ПОЗАГАЛАКТИЧНА АСТРОНОМІЯ - ЮРІЙ КУДРЯ 2016

ВСТУП

З ІСТОРІЇ СТАНОВЛЕННЯ ПОЗАГАЛАКТИЧНОЇ АСТРОНОМІЇ

0.2. Ранні дослідження позагалактичних туманностей

Позагалактична астрономія як окрема астрономічна дисципліна виділилася порівняно недавно, у 1920-х роках. Фактично об’єкти вивчення позагалактичної астрономії були відомі давно, три з них навіть видимі неозброєним оком. У північній півкулі знаходиться спіральна туманність у сузір’ї Андромеди, її зоряна величина становить приблизно 5m. Перше спостереження туманності Андромеди С. Маріусом за допомогою телескопа документально зафіксоване у 1611 році. (Маріус більш відомий суперечкою з Галілеєм за пріоритет відкриття супутників Юпітера.) У південній півкулі неозброєним оком видимі Велика та Мала Магелланові Хмари. Щоб побачити інші галактики, потрібний хоча б невеликий телескоп. Усі галактики до певного часу не відрізнилися від галактичних туманностей та мали одну загальну назву — туманності або туманні світлі плями.

Перший каталог туманностей склав у 1871 році французький астроном, спостерігач комет Ш. Мессьє. Каталог містив 103 об’єкти, серед яких були і дифузні туманності, і далекі зоряні скупчення, які не розділялися на зорі тодішніми засобами спостереження, і галактики. Наприклад, і досі Туманність Андромеди найчастіше називають за каталогом Мессьє як M 31, а один з її супутників —М 32. Мессьє особливо не турбувала природа туманностей; він склав каталог з метою перелічити всі туманні плями на небі, які могли би завадити спостерігачам відкривати комети.

Одним із перших зацікавився туманними плямами на небі В. Гершель.

Вільям Гершель

Він народився у Німеччині (м. Ганновер), був музикантом-органістом, композитором та вчителем музики. У 1757 році переїхав до Англії. Математику та астрономію вивчив самотужки, і не знав, що всі «справжні» астрономи вивчають природу та рухи тіл Сонячної системи. Натомість він від самого початку зацікавився «облаштуванням небес», зір і туманностей. Гершель розумів, що для спостереження далеких об’єктів йому потрібний великий телескоп, тому взявся за виготовлення дзеркал для телескопів, користуючись вказівками з класичного трактату з оптики Р. Сміта. Дослідження він розпочав у 1773 році, а вже в 1783 році в його розпорядженні був найбільший на той час 20-футовий рефлектор системи Ньютона з діаметром 12 дюймів (30 см). З 1784 року він користувався більшим телескопом з діаметром дзеркала 47 см, а з 1787 року — 122-сантиметровим рефлектором. Порівняно з 103 об’єктами Мессьє він вже знав близько 2500 туманних плям. Разом з ним працювала сестра — К.Л. Гершель, яка ретельно занотовувала всі його спостереження. Крім туманностей Гершель відкрив Уран (1781). Його вважають засновником зоряної астрономії.

Спочатку Гершель заробляв на життя та на побудову своїх телескопів музикою. Але його заняття астрономією привернули увагу астрономів-професіоналів з Гринвіцької обсерваторії. За клопотанням сера Дж. Бенкса, президента Королівського наукового товариства, король Георг призначив Гершелю пенсію після того, як той показав небеса королівській сім’ї. Відтоді Гершель повністю віддався астрономії. Його сестра перекваліфікувалася зі співачки в асистентку астронома і самостійно проводила спостереження, зокрема, вона відкрила вісім комет та 14 туманностей.

У 1784 році Гершель опублікував каталог, до якого ввійшла тисяча об’єктів, у 1789 — наступну частину (ще тисяча), а у 1802 — останню — третю частину каталогу (приблизно 500 об’єктів). Більшість спостережених Гершелем туманностей виявилися галактиками. Він перший описав подвійні галактики та скупчення галактик. Детально вивчаючи туманності, він виявив різноманітність їхніх форм, зокрема, наявність ядер у деяких з них. Гершель перший зауважив тенденцію до утворення «пластів» галактик, що пізніше перейшло у концепцію Надгалактики Вокулера. (Ж.А. де Вокулер — французько-американський астроном.) Гершель зазначав, що унаслідок збільшення потужності телескопа стає помітним, що найближчі туманності розділяються на зорі. З цього він зробив висновок, що всі туманності складаються із зір і подібні до нашої зоряної системи — Молочного Шляху. Крім того, він розвинув концепцію «острівних» Всесвітів, яка досі була лише умоглядною, й якої з 1755 року притримувався І. Кант, а доти — Е. Сведенборг та Т. Райт.

