Читаем Пулковская обсерватория онлайн бесплатно

Современная астрономия — весьма обширная наука. Она разнообразна и по своему содержанию и по методам исследования. В ней широко используются смежные науки — математика, механика и физика. Наряду с изучением расположения в пространстве и движения небесных объектов, астрономия занимается исследованием строения, физического состояния и химического состава космических тел, а также решает труднейшие вопросы происхождения и развития как отдельных небесных миров, так и целых систем, состоящих из многих и разнообразных элементов.

Однако двести и даже сто лет тому назад предмет астрономии был значительно, уже и ограничивался главным образом изучением распределения и движения звезд и планет, что имело большое практическое значение и служило для точного измерения времени и ориентировки на земной поверхности. Именно последняя задача стала особенно важной с развитием мореплавания, с открытием и освоением новых земель. В связи с этим передовые страны в XVII и XVIII веках особенно заботились о развитии астрономии и создавали специальные учреждения — обсерватории для производства необходимых для этой цели астрономических наблюдений.

В России потребность в астрономических наблюдениях особенно возросла в эпоху Петра I в связи с развитием мореплавания и составлением географических карт. По приглашению Петра в 1725 году приехал из Франции в Петербург астроном Иосиф Делиль, которому была поручена организация обсерватории. В это время в Петербурге на берегу Невы строилось здание для кунсткамеры, то есть музея разных редкостей, над которым по проекту Делиля была возведена трехэтажная башня для размещения обсерватории. Здесь были установлены различные астрономические инструменты, произведено определение географических координат обсерватории и начаты систематические наблюдения, связанные с географическими исследованиями в России.

Сложнейшей задачей в то время было определение географической долготы. Для этой цели наблюдали затмения Солнца и затмения спутников Юпитера, а также моменты кульминации Луны. В обсерватории проходили практику будущие путешественники, которые затем участвовали в ряде экспедиций и определили большое число географических пунктов как в Европейской, так и в Азиатской части России, послуживших для составления большой географической карты Российской империи.

Астрономы, работавшие на Петербургской обсерватории, наблюдали также редкие явления прохождения планет Меркурия и Венеры по диску Солнца; при этом прохождения Венеры использовались для определения расстояния от Земли до Солнца — основной астрономической меры длины, употребляемой для измерения всех расстояний во вселенной. Во время прохождения Венеры в 1761 году великий русский ученый М. В. Ломоносов открыл атмосферу на этой планете.

Однако, несмотря на ряд важных наблюдений, связанных с картографией России, на Петербургской обсерватории не было выполнено крупных научных работ, которые существенно способствовали бы развитию астрономии. Отчасти виной этому было неблагоприятное положение обсерватории почти в центре быстро растущего города на берегу туманной Невы. Поэтому еще в шестидесятых годах XVIII века возник проект выноса обсерватории за город. Но прошло не менее 70 лет, прежде чем этот проект осуществился.

В 1830 году выдающийся ученый, директор астрономической обсерватории в Дерпте (ныне Тарту, в Эстонской ССР) В. Я. Струве, уже прославившийся своими открытиями и измерениями двойных звезд, а также геодезическими работами в Прибалтике, вернулся из заграничного путешествия и доложил Николаю I об астрономических обсерваториях, которые он посетил в Западной Европе. Струве обратился к Николаю с предложением о постройке большой новой обсерватории в окрестностях столицы. Через три года этот вопрос получил разрешение, и в начале 1834 года был утвержден архитектурный проект новой обсерватории, составленный известным зодчим А. П. Брюлловым, а также выбрано место для строительства — ближайший к столице холм у деревни Пулково, в 17 верстах к югу от Петербурга. В том же году Струве был назначен директором будущей обсерватории и командирован за границу для заказа инструментов.

В отношении устройства и оборудования обсерватории Струве была предоставлена полная свобода с условием, чтобы все было самое лучшее. Это условие Струве выполнил самым совершенным образом. Он не только ясно понимал наиболее важные задачи, стоявшие перед современной ему астрономией, но и сумел предвидеть дальнейшее развитие науки на ряд десятилетий вперед. Обсерватория была построена и оборудована с расчетом возможно более полного удовлетворения тем запросам, которые ставила наука с учетом практики, то есть приложения астрономии к географии, геодезии, мореходному делу.

