Стеклянный небосвод: Как женщины Гарвардской обсерватории измерили звезды

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.

За помощью в подготовке статьи миссис Дрейпер обратилась к известному специалисту по солнечному спектру Чарльзу Янгу из Принстона и попросила его написать предисловие, объясняющее методы Генри. Между тем она составила каталог всех 78 фотопластинок со спектрами, опираясь на сведения из записных книжек Генри, где он зафиксировал, в какой день и час был сделан каждый снимок, как называется звезда, продолжительность экспозиции, используемый телескоп и ширину щели спектроскопа, а также дополнительные условия наблюдений, вроде «в небе была синяя дымка» или «ночь была такая ветреная, что купол раскачивало».

Данные с 21 рассмотренной им фотопластинки Пикеринг свел в десять таблиц с пояснениями. Он записал расстояния между спектральными линиями и указал методологию и математические формулы, использованные для преобразования расположения линий в длины световых волн. Кроме того, он отметил, что сходными исследованиями занимается Уильям Хаггинс в Лондоне, и попытался классифицировать некоторые из спектров Дрейпера по критериям Хаггинса. Когда он послал черновик на согласование миссис Дрейпер, при упоминании Хаггинса она заупрямилась.

«Доктор Дрейпер расходился во мнении с доктором Хаггинсом [в отношении двух звезд из этой серии]», – написала она Пикерингу 3 апреля 1883 года. У этих звезд были почти одинаковые спектры с широкими полосами, и Хаггинс относил их к одному и тому же классу, но на снимках Дрейпера стало видно, что у одной из звезд между широкими полосами присутствует множество тонких линий, а значит, она отличается от другой. «Ввиду этого мне не хотелось бы брать за основу классификацию мистера Хаггинса, раз доктор Дрейпер был с ней несогласен». Пикеринг видел упомянутое ею множество тонких линий, но счел их слишком слабыми, чтобы учитывать.

«Надеюсь, вас не уязвит моя критика, – добавляла миссис Дрейпер, – но при публикации любой из работ доктора Дрейпера мне представляется необходимым, чтобы его мнение было представлено как можно точнее, ведь его больше нет и он не может объяснить свою позицию сам».

С Уильямом и Маргарет Хаггинс Дрейперы встречались во время поездки в Лондон в июне 1879 года в домашней обсерватории Хаггинсов в Тулс-Хилл. Миссис Дрейпер запомнила миссис Хаггинс как миниатюрную женщину с короткими непослушными волосами, которые торчали во все стороны, словно наэлектризованные. Она была вдвое моложе мужа, но при этом на равных участвовала в его исследованиях как у телескопа, так и в лаборатории.

Казалось, две пары были обречены либо на соперничество, либо на дружбу. Уильям, который имел более богатый опыт, дал Генри хороший совет по улучшению конструкции спектроскопа. Он также порекомендовал новый тип сухих, готовых фотопластинок, недавно появившихся в продаже. Они избавляли от необходимости наносить на пластинки жидкую эмульсию непосредственно перед экспозицией, поэтому время экспозиции можно было существенно увеличить. Перед отъездом из Англии Дрейперы купили запас сухих желатиновых пластинок лондонской фирмы Wratten & Wainwright, которые и вправду оказались кладом. Они были особенно чувствительны к ультрафиолетовому излучению, невидимому человеческим глазом. В отличие от старых мокрых пластинок, сухие давали стойкую фиксацию, пригодную для точных измерений. Сухие пластинки открыли Дрейперам простор для съемки спектров звезд.

Статья, сообщающая о результатах исследования звездных спектров «покойным Генри Дрейпером, дипломированным врачом, доктором юридических наук», вышла в Proceedings of the American Academy of Arts and Sciences в феврале 1884 года. Пикеринг разослал оттиски ведущим астрономам всего мира. В ответном письме от 12 марта Уильям Хаггинс высказал свое возмущение. На его взгляд, некоторые данные Пикеринга были «бредовыми». «Я предпочел бы, чтобы вы разобрались с этим. Лучше, если вы сами найдете ошибку и опубликуете поправку, не дожидаясь, пока вам на нее укажут другие… Моя жена присоединяется с наилучшими пожеланиями вам и миссис Пикеринг».

Пикеринг был уверен, что не ошибся. А так как Хаггинс не пояснял собственных процедур измерения, Пикеринг твердо стоял на своем. Последовал взаимный обмен обвинениями, и Пикеринг переслал письма Хаггинса миссис Дрейпер.

Теперь пришел ее черед возмутиться. «Мне очень жаль, – написала она Пикерингу 30 апреля 1884 года, – что вы подверглись столь неджентльменским нападкам из-за вашего интереса к трудам доктора Дрейпера». Перед тем как вернуть письма Пикерингу, она позволила себе переписать одно из них, сочтя, что «его стоит сохранить как курьез эпистолярного жанра».

Все это время Пикеринг искал помощников для миссис Дрейпер, чтобы продолжить работу ее мужа. Он рассматривал в качестве наиболее вероятной кандидатуры Уильяма Крофорда Уинлока, сына бывшего директора Джозефа Уинлока, на тот момент работавшего в Военно-морской обсерватории США, но миссис Дрейпер его отвергла. К ее огорчению, ей не удалось уговорить выбранного ею кандидата – Томаса Менденхолла – оставить профессорскую должность в Университете штата Огайо. Она отчасти преодолела досаду, учредив золотую медаль Генри Дрейпера, которую Национальная академия наук должна была регулярно вручать за выдающиеся достижения в астрофизике. Для создания призового фонда было выделено $6000, еще в $1000 обошелся заказ парижскому художнику на изготовление формы для отливки медали с профилем Генри.

