Райт объяснял вид Млечного Пути на небе тем, что существует огромный пласт звезд и Солнце расположено внутри него. Когда мы смотрим вдоль этого пласта, то, естественно, видим огромное число звезд. Когда же луч нашего зрения направлен под углом к пласту, то в этом направлении видно меньше звезд. Визуально на небе это представляется как кольцо из звезд — Млечный Путь (рис. 20.3).

Рис. 20.3. Томас Райт использовал этот рисунок, чтобы объяснить, почему мы видим звездный пояс Млечного Пути, если находимся внутри плоского слоя, заполненного звездами.

Вообще говоря, Райт не утверждал, что Галактика имеет дискообразную форму. Он предпочитал нечто более красивое: огромную сферическую оболочку из звезд. Однако небольшая часть ее поверхности напоминает плоскость, так что видимый пласт из звезд был только локальной характеристикой. Райт представлял, что в центре этой сферы находится массивное тело, заставляющее звезды обращаться вокруг центра, но само оно остается недоступным для наблюдений.

Не зная об идеях Райта и Канта, немецкий ученый Иоганн Генрих Ламберт (1728–1777) описал свои космологические идеи в книге «Космологические письма об устройстве Вселенной», изданной в 1761 году. Он представил Галактику как вращающуюся плоскую звездную систему и предположил, что массивный центр этой системы находится в туманности Ориона. Сегодня мы знаем, что ее центр расположен в совершенно другом направлении — в созвездии Стрельца, причем, как и предполагал Райт, этот центр не виден не только невооруженным глазом, но даже с помощью оптического телескопа.

Возможно, Ламберт был первым ученым, выдвинувшим идею о том, что Млечный Путь представляет собой плоскую звездную систему. В 1765 году Ламберт в письме Иммануилу Канту вспоминал, что эта идея пришла к нему в 1749 году, когда, «вопреки привычке, после ужина я прошел в свою комнату и стал смотреть на звезды, в особенности — на Млечный Путь». В «Космологических письмах…» он пишет:

«Я удивлялся множеству маленьких звезд в этой дуге (Млечном Пути)… Я думал, что эти звезды не могут быть такими близкими друг к другу, чтобы почти соприкасаться. Они должны быть расположены друг за другом, и звездный ряд, уходящий вглубь Млечного Пути, должен быть гораздо длиннее, чем ряд вне него. Если бы ряды проникали одинаково глубоко в разных направлениях, то все небо было бы таким же ярким, как Млечный Путь. Но вне Млечного Пути я вижу почти полностью пустые области. В итоге расположение неподвижных звезд не сферическое, а плоское, даже очень плоское».

Идеи Райта, Канта и Ламберта о природе Млечного Пути возникли как результат простого визуального впечатления о распределении звезд на небе. А первый настоящий обзор неба с помощью телескопа предпринял Вильям Гершель. Он переехал из Германии в Англию в 19-летнем возрасте и начал зарабатывать себе на жизнь музыкой (позднее он получил должность органиста в капелле города Бат). В 1773 году в возрасте 35 лет он случайно купил книгу по астрономии. «Когда я прочитал о множестве замечательных открытий, сделанных с помощью телескопа, я был так очарован, что мне захотелось посмотреть на небо и планеты собственными глазами с помощью одного из таких инструментов».

Работая день и ночь над созданием телескопа, Гершель научился шлифовать зеркала. Ему помогали брат Александр, тоже музыкант, и сестра Каролина. По мере того как Гершель учился строить всё более крупные и качественные телескопы, музыка отходила на второй план. Гершель начал делать систематические записи о том, что он видит на небе. Мы уже рассказывали (см. главу и) об открытии в 1791 году планеты Уран. Это принесло Гершелю славу астронома. Его хобби превратилось в профессию — он стал получать зарплату от короля как первый королевский астроном. Но в научных кругах имя Гершеля еще было малоизвестно. Например, крупнейший немецкий астроном И. Э. Боде никак не мог запомнить его имени и называл его то Мерстхелем, то Гертшелем, то Герршелем, то Гермстелем.

