Стеклянный небосвод: Как женщины Гарвардской обсерватории измерили звезды

Глава первая

Цель миссис Дрейпер

Праздничным вечером 15 ноября 1882 года усадьба Дрейперов на углу Мэдисон-авеню и 40-й улицы сияла новомодным электрическим светом. На той неделе в Нью-Йорке проходило заседание Национальной академии наук, и доктор Генри Дрейпер с супругой пригласили на ужин четыре десятка ее членов. Двор освещался привычными газовыми светильниками, а вот в доме горели лампы накаливания, новое изобретение Эдисона, причем некоторые лампы плавали в вазах с водой, к увеселению гостей за столом.

В числе присутствовавших был и сам Томас Эдисон. Он познакомился с Дрейперами несколько лет назад во время экспедиции на Территорию Вайоминг[1], куда они отправились наблюдать солнечное затмение 29 июля 1878 года. Когда средь бела дня наступила тьма, Эдисон и Дрейпер вели свои наблюдения, а миссис Дрейпер в интересах всей экспедиции безропотно отсчитывала секунды (их набежало 165), находясь в палатке, чтобы зрелище не напугало ее и она не сбилась со счета.

Рыжеволосая миссис Дрейпер, богатая наследница, славящаяся шикарными приемами, с удовольствием обозревала свой электрифицированный салон. Даже Честер Артур в Белом доме не устраивал ужинов при свете электричества. Кроме того, президенту было не под силу собрать более впечатляющую компанию светил науки. Миссис Дрейпер пригласила известных зоологов Александра Агассиса из Кеймбриджа, штат Массачусетс, и Спенсера Бэрда из Смитсоновского института в Вашингтоне. Она познакомила друга семьи Уайтлоу Рида, журналиста из New York Tribune, с Асафом Холлом, которого прославило на весь мир открытие двух спутников Марса, и специалистом по Солнцу Сэмюелом Лэнгли, а также с директорами всех крупных обсерваторий на Восточном побережье. Ни один астроном в стране не мог устоять перед приглашением в дом Генри Дрейпера.

Вообще-то это был ее дом, место, где она выросла. Он был построен ее покойным отцом, железнодорожным магнатом и землевладельцем Кортландтом Палмером, задолго до того, как этот район стал престижным. Теперь же заботами миссис Дрейпер дом идеально приспособили к интересам Генри: весь третий этаж отвели под механическую мастерскую, а чердак над конюшней – под химическую лабораторию, куда вел крытый переход, соединенный с жилыми покоями.

До встречи с Генри она мало задумывалась о звездах, уделяя им не больше внимания, чем песчинкам на пляже. Именно он открыл ей тонкие различия в их цвете и яркости, когда поведал о своей мечте бросить медицину и заняться астрономией. Если вначале она лишь изображала интерес, чтобы угодить ему, то потом сама прониклась страстью к предмету и стала сподвижницей Генри как в исследованиях, так и в браке. Бесчисленные ночи она гнула спину рядом с ним в темноте и холоде, намазывая вонючую эмульсию на стеклянные фотопластинки, которые он использовал для своих самодельных телескопов.

Стоило взглянуть на тарелку Генри, и становилось ясно, что он даже не притронулся к угощению. Его мучила простуда, а может, даже пневмония. Несколько недель назад, когда он со своими бывшими сослуживцами по армии северян охотился в Скалистых горах, их застигла метель – выше границы леса, вдали от укрытия. Последствия переохлаждения и перенапряжения не отпускали Генри, который выглядел ужасно, словно в свои 45 вдруг сделался стариком. Тем не менее он продолжал любезно беседовать с гостями, вновь и вновь объясняя, что постоянный ток для эдисоновых ламп дает собственный бензиновый генератор.

