихой работы, за несколько лет до того, как её правило помогло ответить на один из величайших вопросов астрономии. Её история хорошо напоминает о том, что великие результаты часто вырастают из тщательной, незаметной работы людей, чьи имена помнят не всегда.

Спор без ответа

К 1920 году вопрос о спиральных туманностях стал настолько важным, что два ведущих астронома изложили свои противоположные взгляды на научном собрании. Это событие часто вспоминают как Великий спор. Один астроном утверждал, что наша галактика огромна, гораздо больше, чем думали, и что спиральные туманности — небольшие объекты внутри неё или рядом с ней. Другой утверждал, что наша галактика меньше, а спиральные туманности — далёкие самостоятельные галактики.

Интересно в этом споре то, что каждая сторона была отчасти права и отчасти неправа. Первый астроном с помощью цефеид и других улик верно показал, что наша галактика очень велика и что Солнце находится не в её центре. Это был важный шаг. Второй астроном был прав в том, что спиральные туманности — отдельные галактики, но считал нашу галактику меньше, чем она есть на самом деле. Ни у одного из них не было достаточно свидетельств, чтобы решить вопрос.

Спор не был состязанием, в конце которого объявляют победителя. Каждый астроном представил свои доводы, а потом оба написали более подробные статьи с объяснением своих причин. Другие астрономы читали их, спорили о них в письмах и на собраниях и возвращались к своим телескопам. В конце концов вопрос решило не то, кто говорил убедительнее. Его решило, несколько лет спустя, измерение. Так и должно быть в науке, хотя это не всегда происходит так быстро.

В науке так бывает часто. Два вдумчивых человека смотрят на неполные свидетельства и приходят к разным выводам. Ни один из них не глуп. Оба делают всё, что могут, с тем, что у них есть. Сам спор полезен, потому что проясняет, какие свидетельства нужны. В этом случае все были согласны, что решит дело: надёжное измерение расстояния хотя бы до одной спиральной туманности. Если бы кто-то нашёл в одной из них цефеиду, ответ дало бы правило Ливитт.

Трудность была практической. Цефеида в далёкой спиральной туманности была бы чрезвычайно тусклой, слишком тусклой, чтобы большинство телескопов того времени могло различить её как отдельную звезду. Чтобы её увидеть, астроному понадобился бы один из крупнейших телескопов мира, огромное терпение и много холодных рабочих ночей.

Одна звезда в Андромеде

Этим астрономом стал Эдвин Хаббл. В 1923 и 1924 годах, работая ночь за ночью на одном из крупнейших телескопов того времени, на горе вдали от городских огней, он фотографировал самую большую и яркую из спиральных туманностей — ту, что в созвездии Андромеды. Сравнивая свои фотопластинки, он нашёл звезду, яркость которой то росла, то падала в ровном ритме. Это была цефеида. Вскоре он нашёл и другие.

Сохранилась одна маленькая деталь этой истории. Когда Хаббл впервые увидел звезду на одной из своих стеклянных пластинок, он отметил её как возможную новую звезду — из тех, что вспыхивают один раз, а потом угасают. Когда он сравнил её со старыми пластинками того же участка неба и увидел, что её свет то усиливается, то ослабевает в повторяющемся ритме, он зачеркнул первую пометку и сделал короткую запись о том, что это переменная звезда, то есть звезда, меняющая свою яркость. Эта пластинка с его исправленной пометкой хранится до сих пор. Это приятное напоминание о том, что даже великие открытия начинаются с человека, исправляющего собственную первую догадку.

С помощью правила Ливитт Хаббл вычислил, как далеко находятся эти звёзды. Ответ оказался намного больше размеров нашей собственной галактики, даже по самым большим оценкам того времени. Туманность Андромеды была не маленьким облаком внутри Млечного Пути. Это была другая галактика, далеко за пределами нашей, состоящая из огромного числа собственных звёзд. О его результате объявили около начала 1925 года.

Первая оценка расстояния у Хаббла была меньше половины сегодняшнего значения из-за ошибок в «измерительной рулетке», которые исправили позже. Сегодня известно, что галактика Андромеды находится примерно в 2,5 миллиона световых лет от нас. Но даже его первого числа было достаточно. За короткое время Вселенная выросла от одной галактики до бесчисленного множества галактик, разбросанных по пространству во всех направлениях. Млечный Путь больше не был Вселенной. Он стал одним островом среди великого множества.

