Спиральные рукава Галактики — это не только вереницы ярких звезд. Это еще и скопления пыли и газа, а также места рождения молодых звезд. В 1950-х годах были разработаны новые методы поиска газовых облаков с помощью радиотелескопов. Пыль не задерживает длинноволновое радиоизлучение, которое проходит мимо пылинок. Поэтому удалось составить карту* длинных отрезков спиральных рукавов по всему' диску Галактики, но пока все еще трудно объединить их в связанную картину, поскольку мы не можем взглянуть на свою Галактику снаружи. Проанализировав все имеющиеся данные, канадский астроном Жак Валле (Jacques P. Vallée) пришел недавно к выводу, что число спиральных рукавов у Галактики равно четырем, что, кстати, совпадает с предположением Стивена Александера, сделанным в 1852 году при полном отсутствии каких-либо данных.

Еще в античную эпоху люди понимали, что звезды — не единственные неподвижные огоньки на небе. Была известна туманная полоса Млечного Пути. Замечали и другие объекты незвездного вида, которые называли туманными звездами или просто туманностями: в «Альмагесте» Птолемея упоминается семь таких объектов. Прежде чем в прошлом столетии тайна туманностей была раскрыта, под названием «туманность» фигурировали объекты самого разного типа. Не было известно, на каком расстоянии они находятся, и никто не знал, действительно ли эти объекты «туманны». Телескоп Галилея показал, что Млечный Путь на самом деле состоит из огромного числа звезд. Но позднее с помощью более крупных и совершенных телескопов было найдено много новых туманностей, которые действительно выглядят туманно.

Первый каталог туманностей был опубликован в XVIII веке. Список Эдмунда Галлея от 1716 года назывался «Описание нескольких туманностей, или светлых пятен, похожих на облака, открытых в последнее время среди неподвижных звезд с помощью телескопа» и содержал всего шесть объектов, демонстрируя, какую скромную роль играли эти туманности в астрономии тех лет. Самый известный каталог того века составил Мессье. Но его появлению мы обязаны… кометам!

Эдмунд Галлей определил в 1705 году, что тот объект, который мы сейчас называем кометой Галлея, движется по вытянутой орбите и должен вернуться в 1758 году. После того как эта комета действительно вернулась, поиск новых комет стал очень популярен. Чтобы стать первооткрывателем кометы, нужно заметить ее в тот момент, когда в телескоп она видна как тусклое пятнышко, еще не имеющее хвоста. Поэтому нередко туманности других типов становились источником ложной тревоги.

Чтобы облегчить охоту за кометами, Шарль Мессье (1730–1817) составил список туманностей, которые он и его коллеги случайно замечали в ходе поиска комет. Мессье оказался в Париже в возрасте 21 года, где ему повезло — астроном Жозеф Делиль взял его в помощники. Юноша стал умелым наблюдателем и в 1759 году обнаружил возвращение кометы Галлея (хотя был разочарован, что не первым). За свою карьеру Мессье открыл около двадцати комет, и это принесло ему международную известность. Несколько лет он работал в Париже, в здании, называемом «особняк Клюни»; там он и жил, и проводил наблюдения в обсерватории, возведенной военно-морским флотом. Это здание, первоначально предназначавшееся для монастыря, существует и поныне: в нем музей с прекрасной коллекцией средневековых вещей.

В 1770 году Мессье был избран членом Французской академии наук. Его первый доклад в Академии положил начало его каталогу туманностей, окончательная версия которого от 1781 года содержала 103 объекта. Из них сам Мессье открыл 38 туманностей. Номера из его каталога используются до сих пор для обозначения ярких объектов. Например, Туманность Андромеды часто обозначается как М31 (на рис. 21.1 показан старинный рисунок с изображением этой туманности). В каталоге Мессье дано краткое описание каждого объекта, его номер и координаты. Используя этот каталог, наблюдатель мог убедиться, что видит в телескоп нужный объект.