Вскоре они с Генри собирались уехать из города в свою обсерваторию, расположенную выше по реке, в Гастингсе-на-Гудзоне. Теперь, когда он окончательно оставил профессорскую должность на кафедре в Нью-Йоркском университете, они могли посвятить себя его главной миссии. За 15 лет совместной жизни миссис Дрейпер не раз видела, как эпохальные достижения мужа в астрофотографии приносили ему лавры – золотую медаль конгресса в 1874 году, избрание в Национальную академию наук, членство в Американской ассоциации содействия развитию науки. Что скажет мир, когда ее Генри раскроет вековую, считавшуюся непостижимой, тайну химического состава звезд?

По окончании этого блистательного вечера, пожелав гостям спокойной ночи, Генри Дрейпер принял горячую ванну, лег в постель и больше не встал. Через пять дней он умер.

Принимая поток соболезнований после похорон мужа, Анна Палмер Дрейпер находила некоторое утешение в переписке с профессором Эдвардом Пикерингом из Гарвардской обсерватории. Он был одним из гостей на вечере, после которого Генри слег.

«Дорогая миссис Дрейпер, – писал Пикеринг 13 января 1883 года, – мистер Кларк [хозяин фирмы Alvan Clark & Sons, крупного производителя телескопов] сообщил мне, что вы собираетесь завершить работу, которой занимался доктор Дрейпер, и да послужит мой интерес к этому делу оправданием того, что я к вам обращаюсь. Нет нужды говорить, как я рад тому, что вы предпринимаете этот шаг, ведь очевидно, что никаким иным способом вы не могли бы воздвигнуть более долговечного памятника в его честь».

Безусловно, в этом и заключалась цель миссис Дрейпер. У них с Генри не было детей, которые могли бы продолжить его дело, и она решила взяться за него сама.

«Я в полной мере понимаю трудность вашей задачи, – продолжал Пикеринг. – Нет такого астронома в стране, чью работу продолжить было бы сложнее, чем работу доктора Дрейпера. Он обладал необычайной целеустремленностью и профессионализмом, позволявшими ему добиваться результата после череды проб и ошибок, которая любого другого обескуражила бы.

Пикеринг упоминал, в частности, последние снимки наиболее ярких звезд, выполненные доктором. Более сотни фотографий были сделаны через призму, разлагающую свет звезд на цвета спектра. Хотя фото получалось черно-белым, на снимках сохранялся информативный набор спектральных линий, показывающих, какие элементы входят в состав звезд. На том ноябрьском приеме, за разговором после ужина, Пикеринг предложил помочь с расшифровкой спектров с помощью специализированного оборудования в Гарварде. Доктор Дрейпер отказался в уверенности, что теперь, когда он освободился от преподавания в университете, у него будет время изготовить собственные приборы. Но сейчас все изменилось, и Пикеринг повторил миссис Дрейпер свое предложение. «Я буду чрезвычайно рад, если смогу сделать что-то в память о друге, талантами которого я всегда восхищался», – писал он.

«Каковы бы ни были ваши окончательные распоряжения в отношении грандиозного дела, к которому вы приступаете, – говорил Пикеринг в конце, – помните, если я в силах как-то помочь вам советом или содействием, это будет лишь малым воздаянием доктору Дрейперу за дружбу, которую я очень ценю и которой нет замены».

Миссис Дрейпер ответила всего через несколько дней, 17 января 1883 года, на карточке с траурной каймой.

«Дорогой проф. Пикеринг!

Очень благодарна за ваше теплое и ободряющее письмо. Теперь у меня остался единственный интерес в жизни – продолжить работу Генри, однако я чувствую себя столь некомпетентной для этой задачи, что порой совершенно теряю присутствие духа. Я, наверное, лучше всех понимаю планы Генри и его методы работы, но мне не справиться без помощника, и мое главное затруднение в том, чтобы найти человека, достаточно знакомого с физикой, химией и астрономией для проведения исследований. Скорее всего, мне понадобятся два помощника – один в обсерваторию, другой для лабораторных занятий, так как мне вряд ли удастся найти одного человека, обладающего столь же разнообразными научными знаниями, как у Генри».