Эти задачи были четко сформулированы в первом уставе обсерватории, введенном с начала 1839 года. Вот содержание § 2 этого устава, определявшего назначение обсерватории.

«Цель учреждения Главной Обсерватории состоит в производстве:

а) постоянных и сколь можно совершеннейших наблюдений, клонящихся к преспеянию астрономии, и b) соответствующих наблюдений, необходимых для географических предприятий в Империи и для совершаемых ученых путешествий. Сверх того с) она должна содействовать всеми мерами к усовершенствованию практической астрономии в приспособлениях ее к географии и Мореходству и доставлять случай к практическим упражнениям в географическом определении мест».

19 августа 1839 года (по новому стилю) состоялось торжественное открытие обсерватории, на которое были приглашены астрономы из всех русских обсерваторий и университетов.

По своему устройству, полноту и качеству оборудования Пулковская обсерватория сразу заняла одно из первых мест в мире. Главное здание обсерватории, расположенное в направлении с востока на запад, состояло из трех каменных частей, соединенных двумя деревянными галереями-павильонами. Каждая каменная часть венчалась круглой башней с конической крышей, которая могла поворачиваться для направления открывающегося в ней люка в нужное место небосвода. В центральной, большей башне был установлен самый большой и совершенный телескоп того времени — рефрактор с объективом диаметром в 38 см работы немецких оптиков Мерца и Малера, преемников знаменитого Фраунгофера в Мюнхене. Деревянные галереи имели по две закрывающиеся ставнями сквозные щели, через которые можно было наблюдать светила при их прохождении через меридиан. Здесь были установлены главные инструменты обсерватории: большой пассажный инструмент и вертикальный круг — в западной галерее, меридианный круг — в восточной. В восточной галерее оставалось свободное место для одного из будущих меридианных инструментов.

Поясним назначение этих инструментов. Одной из основных задач астрономии во все времена было и остается определение видимых положений звезд. Для этой цели на воображаемой небесной сфере проводится система кругов, вполне соответствующая меридианам и параллелям, мысленно проводимым на земном шаре. На Земле с помощью этих кругов исчисляются географические координаты — широта и долгота, определяющие положение точек на земной поверхности. В полной аналогии с этим на небесной сфере положения светил определяются астрономическими координатами — склонением, соответствующим географической широте, и прямым восхождением, соответствующим географической долготе.

Список звезд с определенными из наблюдений прямыми восхождениями и склонениями каждой звезды называется звездным каталогом. Первый каталог, дошедший до нас из глубокой древности, был составлен во II веке до н. э. греческим астрономом Гиппархом и содержал свыше 1 000 звезд.

Пулковская обсерватория. Вид с северной стороны (1868 год).

Сравнивая между собой звездные каталоги, составленные в разное время, можно выявить изменения в положениях звезд, происходящие с течением времени. Изменения эти вызываются разными причинами. Во-первых, постепенно изменяется положение Земли в пространстве, в частности меняется направление земной оси, вследствие чего и плоскость земного экватора медленно поворачивается, вызывая этим изменения координат звезд. Это явление называется прецессией; оно было открыто около 2 тысяч лет тому назад и объяснено Ньютоном в конце XVII столетия действием притяжения Луны и Солнца на экваториальную выпуклость Земли. Оказалось, что под влиянием этого притяжения, стремящегося опрокинуть земной шар, ось Земли, подобно оси волчка, совершает большое колебательное движение, описывая поверхность большого конуса, с периодом около 26 тысяч лет. Наряду с этим земная ось подвержена мелким колебаниям — вибрациям — с периодом в 18 лет. Такие колебания называются нутацией. Это явление было открыто в 1737 году английским астрономом Брадлеем и объяснено им как результат переменного по направлению притяжения Луны.