Весна 1884 года принесла Пикерингу новые финансовые проблемы. Срок пятилетних подписок щедрых любителей астрономии истек, и обсерватория лишилась привычных ежегодных поступлений в размере $5000. Директор покрывал текущие расходы из собственного жалованья, но ему все равно пришлось сократить пятерых сотрудников. В трогательном порыве солидарности коллеги по обсерватории объявили сбор денег, чтобы сохранить место для одного из уволенных, и собрали «часть необходимой суммы», как сообщал Пикеринг кругу своих доверенных лиц, «из собственных скудных средств». Он оценил «необычайное подвижничество наблюдателей, которые теперь выполняли работу без помощи регистраторов. Это требовало больше времени и делало наблюдения более трудоемкими. Хотя видеть подобное свидетельство энтузиазма и преданности науке чрезвычайно отрадно, долго такое продолжаться не могло без вреда для здоровья. И последствия переутомления долгими холодными ночами в прошлую зиму были заметны не единожды».

Девиз на фамильном гербе Пикерингов, Nil desperandum («Никогда не отчаивайся»), а также выработанная за 37 лет жизни привычка обязывали директора вытеснять отчаяние изобретательностью и стойкостью. Он стал придумывать, как совместить пожелания и богатство миссис Дрейпер с возможностями и потребностями его обсерватории.

«Я строю планы довольно масштабной работы по астрофотографии, которая, надеюсь, вас заинтересует», – сообщил он ей в письме от 17 мая 1885 года.

Пикеринг намеревался переориентировать бо́льшую часть проектов обсерватории на фотосъемку. Его предшественники, отец и сын Бонды, понимали перспективы фотографии и получили первый снимок звезды в 1850 году, но дальше дело не пошло из-за несовершенства мокрых фотопластинок. Благодаря новым сухим пластинкам возможности расширились. Определять блеск и изменчивость звезд, безусловно, лучше по фотографиям, которые можно было изучать сколько нужно и сравнивать как угодно. Системная программа съемок всего неба должна была перевернуть трудоемкий процесс картирования. В качестве бонуса снимки позволяли выявлять множество неизвестных прежде тусклых звезд, невидимых даже в крупнейшие телескопы мира, поскольку чувствительная фотопластинка, в отличие от человеческого глаза, могла собирать свет и усиливать изображение.

Младший брат Пикеринга Уильям, недавно окончивший Массачусетский технологический институт, уже преподавал там технику фотосъемки и изучал возможности этого искусства, пытаясь снимать объекты в движении. Двадцатисемилетний Уильям согласился помочь Эдварду в ряде фотографических экспериментов с гарвардским телескопом. На одном из их снимков проявилось 462 звезды в области, где прежде видели лишь 55.

План Пикеринга, рассчитанный на потенциальный интерес миссис Дрейпер, был связан с новым подходом к съемке звездных спектров. Вместо того чтобы рассматривать звезды по одной, а-ля Дрейпер или Хаггинс, Пикеринг задумался о групповых портретах звезд с широким полем зрения. Для этой цели он придумал новую установку, объединявшую телескоп, спектроскоп и объектив, применявшийся студийными фотографами для портретной съемки.

«Полагаю, не будет затруднений в том, чтобы осуществить этот план без вашей помощи, – заверял он миссис Дрейпер. – Но, если вы сочтете его достойным внимания, я уверен, мы сможем согласовать его с теми условиями, которые вам будет угодно выдвинуть».

«Благодарю за вашу доброту, – ответила она 21 мая 1885 года, – за то, что вы помните мое желание участвовать в каком-нибудь деле, связанном с именем доктора Дрейпера, и поддерживать память о нем. Я буду рада по возможности принять участие в том, что вы предлагаете, так как мне интересно все, связанное с фотосъемкой звездных спектров». Со дня смерти Генри прошло больше двух лет. Миссис Дрейпер так и не удалось наладить работу его обсерватории, и она не возражала против использования Гарвардом имени своего мужа.

Пикеринг действовал медленно и осторожно, уведомлял ее, как идут дела, и наконец смог послать ей образцы снимков звездного спектра, сделанные с помощью его новой установки. Миссис Дрейпер нашла их «чрезвычайно интересными», и 31 января 1886 года она заявила: «Если этот план возможно осуществить надлежащим образом, я буду рада выделить ассигнования в размере $200 ежемесячно или, при необходимости, несколько больше». На взгляд Пикеринга, средств требовалось больше. В День святого Валентина они договорились об условиях создания Мемориала Генри Дрейпера – грандиозного фотографического каталога звездных спектров на стеклянных пластинках. Его целью была классификация нескольких тысяч звезд в соответствии с их спектральными классами, как и планировал Генри. Все результаты должны были публиковаться в «Анналах Гарвардской обсерватории».

Миссис Дрейпер послала Пикерингу 20 февраля 1886 года чек на $1000, первую из множества выплат. Пикеринг разрекламировал новый проект на всех традиционных площадках, включая журналы Science, Nature, бостонские и нью-йоркские газеты.

Позднее той же весной миссис Дрейпер прибавила к своему пожертвованию, и так достаточно щедрому, один из телескопов Генри. В мае она приехала в Кеймбридж, чтобы сделать необходимые приготовления. Так как инструмент нужно было смонтировать заново – когда-то Генри собирался сделать это сам, – она заказала необходимые детали у Джорджа Кларка из фирмы Alvan Clark & Sons за $2000. Он также должен был обеспечить перевозку телескопа из Гастингса в Гарвард. После доставки на место телескопу требовалось отдельное здание с куполом шестиметрового диаметра, и расходы на его постройку тоже собиралась оплатить миссис Дрейпер. Вместе с Пикерингами она ходила среди редких деревьев и кустарников вокруг обсерватории, выбирая место для новой пристройки.