Она была готова платить хорошее жалованье, чтобы привлечь самых квалифицированных помощников. От отца ей и ее двум братьям досталось много недвижимости, и Генри распорядился ее долей наследства очень удачно.

«Очень печально, что его не стало именно тогда, когда он уладил все свои дела и был готов заняться той работой, которая ему нравилась и в которой он мог бы многого достичь. Я никак не могу смириться с этим». Однако миссис Дрейпер вознамерилась сама начать эту работу, а «потом, когда появится возможность выкупить участок в Гастингсе, на котором находится обсерватория, довести ее до конца».

Генри построил обсерваторию на территории загородного участка, принадлежавшего его отцу, доктору Джону Уильяму Дрейперу. Доктор Дрейпер-старший, первый врач в семье, совместивший занятия медициной с исследованиями в области химии и астрономии, умер вдовцом в январе предыдущего года. По его завещанию все владения отходили его любимой незамужней сестре, Дороти Кэтрин Дрейпер, которая в молодости основала и возглавила школу для девочек, чтобы оплатить брату образование. Трудно было сказать, удастся ли вдове Генри завладеть участком в Гастингсе, перевести туда лабораторию с Мэдисон-авеню и обустроить там исследовательский центр, который будет называться Астрофизической обсерваторией Генри Дрейпера.

«Пока смогу, буду руководить центром сама, – писала она Пикерингу. – Мне кажется, это единственно достойный памятник, которого заслуживает Генри, и единственный способ увековечить его имя и труды».

В конце миссис Дрейпер просила Пикеринга поддержать ее. «Я так одинока в этом мире, что без совета друзей, заинтересованных в работе Генри, не знаю, с чего начать».

Пикеринг посоветовал опубликовать уже имеющиеся результаты исследований мужа, так как может пройти немало времени, прежде чем удастся их дополнить. Он вновь повторил свое предложение проанализировать фотопластинки на аппаратуре в Гарварде, если она пришлет их ему.

Миссис Дрейпер согласилась, однако решила, что лучше доставить пластинки лично. Они были маленькие, площадью около квадратного дюйма.

«Мне, по всей видимости, в ближайшие десять дней придется съездить в Бостон, чтобы обсудить кое-какие деловые вопросы с братом, – написала она 25 января. – Я могу взять негативы с собой и, если вам удобно, заехать ненадолго в Кеймбридж, чтобы вместе с вами посмотреть снимки и узнать, что вы о них скажете».

И вот в пятницу, 9 февраля, она добралась до Саммерхаус-хилла неподалеку от главного кампуса Гарварда в сопровождении близкого друга и коллеги своего мужа – Джорджа Баркера из Пенсильванского университета. Баркер, готовивший к изданию биографические воспоминания о Генри, тоже был в гостях у Дрейперов на академическом ужине. Поздно вечером, когда Генри затрясло от озноба в ванне, не кто иной, как Баркер, помог вытащить его и перенести в спальню. Затем он упросил еще одного из гостей – доктора Меткалфа, медика и соседа Дрейперов, – вернуться в дом. Доктор Меткалф диагностировал двусторонний плеврит. Хотя Генри получил самый заботливый уход и его состояние немного улучшилось, болезнь дала осложнение на сердце. В воскресенье доктор заметил симптомы перикардита, от которого Генри скончался в понедельник, 20 ноября, около 4:00.

Миссис Дрейпер не раз бывала с мужем в обсерваториях Европы и США, но вот уже несколько месяцев она там не показывалась. Большое, увенчанное куполом здание в Гарварде, где размещалось несколько телескопов, служило также резиденцией директора. Профессор Пикеринг и его жена провели миссис Дрейпер в уютные комнаты и оказали ей радушный прием.