Трудно переоценить, насколько велика была эта перемена. За трудовую жизнь одного поколения известная Вселенная стала настолько больше, что прежняя картина показалась крошечной. И это было только начало. Хаббл и другие вскоре начали внимательнее изучать свет этих галактик и обнаружили нечто ещё более странное — об этом история следующей ночи этой книги.

Перед сном

Нур оставалась у иллюминатора, пока станция снова не вышла на дневную сторону. Потом она написала Сами: «В 1900 году многие астрономы думали, что наша галактика — это вся Вселенная. Потом женщина, которая измеряла звёзды на стеклянных пластинках, нашла способ измерять расстояния, а мужчина у большого телескопа с его помощью показал, что туманность Андромеды — отдельная галактика. И вдруг галактик стало бесчисленное множество. Домашнее задание на сегодня: если выпадет тёмная ночь, поищи бледную полосу через всё небо. Это наша галактика, изнутри».

Сами ответил на следующее утро, перед тем как лечь спать после смены. Он написал, что однажды, много лет назад, видел Млечный Путь на маршруте доставки за городом, когда остановился у обочины дороги без фонарей. Он тогда решил, что это тонкое облачко. «Теперь я знаю, что это было несколько сотен миллиардов звёзд, — написал он. — Посмотрю ещё раз».

Нур прочитала его сообщение за завтраком, паря рядом с Аде, который ел сухофрукты из пакета. Она показала ему сообщение. Аде сказал, что ему нравится образ водителя грузовика у обочины тёмной дороги, который смотрит на несколько сотен миллиардов звёзд и принимает их за облако. «Большинство людей, когда-либо живших, думали так же, — сказал он. — Твой брат в хорошей компании».

Если вы живёте в городе или посёлке, то, возможно, редко видите Млечный Путь, потому что уличные фонари и освещённые окна высветляют небо. Грустить об этом не стоит. Это просто повод, если когда-нибудь окажетесь ясной ночью далеко от огней, подольше посмотреть вверх. Бледная полоса будет там, как была каждую ночь человеческой истории, и будет ждать любого, у кого найдётся минута её заметить.

Распространённые заблуждения

Многие думают, что Млечный Путь — это то же самое, что Вселенная, или что эти два слова означают почти одно и то же. Как мы видели, всего столетие назад так считали многие астрономы. Но сегодня мы знаем, что Млечный Путь — одна галактика среди огромного числа галактик, которых слишком много, чтобы пересчитать их по одной. Млечный Путь — наша родная галактика, та, внутри которой мы живём. Вселенная — это всё: все галактики, всё пространство между ними и всё остальное, что существует.

Некоторые считают, что другие галактики можно увидеть только в большие телескопы. Большинство из них действительно слишком тусклы для глаза. Но несколько можно увидеть вообще без всяких приборов. Галактика Андромеды ясной тёмной ночью вдали от огней выглядит как маленькое слабое пятнышко, небольшой овал мягкого света. Она не похожа на спиральные фотографии из книг, потому что глаз видит только её яркий центр. И всё же, если вы её найдёте, вы своими глазами увидите свет, покинувший другую галактику около 2,5 миллиона лет назад. Из южного полушария Земли две небольшие галактики, которые изучала Генриетта Ливитт, тоже видны на тёмном небе как два бледных облачка.

Третье заблуждение связано со словом «туманность». Сегодня астрономы называют так облака газа и пыли в космосе, например светящиеся области, где рождаются новые звёзды. В прошлом то же слово использовали для любого слабого размытого пятнышка в телескопе, включая спиральные туманности, которые оказались галактиками. Вот почему в старых книгах говорится о туманности Андромеды, а в современных — о галактике Андромеды. Это один и тот же объект. Изменилось только наше понимание. Такие перемены, когда название остаётся, а знание растёт, — часть истории науки, и в следующую ночь мы увидим, как внимательный взгляд на цвета галактик ещё раз изменил нашу картину Вселенной.