Рис. 21.1. Первое известное описание галактики Андромеда дал персидский астроном Аль-Суфи (903–986) в своей «Книге о неподвижных звездах». Это объект около рта рыбы, описанный как «маленькое облако».

Мессье очень бы удивился, узнав, что его имя будут вспоминать в связи с этим каталогом. Он не испытывал никакого интереса к природе туманностей. Его страстью были только кометы. К счастью, он послал копию своего списка Вильяму Гершелю, который изучил все эти туманности в свой телескоп и решил расширить список, проводя систематические наблюдения. В течение следующих 19 лет Гершель дополнил каталог Мессье, обнаружив 2500 новых туманностей и звездных скоплений. Мощные телескопы Гершеля отлично подходили для «прочесывания неба» (рис. 21.2).

Рис. 21.2. Телескоп Вильяма Гершеля диаметром 47 см, которым он пользовался для «прочесывания неба».

Труба телескопа фиксировалась в определенном направлении, а вращение неба двигало картину в поле зрения наблюдателя. Гершель провел ревизию неба, диктуя своей сестре Каролине описание каждой туманности, попавшей в поле зрения. Каролина вспоминала об их работе:

«Мой брат начал свою серию прочесываний, когда инструмент все еще был в незаконченном состоянии… Каждую минуту я ожидала треска или падения, зная, что он стоит на пятнадцатифутовой высоте или даже выше, на временной балке… И в одну из ночей, при сильном ветре, только он спустился вниз, как весь прибор рухнул. Позвали нескольких рабочих, чтобы они помогли освободить зеркало, которое, к счастью, не пострадало…»

Заинтересовавшись природой туманностей, Вильям Гершель вначале думал, что все эти размытые объекты являются звездными системами, которые большой телескоп сможет разрешить на звезды. С помощью своего телескопа он действительно проделал это с большинством туманностей из списка Мессье. Он разделял точку зрения Канта, что бледные туманные пятнышки в действительности являются «островными вселенными», то есть системами, похожими на Млечный Путь. Однако Туманность Ориона он не смог разрешить на звезды, хотя это довольно крупная туманность. Гершель решил, что это очень большая звездная система, намного больше Млечного Пути, но такая далекая, что ее звезды невозможно разглядеть по отдельности.

Вера Гершеля в теорию «островных вселенных» сильно пошатнулась в 1790 году. Он открыл туманность, которая не могла быть звездной системой, — «планетарную туманность», известную сегодня как NGC1514, где центральная звезда окружена газовым облаком (рис. 21.3). Если бы ее туманная часть действительно состояла из звезд, то по сравнению с ними центральная звезда должна была бы иметь огромную светимость. Если же в центре находится обычная звезда, то туманная часть должна состоять из невероятно маленьких звезд. Поэтому Гершель решил, что в данном случае туман — это реальное, а не кажущееся явление, обусловленное очень далекими и тесно расположенными звездами. С этого момента он уже не был уверен в природе любой другой «неразрешимой» туманности.

Гершель был не только умелым строителем телескопов и упорным наблюдателем, но и мыслителем. Его вдохновила мысль о том, что туманности могут менять свою форму. Но космическая эволюция протекает очень медленно (или наша жизнь очень коротка!), и мы не можем проследить за звездой или туманностью от момента ее рождения до самой ее гибели. Гершель сравнивал эту ситуацию с садом, где растения одного вида можно наблюдать на разных этапах их жизни — семя, росток, зрелое растение и т. д., — и это можно использовать для реконструкции полного жизненного цикла растения:

«Небеса… напоминают мне великолепный сад, содержащий множество растений, посаженных в разное время и находящихся в разной степени созревания. И мы можем извлечь из этого некоторую выгоду и намного расширить рамки нашего опыта. Ибо, если продолжить сравнение, взятое мною из растительного царства, то не все ли равно, будем ли мы наблюдать последовательно, как росток появляется из-под земли, цветет, одевается листвою, плодоносит, увядает, засыхает и дает жизнь другому ростку, или же одновременно увидим множество растений, находящихся каждое на той или иной стадии развития из всех, через которые растение проходит за время своей жизни?»