Миссис Пикеринг, урожденная Лиззи Уодсворт Спаркс, дочь бывшего президента Гарварда Джареда Спаркса, не помогала мужу с наблюдениями, как миссис Дрейпер, а выполняла роль жизнерадостной и обаятельной хозяйки салона.

Управленческому стилю Эдварда Чарльза Пикеринга была свойственна преувеличенная, но неподдельная вежливость. Пусть финансовые трудности обсерватории вынуждали его платить увлеченным молодым помощникам скудное жалованье, он все равно уважительно называл их «мистер Венделл» или «мистер Катлер». Старших астрономов именовал «профессор Роджерс» и «профессор Серл» и только что не снимал шляпу и не кланялся перед дамами – мисс Сондерс, миссис Флеминг, мисс Фаррар и прочими, приходившими каждое утро выполнять расчеты по итогам ночных наблюдений.

Это так принято, подивилась миссис Дрейпер, – привлекать к вычислениям женщин? Нет, ответил ей Пикеринг, насколько ему известно, эта практика уникальна для Гарварда, где в тот момент работали шесть расчетчиц. Было бы неуместно, признал Пикеринг, подвергать даму тяготам наблюдения в телескоп, тем более в зимний холод, а вот женщин с математическими способностями можно устроить в кабинете для вычислений, где они отлично справляются с этой работой. Селина Бонд, например, была дочерью очень уважаемого первого директора обсерватории Уильяма Кранча Бонда и сестрой его не менее уважаемого преемника Джорджа Филипса Бонда. В то время она помогала профессору Уильяму Роджерсу определять точные координаты (небесную широту и долготу) нескольких тысяч звезд на участке неба над Гарвардом в рамках всемирного проекта картирования звезд под руководством Немецкого астрономического общества. Все безоблачные ночи профессор Роджерс проводил перед большим пассажным инструментом, отмечая время прохождения определенных звезд через тонкие нити в окуляре. Поскольку воздух – даже в ясную погоду – искривлял лучи света, смещая видимое местоположение звезд, мисс Бонд рассчитывала поправку и вносила коррективы в данные профессора Роджерса. Она учитывала также и влияние других факторов, в частности перемещение Земли по орбите, направление ее движения и прецессию оси.

Анна Уинлок, как и мисс Бонд, выросла в обсерватории. Она была старшей среди детей ее изобретательного третьего директора – Джозефа Уинлока, непосредственного предшественника Пикеринга. Уинлок внезапно заболел и скончался в июне 1875 года, в ту же неделю, когда Анна окончила Кеймбриджский лицей. Вскоре она получила место расчетчицы и стала помогать матери кормить семью.

Вильямина Флеминг, напротив, не могла похвастаться фамильными или дружескими связями с обсерваторией. В 1879 году ее наняли в качестве помощницы горничной в квартире директора. У себя на родине, в Шотландии, она преподавала в школе, но обстоятельства – брак с Джеймсом Орром Флемингом, отъезд в Америку и неожиданное исчезновение мужа из ее жизни – вынудили ее «в деликатном положении» искать работу. Когда миссис Пикеринг обратила внимание на способности новой служанки, мистер Пикеринг перевел ее на внештатную должность переписчицы и расчетчицы в другом крыле здания. Едва миссис Флеминг освоила свои обязанности в обсерватории, как из-за приближающихся родов ей пришлось вернуться домой в Данди. Год с лишним после родов она прожила там, а затем в 1881 году возвратилась в Гарвард, оставив сына Эдварда Чарльза Флеминга на попечение своих матери и бабушки.

Организация проектов в обсерватории была совершенно непривычной для миссис Дрейпер. Генри, в силу своего любительского статуса и частного финансирования, был волен делать все, что его интересовало в передовых областях астрофотографии и спектроскопии, а здесь, в Кеймбридже, профессиональные сотрудники ориентировались на более традиционные задачи. Они составляли небесные карты, отслеживали орбиты планет и спутников, определяли траектории комет, а также передавали по телеграфу сигналы точного времени в Бостон, шести железнодорожным линиям и множеству частных предприятий, таких как Waltham Watch Company (производитель часов). Эта работа требовала одновременно скрупулезного внимания к деталям и способности стойко переносить скуку.

