СЕМЬ ИСКУССТВ

В 1900-е гг. П.Н. Лебедев проявляет все больший интерес к проблемам современной ему астрономии. В его научную жизнь входят контакты с университетской астрономической обсерваторией на Пресне. Лебедев намечает немало новых планов и тем своих исследований в астрономии, хотя далеко не все задуманное удалось осуществить.

Алина Еремеева

П.Н. ЛЕБЕДЕВ (1866–1912).

НА ПЕРЕСЕЧЕНИИ ФИЗИКИ И АСТРОФИЗИКИ

(окончание. Начало в № 1/2026)

Новая область астрономических интересов Лебедева — астроспектроскопия. П.Н. Лебедев и А.А. Белопольский

Как и многие физики и астрофизики, П.Н. Лебедев глубоко интересовался спектроскопией как перспективным методом исследования и на Земле и в Космосе. В своем рабочем дневнике, еще находясь в Германии, он записал:

«Спектроскопия начинает овладевать моим вниманием, так что я решаюсь начать составлять понемногу литературку. Интересен спектр при отражении» [12, с. 292].

Его главной целью как физика оставалось изучение природы молекулярных сил. Но еще в 80-е гг. в Германии путь к этому он увидел в спектрально-аналитическом изучении процессов излучения. Это расширяло и его интересы в астрономии и астрофизике. В Москве 11.02.1892 г. он делает на публичном заседании Отделения физических наук Общества любителей естествознания, антропологии и этнографии доклад «О движении звезд по спектроскопическим исследованиям» (см. выше рис. 10), где отмечает большие перспективы изучения движения звезд по их лучевым скоростям, на основе эффекта Доплера. На той же основе Лебедев намеревался изучать движения протуберанцев. Он предложил использовать идею Белопольского (о лабораторной проверке принципа Доплера) еще и для изучения характеристик спектральных линий, о чем написал в письме Б.Б. Голицыну (1889) [там же, с. 292–293][1]. Эти идеи Лебедева также были высоко оценены Ф.А. Бредихиным, А.А. Белопольским и В.К. Цераским.

В 90-е гг. начинается переписка П.Н. Лебедева с А.А. Белопольским. Аристарх Аполлонович Белопольский (1854–1934), — выпускник Московского университета (1877), сначала занимался механикой, но под влиянием Ф.А. Бредихина увлекся астрономией и стал его учеником, а в дальнейшем первым отечественным официальным астрофизиком. В 1888 г. он был приглашен в Пулково и с 1890 г. возглавил там новый Астрофизический отдел, а впоследствии стал академиком (1906)[2]. В Пулкове главными для Белопольского стали массовые измерения лучевых скоростей звезд, а также начатые еще в Москве исследования особенностей вращения атмосфер Солнца и планет, движений деталей на поверхности Солнца; он занимался также переменными звездами и прославился открытием цефеид.

Стимулом для начала переписки могло бы быть то, что А.А. Белопольский в 1894 г. послал на физфак Московского университета (ИМУ) для обсуждения свою работу о только что открытой им в этом году необычной переменной звезде δ Cep (Цефея), у которой синхронно, но в противоположных фазах, изменялся блеск и лучевая скорость [там же]. Сам Белопольский до конца жизни считал ее просто затменно-переменной [3], а открытые им особенности приписывал необычной, сложной орбите ее компонентов. Действительную природу δ Cep как первой «физической» одиночной пульсирующей переменной разгадал Н.А. Умов на защите Белопольским своей докторской диссертации по δ Cep [4].

В 1894 г. Белопольский осуществил свою лабораторную установку для проверки действия эффекта Доплера для света. Сам Х. Доплер, австрийский физик, высказавший в 1842 г. идею о сдвиге линий в спектре источника, движущегося по лучу зрения, еще не очень четко и правильно представлял его проявление в астрономии (ожидая, не только сдвига отдельных спектральных линий, но изменения цвета всей звезды). Эффект впервые был точно описан для звука французским физиком И. Физо. Его применимость в астрономии, при огромной скорости света, требовала доказательства. В установке Белопольского в результате многократного отражения луча света лабораторного источника от системы вращающихся зеркал источник света как бы разгонялся до космических скоростей, чем и вызывался ожидаемый и действительно наблюдавшийся Белопольским сдвиг спектральных линий в его излучении. Это дало в руки астрономам новый точный метод изучения движений любых излучающих космических объектов — по измерению их «лучевых скоростей».

В том же 1894 г. независимо Лебедев предложил свой проект доказательства принципа Доплера для света. Но он пришел к этой мысли как физик, на основании опытов, начатых еще в 1890 г. и связанных с исследованиями законов лучеиспускания и давления света при его отражении от поверхности зеркал. Лебедев подчеркивал, что

«применение принципа Доплера и спектрального анализа как методов физического исследования дает результаты, которые представляют первостепенное значение для науки» [там же].

