Используя для привязки шкалу Погсона и Полярную звезду, Пикеринг спроектировал ряд экспериментальных приборов – фотометров – для измерения яркости. Несколько десятков конструкций Пикеринга были воплощены в жизнь фирмой Alvan Clark & Sons. Первые приборы присоединялись к Большому рефрактору – главному телескопу обсерватории, подаренному ей жителями города в 1847 году. Потом Пикеринг и фирма Clark создали более совершенную, автономную модель, которую назвали меридианным фотометром. Это был двойной телескоп – два объектива располагались параллельно в одной трубе. Труба оставалась неподвижной, поэтому не приходилось тратить время на ее повороты во время сеанса наблюдений. Пара поворотных отражающих призм позволяла видеть Полярную звезду через один объектив и нужную звезду – через другой. Наблюдатель у окуляра – обычно сам Пикеринг – поворачивал лимб, изменяя положение других призм внутри инструмента и регулируя свет так, чтобы Полярная звезда и объект изучения приобрели одинаковый видимый блеск. Второй наблюдатель – чаще всего Артур Серл или Оливер Уэнделл – смотрел, что показывает лимб, и фиксировал цифры в записной книжке. Тандем повторял процедуру измерения по четыре раза для каждой звезды. За ночь они описывали несколько сотен звезд, каждый час меняясь местами, чтобы не наделать ошибок из-за утомления глаз. Утром они передавали записную книжку мисс Нетти Фаррар, одной из расчетчиц, для обработки данных. Взяв за основу произвольно присвоенную Полярной звезде величину 2,1, мисс Фаррар получала относительную яркость других звезд, усредненную и уточненную до сотых долей. Таким путем Пикерингу и его коллективу понадобилось три года, чтобы определить величины всех звезд, видимых на широте Кеймбриджа.
Среди объектов фотометрических исследований Пикеринга было около 200 звезд, блеск которых со временем менялся. Эти изменчивые, или переменные, звезды требовали самого пристального изучения. Пикеринг в своем отчете 1882 года президенту Гарварда Чарльзу Элиоту отмечал, что для определения цикла изменения блеска любой переменной звезды необходимо провести тысячи наблюдений. В одном случае «900 измерений было сделано за ночь без перерыва, с 19:00 до того момента, как переменная достигла максимального блеска в 2:30».
Чтобы продолжать изучение переменных, Пикерингу требовалось подкрепление. Увы, в 1882 году не было возможности нанять даже одного нового сотрудника. Вместо того чтобы выпрашивать деньги у постоянных подписчиков, он опубликовал обращение к добровольцам из числа астрономов-любителей. По его мнению, женщины могли выполнять эту работу не хуже мужчин: «Многие дамы интересуются астрономией и располагают телескопами, но за двумя-тремя знаменитыми исключениями их вклад в науку незначителен. У многих из них есть время и желание заниматься этой работой, в особенности у выпускниц женских колледжей, среди которых многие получили основательную подготовку, позволяющую им стать превосходными наблюдателями. Поскольку такой работой можно заниматься на дому, просто у открытого окна, при условии что температура воздуха в комнате и снаружи одинакова, нет причин, мешающих женщинам найти полезное применение своим умениям».
Более того, Пикеринг считал, что участие в астрономических исследованиях повысит социальный престиж женщин и даже оправдает тогдашний бум женских колледжей: «Противники высшего образования женщин часто говорят, что, хотя женщины и способны учиться не хуже мужчин, они не создают почти ничего нового, поэтому их труд не вносит вклад в развитие человеческих познаний. Этот упрек можно решительно отмести, указав на длинный список наблюдений вроде перечисленных ниже, сделанных женщинами-астрономами».