Когда 1 февраля 1877 года 30-летний Пикеринг заступил на должность директора, главной его задачей был поиск средств для поддержания платежеспособности обсерватории. От университета она не получала денег ни на жалованье сотрудникам, ни на закупку оборудования, ни на публикацию результатов исследований. Если не считать процентов от университетского фонда и платы за службу точного времени, обсерватория целиком зависела от частных пожертвований и взносов. Со времени последнего запроса на финансирование прошло десять лет. Пикеринг уговорил около семи десятков любителей астрономии вносить ежегодно взносы в размере от $50 до $200 в течение пяти лет и в ожидании их денег продавал с небольшой прибылью сено, накошенное на занимаемом обсерваторией участке площадью шесть акров. (Сено приносило около $30 в год, что позволяло оплатить 120 часов работы расчетчиц.)

Родившийся и выросший в Бикон-Хилл[2], Пикеринг не испытывал сложностей в общении с состоятельной бостонской аристократией и академическими кругами Гарвардского университета. За десять лет преподавания физики в недавно созданном Массачусетском технологическом институте он революционизировал подход к учебе, основав лабораторию, где студенты учились самостоятельно мыслить, решая проблемы в ходе придуманных им экспериментов. Одновременно с этим Пикеринг проводил собственные исследования природы света. Кроме того, в 1870 году он сконструировал и продемонстрировал устройство для передачи звука с помощью электричества – устройство, действовавшее на основе того же принципа, который шесть лет спустя усовершенствовал и запатентовал Александер Грейам Белл. Сам Пикеринг даже не задумывался о патентовании какого-либо из своих изобретений в уверенности, что ученые должны свободно обмениваться идеями.

В Гарварде Пикеринг избрал для исследования тему фундаментальной важности, которую оставляло без внимания большинство других обсерваторий, – фотометрию, то есть измерение блеска отдельно взятых звезд.

Очевидные различия в яркости ставили перед астрономами вопрос, почему одни звезды затмевают другие. Звезды отличались по цвету, явно были разнообразны по размеру и находились на разном удалении от Земли. Древние астрономы сортировали их по шкале от самых ярких звезд «первой величины» до звезд «шестой величины» – предела видимости невооруженным глазом. В 1610 году Галилей разглядел в телескоп множество звезд, невидимых прежде, и продлил шкалу яркости вниз до десятой величины. К 1880-м годам в крупные телескопы, такие как Большой рефрактор в Гарварде, можно было различить звезды до четырнадцатой величины. Однако в отсутствие единых стандартов все оценки величины оставались субъективными мнениями отдельных астрономов. Яркость, как и красота, определялась на глаз смотрящего.

Пикеринг хотел поставить фотометрию на надежную основу, на которую мог бы опереться всякий. Начал он с того, что выбрал из нескольких применявшихся тогда шкал яркости одну – шкалу английского астронома Нормана Погсона, который откалибровал древние значения исходя из того, что звезды первой величины должны быть точно в 100 раз ярче, чем шестой. Таким образом, каждая следующая величина отличалась по яркости от предыдущей в 2,512 раза[3].

В качестве эталона для сравнений Пикеринг выбрал одиночную звезду – Полярную. Некоторые его предшественники в 1860-х годах измеряли блеск звезд в сравнении с пламенем керосиновой лампы, на которое смотрели через булавочный прокол. Для Пикеринга это было все равно что сравнивать яблоки с апельсинами. Хотя Полярная звезда не самая яркая в небе, считалось, что она дает немерцающий свет. Кроме того, она сохраняла неподвижность в пространстве над Северным полюсом Земли, в центре вращения небесной сферы, где ее вид меньше всего искажался воздушными течениями.

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.