Аналізуючи свої спостереження, Гершель виявив, що поруч із «острівними» всесвітами існують і справжні туманності, що складаються із дифузної речовини. Поєднуючи два типи туманностей, він розвинув небулярну гіпотезу походження зір із дифузної речовини, яка і нині є домінуючою.

Пізніше Гершель висловлював сумніви щодо правильності теорії «острівних» всесвітів, оскільки не міг пояснити, чому підрахунки розподілу галактик на небі «прив’язані» до Молочного Шляху. Біля галактичних полюсів їх виявилося більше, ніж біля смуги Молочного Шляху. Тепер ми знаємо, що це явище зумовлене поглинанням у зоні Молочного Шляху, а на той час Галактика вважалася прозорою.

Дж. Гершель на відміну від батька отримав освіту в Кембриджі, і там же викладав.

Джон Гершель

Проте В. Гершель, здоров’я якого погіршилося, ще мав амбітні наміри щодо астрономії, до якої він хотів залучити сина. Тому Джон повернувся додому і продовжив спостереження батька. У 1820-1830 роках він переспостерігав туманності з каталогу та детально описав 2304 з них. При цьому виникли труднощі щодо використання каталогу для перевірки, подолати які допомогла К. Гершель. Вона переписала результати спостережень брата у вигляді, зручному для друку та перевірки. (До речі, за цю чорнову роботу вона отримала медаль Королівського астрономічного товариства, у заснуванні якого Джон брав активну участь, а Вільям був його першим номінальним президентом.) З 1834 по 1838 рік Дж. Гершель організував експедицію на мис Доброї Надії у Південній Африці для спостереження південних туманностей. Результатом став каталог 1708 туманностей. Дж. Гершель першим детально описав Велику та Малу Магелланові Хмари. У 1864 році він опублікував каталог 5079 туманностей (General Catalogue, GC), на базі цього каталогу розпочалися детальні дослідження туманностей.

Найбільший у XIX ст. 182-сантиметровий телескоп був побудований під керівництвом У. Парсонса (лорда Росса) у його родовому маєтку Бьор-Касл в Ірландії. За допомогою цього телескопа він спостерігав та описав туманності каталогу Гершеля, а також деякі нові туманності. У 1845 році він виявив та описав спіральну структуру деяких туманностей, зокрема М 51.

Ще В. Гершель помітив, що на віддалі від Молочного Шляху переважають «білі» туманності, а поблизу нього та у його смузі — «зеленуваті». Важливе значення мало відкриття У. Гаггінсом у 1864 році того факту, що спектри туманностей бувають і емісійними (з яскравих ліній), які визначають колір «зеленуватих» туманностей, і, як у зірок, — з лініями поглинання. «Білі» туманності, як ми тепер знаємо, — це галактики з переважними спектрами сонячного типу, а «зеленуваті» — газові туманності з емісійними лініями, які на той час приписували гіпотетичному елементу — «небулію». Тим самим було показано існування туманностей з розрідженого газу. Отже, гіпотеза про існування лише туманностей — зоряних систем — відпала. А загадку «небулію» було розгадано лише у 1928 році. Найінтенсивніші зелені лінії «небулію» 5007 А та 4959 А, які позначаються звичайно N1 і N2, належать двічі іонізованому кисню OIII, є забороненими для звичайного дипольного випромінювання. Ймовірність переходів мала, але унаслідок великої концентрації OIIIінтенсивність випромінювання велика.

У 1888 році в Англії Й.Л. Дрейєр випустив свій знаменитий New General Catalogue (NGC), повну назву якого можна перекласти як «Новий загальний каталог туманностей та скупчень зір, ревізований і розширений на базі останнього каталогу сера Джона Гершеля». Він містить 7840 туманностей та зоряних скупчень. Згодом каталог був доповнений двома Індексними каталогами IC та IC2, які включали в себе інформацію про додаткові 5386 об’єктів. Вивчення форм туманностей та підтвердження існування спіралей сильно розвинулося завдяки застосуванню фотографії в астрономії І. Робертсом у 1885—1904 роках та Д.Е. Кі- лером у 1898—1900 роках. Зокрема, Кіл ер дійшов висновку, що більшість із туманностей є спіральними туманностями. Після Кіле- ра 36-дюймовий рефлектор Крослі у Лікській обсерваторії застосували до фотографування туманностей Ч.Д. Перрайн у 1901 — 1903 роках та Г. Кертіс у 1900—1918 роках. До Другого індексного каталогу ввійшли об’єкти, що були відкриті фотографічно, зокрема М. Вольфом та його колегами з Гейдельберга.

Фотографічні дослідження, що виявляли важливі деталі структури туманностей, а також перші спектрограми свідчили на користь того, що спіральні галактики — це зоряні системи, рівноправні з нашою Галактикою. Але справжні розміри та відстані до галактик почали надійно розраховуватися лише у 1920-х роках переважно після дослідження світності цефеїд та дослідження структури Галактики за кулястими скупченнями, виконаного Г. Шеплі.



Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити