В погоне за Солнцем (другой перевод)

Кастель Гандольфо, летняя папская резиденция, находится в 13 милях на юго-восток от Рима, над озером Альбано. Солнечным днем в октябре 2003 года я взбирался по крутому холму к этой одновременно твердыне и духовной обители. Владения простирались вниз к озеру на 136 акров: действующая ферма, ряд скульптур, сад, спроектированный Бернини, помпезный барочный фонтан и руины виллы Домициана, приобретенной папой Климентом VIII в начале XVII века. Потрясающий вид.

Я оказался здесь, потому что в папской резиденции находилась также полностью функционирующая обсерватория и огромная астрономическая библиотека. Один из предшественников Климента, папа Григорий XIII, заказал исследование календаря – так появились три обсерватории, две под Римом, а третья в самом Ватикане. В 1891 году папа Лев XIII переместил ватиканскую обсерваторию на склон холма позади Св. Петра, где церковные ученые и работали более сорока лет, но постепенно рост города сделал ночное небо настолько светлым, что наблюдения пришлось прекратить, и тогда в 1933 году обсерватория переехала в Кастель Гандольфо. Там построили два новых телескопа и организовали астрофизическую лабораторию. Библиотека быстро росла: в “Коде да Винчи” утверждается, что в ней содержится более 25 тыс. книг по астрономии, но ее бессменный хранитель, иезуит Хуан Касановас, сомневается в этой цифре.

Отец Касановас встретил меня у входа в замок. Мужчина с внушительной фигурой, около 2 м ростом и с совершенно седой головой, он, казалось, был рад помочь коллеге. Я ему писал, спрашивая разрешения посмотреть некоторые ценнейшие книги в библиотеке, взглянуть на обсерваторию и поговорить с ним о солнечных пятнах, в области которых он считается авторитетом. Мы поднимаемся по узкой лестнице, все помещения кажутся заброшенными и полными эха, папа со своей свитой уже давно вернулся в Рим.

Когда мы дошли до библиотеки, отец Касановас рассказал мне о первых изданиях Коперника, Ньютона, Кеплера и Тихо Браге, но истинной его целью был огромный том, переплетенный в изношенную коричневую кожу, – личный журнал Галилея, в который тот записывал свои первые наблюдения над солнечными пятнами. Я осторожно переворачиваю страницы, разглядывая его рисунки, свидетельствующие о запятнанности великого дневного светила: достаточно опасное открытие с точки зрения теологических последствий, чтобы заставить Галилея пару лет хранить молчание. Но затем последовали Фабрициус, Хэрриот и, наконец, Шайнер – чувство соперничества взяло верх над осторожностью великого пизанца.

Отец Касановас оставляет меня наедине с моими размышлениями. А как это выглядело еще до Галилея, например, для лучшего ученика Аристотеля Феофраста, который заметил пятна около 325 года до н. э.? Как он не сжег себе глаза? Вероятнее всего, он разглядывал Солнце в отражении или сквозь какой-то прозрачный минерал, как это делали китайцы с нефритовыми пластинами. Звездочеты Сианя и других городов, очевидно, не имели никакого понятия, что такое эти пятна; Галилей тоже этого не знал, но в процессе наблюдения примесей, скользящих по солнечной поверхности, он по крайней мере заключил, что Солнце вращается, и использовал вот этот самый рисунок, находящийся сейчас перед моими глазами, чтобы оценить скорость вращения.

Мои мысли прервал отец Касановас – неожиданно появившись сзади, он пригласил меня последовать за ним. Он так быстро удалялся по длинному коридору, что я был вынужден поспешить. После нескольких поворотов мы прибыли в его рабочий кабинет: все на своих местах, ровные ряды папок, аккуратно разложенные бумаги. Компьютер тихо гудел, экран мелькал калейдоскопом красного, оранжевого и желтого – свежие солнечные снимки SOLO, обсерватории Солнца и гелиосферы, совместного проекта НАСА и Европейского космического агентства. Я никогда не видел столь захватывающих кадров. Он порылся на полке и с удовлетворенным кряканьем протянул мне небольшой томик на английском, историю солнечных пятен. На обложке красовалось: “Х. Касановас, Specola Vaticana”.