Далее имеется кажущееся изменение координат звезд вследствие того, что свет распространяется не мгновенно, и в течение того времени, пока световой луч проходит длину воспринимающего свет аппарата — будь ли то зрительная труба, фотографический телескоп или даже просто глаз — этот аппарат вместе с Землей, движущейся по своей орбите, успевает немного сместиться, что вызывает небольшое отклонение в видимом направлении наблюдаемой звезды. Это явление, называемое аберрацией света, также было открыто Брадлеем в 1725 году и требует детального изучения для того, чтобы можно было точно учитывать его влияние при составлении звездных каталогов и производстве астрономических наблюдений для определения географических координат.

Наконец, существует еще одно явление, тоже зависящее от свойств светового луча,— преломление света в земной атмосфере. Нижние слои воздуха плотнее верхних, и поэтому луч света, пронизывая нашу атмосферу, преломляется и постепенно искривляет свой путь, приходя к нам по измененному направлению. Вследствие этого все светила кажутся нам немного приподнятыми над горизонтом. Это явление, называемое астрономической рефракцией, сильнее проявляется на светилах, находящихся низко над горизонтом, а в самом горизонте достигает величины, превосходящей в угловой мере видимый диаметр Солнца, благодаря чему солнечный диск при восходе кажется нам уже поднявшимся из-за горизонта, тогда как в действительности Солнце еще полностью погружено под горизонт.

Для всех практических применений астрономии необходимо знать с большой точностью влияние перечисленных явлений на координаты светил. Теория этих явлений хорошо и подробно разработана, но для того, чтобы в каждом отдельном случае вычислить величину этих явлений, нужно знать особые числовые величины, которые должны быть определены из наблюдений. Эти числовые величины называются соответственно постоянными прецессии, нутации, аберрации и рефракции. Чем точнее они будут определены, тем точнее можно учитывать эти влияния на координаты светил, тем более точно можно определять время и географические координаты, делать геодезические съемки и составлять карты. Таким образом, определение из наблюдений числовых значений этих четырех постоянных относится к важнейшим задачам астрономии и было с самого начала включено в план работ Пулковской обсерватории.

Вернемся к звездным каталогам. После того как наблюденные положения звезд исправлены с учетом только что описанных влияний, они вносятся в общий список, в результате чего и получается каталог для определенного момента времени, называемого эпохой каталога. Имея два каталога, содержащих одни и те же звезды, но для двух разных, по возможности удаленных между собою эпох, можно сравнивать их между собой и вывести так называемые собственные движения звезд, которые дают изменения координат каждой звезды за один год. По этому поводу тоже нужно сделать некоторые пояснения.

Звезды еще в глубокой древности были названы неподвижными, так как их видимое взаимное положение на небесной сфере с течением времени заметным образом не менялось. Действительно, какая-нибудь группа звезд, например всем известное созвездие Большой Медведицы, во времена древних греков имело такой же вид ковша, каким мы его видим теперь. Однако в 1718 году английский ученый Галлей обнаружил, что три яркие звезды, о которых можно было думать, что они ближе к нам, чем большинство других звезд, заметно сдвинулись на небесной сфере по отношению к другим звездам со времени наблюдений древнегреческого астронома Гиппарха, дошедших до нас в виде первого звездного каталога. Так были открыты первые собственные движения звезд.

Теперь мы знаем, что все звезды движутся, причем в действительности скорости их движения измеряются десятками километров в секунду, но расстояния до звезд столь велики, что видимые перемещения звезд по небу очень малы. Звезда с самым большим известным собственным движением передвигается на угол, равный видимому поперечнику Луны за 180 лет, большинство же звезд имеет собственные движения в сотни и тысячи раз меньшие. Для того чтобы невооруженным глазом заметить движение звезд, образующих ковш Большой Медведицы, нужен промежуток времени не в 2 тысячи лет, протекший со времени наблюдений Гиппарха, а по крайней мере в десять или двадцать раз больший. Вот почему собственные движения звезд можно определить, лишь имея точные звездные каталоги для удаленных между собой эпох, с промежутком в десятки или даже сотни лет. Но самый старый каталог достаточной точности, составленный по наблюдениям, произведенным не невооруженным глазом, а с помощью зрительной трубы в соединении с хорошим разделенным кругом, относится к 1755 году. Для вывода собственных движений нужно было сравнить этот каталог с позднейшим, составленным по новым наблюдениям. Составление такого нового каталога и ряда последующих и явилось основным направлением работ Пулковской обсерватории.