Пикеринг напечатал и распространил сотни экземпляров этого открытого приглашения, а также убедил редакции ряда газет опубликовать его. Два первых ответа были получены в декабре 1882 года от Элизы Крейн и Мэри Стоквелл из Колледжа Вассара в Покипси, штат Нью-Йорк, затем еще один от Сары Уэнтворт из Дэнверса, штат Массачусетс. Пикеринг стал распределять переменные звезды между наблюдательницами. Хотя его волонтерки не располагали таким оборудованием, как меридианный фотометр, они могли сравнивать свои переменные с соседними звездами и оценивать изменения блеска во времени. «Если какая-нибудь из звезд станет слишком тусклой, – рекомендовал он в письменных инструкциях, – пожалуйста, уведомляйте об этом, чтобы мы попробовали наблюдать ее здесь через большой телескоп».
Некоторые женщины просили провести официальную подготовку по практической или теоретической астрономии, но обсерватория не проводила подобных занятий и не могла допустить любопытных, будь то мужчины или женщины, к наблюдениям в ночное время. В дневное время директор был только рад показать здание посетителям.
Дневные обязанности Пикеринга в качестве директора требовали, чтобы он вел регулярную переписку с другими астрономами, приобретал книги и журналы в библиотеку обсерватории, присутствовал на научных конференциях, редактировал и выпускал «Анналы Гарвардской обсерватории», управлял финансами, писал ответы на вопросы широкой публики, принимал заезжих важных гостей и занимался крупными и мелкими покупками, от запчастей телескопов до угля для отопления, писчей бумаги, перьев, конторских книг и даже туалетной бумаги. Каждая мелочь в работе обсерватории требовала его персонального внимания или по меньшей мере его подписи. Лишь когда тучи закрывали звезды, он мог выспаться ночью.
Фотопластинки миссис Дрейпер нужно было рассматривать при дневном свете. Пикеринг был наслышан об этих снимках и даже обсуждал их с доктором на том ноябрьском ужине, но до сих пор не видел. Он привык разглядывать спектры звездного света через телескоп с помощью специальных приспособлений, спектроскопов. Их закупил предыдущий директор Джозеф Уинлок в 1860-е годы, когда спектроскопия вошла в моду. При наблюдении через спектроскоп звезда превращалась в бледную цветную полосу, окраска которой переходила от красного на одном конце к оранжевому, желтому, зеленому, синему и, наконец, к фиолетовому на другом конце. В спектроскоп можно было также различить множество вертикальных черных линий, распределенных вдоль цветной полосы. Астрономы были уверены, что ширина, интенсивность и расположение этих спектральных линий несут важную информацию. Хотя она оставалась нерасшифрованной[4], некоторые исследователи предлагали классифицировать звезды по классам на основании сходства спектральной картины.
На пластинках Дрейпера спектры выглядели как размытые серые полосы чуть больше сантиметра в длину, однако на некоторых умещалось до 25 линий. Когда Пикеринг стал разглядывать их под микроскопом, детали ошеломили его. Какое искусство демонстрировали эти съемки и какое везение! До этого он знал лишь одного человека в мире, профессора Уильяма Хаггинса из Англии, которому удалось запечатлеть звездный спектр на фотопластинке. Хаггинс также был единственным среди знакомых Пикеринга, не считая Дрейпера, кому повезло найти талантливого помощника в лице собственной жены – Маргарет Линдси Хаггинс.
Миссис Дрейпер согласилась оставить свои фотопластинки у Пикеринга для всестороннего анализа и возвратилась в Нью-Йорк. Она обещала миссис Пикеринг, считавшейся одной из самых умелых садовниц в Кеймбридже, приехать снова весной или летом, чтобы полюбоваться территорией обсерватории в полном цвету.
Пикеринг измерил каждую спектральную линию с помощью микрометра. К 18 февраля 1883 года он мог сообщить миссис Дрейпер, что обнаружил «на фотографиях гораздо больше, чем можно было ожидать на первый взгляд». У расчетчиц было дел по горло – они строили графики данных, соответствовавших каждой половине оборота микрометрического винта, а затем пересчитывали их в длины световых волн. Доктор Дрейпер со всей очевидностью доказал возможность изучения звездных спектров по фотографиям вместо непосредственного наблюдения в телескоп и зарисовки видимого глазом.
Пикеринг снова стал уговаривать миссис Дрейпер опубликовать иллюстрированный отчет, чтобы не просто застолбить приоритет мужа, а показать другим астрономам перспективы его технологии.