Галилей опубликовал эти рисунки в 1613 году в своих “Письмах о солнечных пятнах”. Если соединить его рисунки, как это делают в блокнотах с мультфильмами, то можно легко увидеть движения пятен, так как рисунки были сделаны примерно в одно время (Library of Congress)

Тем же вечером в своем гостиничном номере неподалеку от римского вокзала Термини я открыл книгу. Постепенно, фраза за фразой, я понял, что открытие и постижение солнечных пятен – одна из самых захватывающих историй в науке, а также одна из самых запутанных, разбросанная по континентам и столетиям. Два ранних упоминания о пятнах встречаются в классическом китайском тексте И Цзин (Книга Перемен, дата появления которой разнится – от пяти до восьми тысячелетий назад) и сообщают о присутствии на Солнце dou и mei (оба слова означают затемнение или закрытие) [359] . В более поздние периоды китайские и корейские астрономы зафиксировали около ста пятидесяти пятен и сравнивали их с куриными яйцами, ласточками, воронами и другими птицами. Вергилий пишет о Солнце, “испещренном пятнами”, в одной из своих пасторалей; Григорий Турский в конце VI века описывает “кроваво-красные” облака на Солнце; Эйнхард в “Жизни Карла Великого” (около 807 года н. э.) подробно повествует о “черноватом пятне, которое наблюдалось на протяжении целой недели”. Восьмого декабря 1128 года Иоанн Вустерский – монах, автор хроники, детально описывающей английскую жизнь (включая астрономические явления) от рождения Христа до восшествия на престол короля Генриха II в 1154 году, – зарисовал Солнце с двумя большими темными пятнами, и этот рисунок современные ученые считают достаточно точным. Монах не располагал телескопом, поэтому то, что он отметил не только сами пятна, но и окружающие их области полутени, подразумевает их довольно большой размер. Но в и этом случае за открытием не последовало никаких комментариев. Столетиями раньше Аристотель объявил небеса непогрешимыми, и Церковь с ним в свое время согласилась, так что как минимум в Европе такие наблюдения либо игнорировались, либо приписывались прохождению Меркурия или Венеры.

359

См.: Joseph Needham, Science and Civilization in China. Cambridge: Cambridge University Press, 1959. Р. 435. Нидем упоминает несколько арабских наблюдений – в 840 году (тогда пятно ошибочно приняли за проходящую Венеру), 1196-м и 1457-м.

С появлением телескопа положение должно было измениться. Отец Касановас сравнивает эффект от галилеевского описания наблюдений (опубликованного в 1610 году) с эффектом появления первого человека на Луне [360] . Впрочем, первые телескопы были слабыми, поэтому многие наблюдатели продолжали квалифицировать пятна как нечто не относящееся к Солнцу. Если Галилей и вызвал какой-то интерес, то тот быстро заглох (одним из немногих, кого это открытие действительно сильно взволновало, был Сирано де Бержерак, близкий друг ученика Галилея) [361] .

360

Fr. Juan Casanovas, Early Observations of Sunspots, San Francisco: Astronomical Society of the Pacific Conference Series, Proceedings of a Meeting Held in Puerto de la Cruz. Tenerife, Spain. 1996. 2–6 октября. Vol. 118. Р. 3, 19.

361

Одно любопытное исключение из этой незаинтересованности нашлось во Франции. В книге Sunspots and the Sun King (“Солнечные пятна и Король-Солнце”) историк Эллен Мак-Клер указывает на тот факт, что Генрих IV был убит в тот год, когда Галилей сделал свои первые наблюдения, и предполагает, что оба события бросили вызов порядку и иерархии. Убийство Генриха вновь вызвало вопросы о законности его прав на престол, а открытие Галилея низвергало Солнце в пучину земного греха. Возникла срочная необходимость восстановить веру в порядок, покоящийся на обоснованном постоянстве и превосходстве. Усилия, направленные на это, писал историк, “выразились в появлении Короля-Солнца, чья власть и монархическая сущность были выстроены, хотя бы отчасти, как противоположность разрушительным последствиям открытых пятен” (Ellen M. McClure, Sunspots and the Sun King. Chicago: University of Illinois Press, 2006. Р. 1. Двумя столетиями позже, во время Венского конгресса, в британской прессе появился пасквиль на Наполеона, “Наполеон и пятна на Солнце”, в котором рассказывалось, как побежденный Бонапарт был изгнан на Солнце, поскольку больше ему некуда было деваться, и более того, оказавшись исключительно кучкой солнечных пятен, он загородил Солнце от Земли и вызвал тем самым унылую погоду, которая в том году повсюду наблюдалась.

Следующий прорыв произошел случайно. По мере роста числа телескопов астрономы-любители поколениями состязались, кто первый откроет планету между Солнцем и Меркурием. Генрих Самуэль Швабе (1789–1875), фармацевт из Дессау, ставший астрономом, понимал, что лучший способ заметить предполагаемое небесное тело – это увидеть его во время прохождения перед Солнцем, но он осознавал и риск смешения такого тела с солнечным пятном. Поэтому с 30 октября 1825 года Швабе старательно регистрировал буквально все, что видел на небе. За пару десятилетий он так и не обнаружил свою планету, зато наткнулся на нечто гораздо более важное.