При исследовании Млечного Пути Гершель впервые применил методы статистики. Ему пришла блестящая идея очертить его границы, используя подсчеты звезд. Гершель верил, что его 47-сантиметровый телескоп был достаточно мощным, чтобы увидеть края Галактики. Число видимых в телескоп звезд говорит о том, насколько далеко расположен край в этом направлении: чем больше звезд, тем дальше край.

Рисунок 20.4 показывает результат подсчета звезд, представленный в виде контура Галактики. Это сечение, перпендикулярное плоскости Галактики, представляет результат исследования 683 областей, расположенных по дуге большого круга на небе. Он согласуется с выводами из визуального впечатления о том, что Галактика — это плоская звездная система.

Рис. 20.4. (а) Портрет Уильяма Гершеля, написанный в период открытия им Урана, (б) Сечение Млечного Пути, основанное на звездных подсчетах Гершеля, использовавшего телескоп с 47-см зеркалом (иллюстрация 1785 года). Этот великий астроном провел бесчисленное количество ночей, наблюдая небо.

Позже Гершель стал сомневаться в правильности этой картины. Встал вопрос о том, был ли его телескоп достаточно мощным, чтобы видеть звезды до края системы. Новый телескоп диаметром 120 см показывал гораздо больше звезд по сравнению с 47-сантиметровым телескопом. С другой стороны, этот большой телескоп не удовлетворял астронома полностью: он был неудобен в работе и даже несколько раз ранил помощника. Изучение Гершелем звездных скоплений заставило его поверить, что исходное предположение о равномерном распределении звезд в пространстве было неверным. Но идея о дискообразной Галактике жила до XX века, когда появилась возможность подтвердить ее более совершенными способами.

Гершель достиг больших успехов в исследовании звезд и туманностей. Он открыл двойные звезды, а его систематическое «прочесывание неба» позволило обнаружить около 2500 звездных скоплений и туманностей (см. главу 21). До него было известно лишь около сотни таких объектов.

Что нужно, чтобы составить карту распределения звезд в пространстве? Очевидно, надо знать направления на звезды, но кроме этого — и расстояния до них. Только так можно определить очертания Галактики. Но астрономы были вынуждены довольствоваться меньшим. Как убедился Гершель, все звезды увидеть невозможно: некоторые слишком тусклые даже для современных телескопов. Более того, невозможно измерить расстояние до всех звезд. В XIX веке удалось измерить всего лишь несколько параллаксов (то есть расстояний) звезд, и даже сейчас мы ограничены ближайшим галактическим окружением. Только в следующем десятилетии, когда будет запущен космический телескоп «Гайя» (Gaia) Европейского космического агентства, мы сможем измерить расстояния до множества звезд в диске Галактики. Целью работы «Гайя» является создание самой большой и наиболее точной карты Галактики. Ее предшественник — космический телескоп «Гиппаркос» поработал очень хорошо и с высокой точностью измерил положения более 100 000 звезд. Теперь задача телескопа «Гайя» — с еще более высокой точностью изучить более миллиарда звезд. Аппарат будет выведен на орбиту вокруг Солнца радиусом на 1,5 млн км больше, чем у орбиты Земли. Расположившись в особой точке (L2), где движение происходит синхронно с Землей, космический телескоп будет измерять положения звезд.

Значительно более простой задачей, чем измерение расстояния, является измерение блеска звезды, то есть ее звездной величины (см. главу 8). Это дает и некоторое представление о расстоянии. В XIX веке определение блеска звезд в звездных величинах стало рутинной операцией, и они были внесены в большие звездные каталоги. Наиболее известный из них — Bonner Durchmusterung (Боннское обозрение). Его составил Фридрих Аргеландер (1799–1875) с коллегами. Поработав в обсерваториях городов Турку и Хельсинки (Финляндия), Аргеландер в 1836 году стал директором Боннской обсерватории. Во время работы в Бонне он изучал все звезды ярче 9,5 звездной величины, определял их координаты на небе и звездные величины. Полностью Боннское обозрение, содержавшее 324 000 звезд, было завершено в 1859 году. Этот огромный каталог используется до нынешних дней при исследовании Галактики.