В статье 1843 года Швабе писал: “Из моих старых наблюдений явствует, что в появлении солнечных пятен имеется определенная периодичность” [362] . Сопроводительная таблица приводила исчерпывающее доказательство цикличности появлявшихся группами пятен. После конца цикла солнечный диск мог оставаться чистым целыми неделями, но само существование цикла не подлежало сомнению. Из наблюдений Швабе можно было вывести, например, что низшая точка активности случилась в 1833 году – меньше всего скоплений пятен и больше всего дней без заметных пятен; следующая низшая точка случилась десять лет спустя. Пики были зарегистрированы в 1828 и 1847 годах:

362

Heinrich Schwabe, Astronomische Nachrichten. Vol. 20. 1843. № 495.

Поначалу анализ Швабе привлек мало внимания, но, когда статью заметил ирландский астроном Эдвард Сэбин (1788–1883), он понял, что цикл Швабе коррелирует с флуктуациями в магнитном поле Земли (наблюдениями за которым он сам занимался). Швейцарский наблюдатель Рудольф Вольф (1816–1893) нашел способ подсчитать среднее число пятен на более длинных периодах, уточнив оценку Швабе до 11,1 года.

За следующие двадцать лет Вольф собрал статистику глубиной до 1745 года. По мере реконструкции данных еще более ранних периодов он понял, что в интервале между 1645 и 1715 годами было замечено крайне мало пятен. Это совпадало с самой холодной частью так называемого малого ледникового периода в Европе и Северной Америке, когда даже такие подверженные приливам водоемы, как Темза и каналы Венеции, покрывались льдом. Но ввиду отсутствия интереса к солнечным пятнам прошло более двух веков, прежде чем кто-то связал эти два события.

Впрочем, научное сообщество не сразу приняло корреляции Швабе и “измерение солнечной сыпи” Вольфа [363] . И тут на сцену вышел энергичный прусский барон Александр фон Гумбольдт (1769–1859), которого описывали как “сочетание взвешенного усердия астронома Карла Сагана и ничем не гнушающегося энтузиазма открывателя “Титаника” Роберта Балларда” [364] . Гумбольдта заинтересовали исследования Швабе. В юности он сам провел пять лет в путешествиях по Южной и Центральной Америке (в европейских газетах трижды сообщалось о его смерти при разных обстоятельствах), где помимо изучения растений, животных, рек и вулканов он регулярно проводил магнитные измерения и обнаружил, что сила магнитного поля довольно сильно варьируется. Солнечные пятна казались вполне вероятной причиной этого. Энтузиазм Гумбольдта сделал исследование связей между солнечными пятнами и магнитными полями вполне уважаемой научной дисциплиной (настолько, что сейчас по земному шару рассыпано более двух сотен магнитных обсерваторий), а в 1851 году он включил обновленную таблицу Швабе в свой “Космос” – энциклопедическое естественно-научное издание в пяти томах. Его поддержка способствовала тому, что ученые всего мира всерьез восприняли результаты Швабе [365] .

363

Simon Mitton, Daytime Star: The Story of Our Sun. N. Y.: Scribner, 1981. Р. 122.

364

Sten F. Odenwald, The 23rd Cycle: Learning to Live with a Stormy Star. N. Y.: Columbia University Press, 2001. Р. 54.

365

См. эссе доктора Дэвида П. Стерна о Швабе и Вольфе по запросу на education@ phy6.org

Швабе также повлиял на англичанина Ричарда Кэррингтона (1826–1875), опытного астронома, опубликовавшего свои многолетние наблюдения в сочинении Observations of the Spots of the Sun (“Наблюдения за солнечными пятнами”, 1863). 1 сентября 1859 года Кэррингтон отслеживал группу пятен в своей обсерватории, когда внезапно, как он сообщал, “прорвались два пятна ослепительно-яркого белого света”. Перед его изумленными глазами два пятна стали еще интенсивнее и приобрели форму фасолин. Он выскочил наружу, надеясь найти других свидетелей, но вспышка была краткой, всего пять минут – результат, как мы теперь знаем, столкновения и замыкания магнитных потоков на скорости 420 тыс. миль в час. Менее чем 17 ч спустя (свет и рентгеновское излучение от вспышки достигли Земли всего за восемь минут, но более тяжелым частицам требуется на это от 18 до 48 ч) гигантская магнитная буря разразилась над земным шаром, полярные сияния украсили небо вплоть до широт Кубы. Была ли связь между вспышкой и штормом случайной? Кэррингтон так не думал, но отметил, что “одна ласточка еще не делает весны”, и не стал делать дальнейших выводов.