Измерения по проверке принципа Доплера для света методом Лебедева впоследствии осуществил Б.Б. Голицын (12, с. 293).

П.Н. Лебедев раньше многих понял, что и для астрономов, прежде всего для астрофизиков, необходимо углубленное физическое образование. В 90-е гг. он писал А.А. Белопольскому:

«Хотелось бы мне с Вами поговорить об одном важном деле: о подготовке молодых астрофизиков. В настоящее время методы астрофизики так близко подходят к лабораторной физике — а в будущем это будет и еще больше, — что для начинающего астрофизика школа физики не только полезна, но мне кажется просто необходима»[5].

Спустя несколько лет контакты П.Н. Лебедева с А.А. Белопольским возобновились уже на новом уровне — непосредственного сотрудничества.

Завершение исследований по давлению света

В 1907–1910 гг., несмотря на резко обострившуюся (еще в 1901 г.) болезнь сердца, в завершение неимоверных усилий ума и рук и в результате еще более тонких, виртуозных экспериментов П.Н. Лебедев обнаружил и измерил световое давление на газы. На подготовку опытов, в ходе которых им было создано и исследовано более двадцати вариантов опытных установок, ушло более 10 лет. В 1907 г. на первом Менделеевском съезде в Москве он впервые кратко сообщил о своем новом успехе[6]. Продолжив исследования, Лебедев в 1910 г. опубликовал свой окончательный триумфальный результат в статье «Опытное исследование давления света на газы» [5, с. 299–321]. В том же году его результаты были опубликованы в ряде изданий на русском, немецком и английском языках, в том числе в англоязычном Астрофизическом журнале (Astrophysical Journal), что говорило о признании их важности и для астрономии. В лаборатории, таким образом, впервые было смоделировано космическое образование — хвост кометы (хотя в кометах, как понимал Лебедев, все было сложнее из-за комплексного, газопылевого состава их хвостов).

Ученый мир был потрясен. К. Шварцшильд выразил в письме к Петру Николаевичу Лебедеву свое удивление и восхищение. Блестящий физик-экспериментатор В. Вин в письме к русскому физику В.А. Михельсону писал, что П.Н. Лебедев владел «искусством экспериментирования в такой мере, как едва ли кто другой в наше время» [13, с. 766]. Британский Королевский институт науки в Лондоне избрал П.Н. Лебедева в свои почетные члены (1911). Вместе с тем в России он не встретил такого единодушия: многие физики даже упрекали П.Н. Лебедева в том, что науку он стремится свести до уровня… техники. Но это говорило лишь о непонимании (если только не о скрытой зависти) некоторыми его университетскими коллегами широты и глубины кругозора уникального физика-экспериментатора. Этот классический труд П.Н. Лебедева, которым он завершил главное дело своей жизни, широко опубликованный тогда же в иностранной и русской научной периодике, стал заключительной частью двух специализированных, посвященных памяти П.Н. Лебедева, изданий его трудов по световому давлению — в Оствальдовской серии «Классики естествознания» в Германии (1913) и в первой аналогичной, специализированной русской (1922) [2].

П.Н. Лебедев и его отношение к истории астрономии

Предельно поглощенный экспериментами по обнаружению светового давления, принципиальный сторонник краткости научных статей, П.Н. Лебедев вместе с тем рассматривал в них и историю изучения проблемы. Свое понимание ее роли в развитии науки он выразил на съезде AG (1902):

«История развития воззрений на природу этой отталкивательной силы Солнца и физическое обоснование этих воззрений принадлежат к наиболее интересным главам астрофизики: здесь мы можем проследить на протяжении трех столетий ту тесную связь, которая существует между астрономическими теориями и господствующими физическими представлениями» [5, c. 321].

Так, в первой статье (1891), критикуя электростатическую теорию кометных хвостов, он, как уже говорилось, напомнил, что «уже Фэй (Э. Фай, 1881) выразил предположение, что отталкивательную силу Солнца надо искать в его лучеиспускании» [2, с. 6]. В своих статьях о световом давлении Лебедев пополняет историю проблемы все новыми именами. Но уже со второй его работы «Опытное исследование светового давления» (доложенной в Париже в 1900 г.) лейтмотивом исторической части его статей становится неустанное подчеркивание пионерской роли в этом «великого Кеплера», опубликовавшего свою гипотезу в 1619 г. В Геттингене (1902) на съезде AG Лебедев в большом историческом экскурсе также начинает эту историю с Кеплера (назвав годом ее появления 1608) [5, с. 240–245]. С упоминания о Кеплере он начинает и свою последнюю классическую работу о световом давлении — на газы (1910) . Лебедев ссылается в ней на новые, подтверждающие его опыты работы американцев Никольса и Гулля (Hull) (1901), а в Европе на результаты Пойнтинга (1902), Аррениуса (1902), Дебая (1909) и заключает, что идеи Кеплера о давлении света «на молекулы газа, составляющего кометные хвосты, … в настоящее время приняты в астрофизике как не подлежащие сомнению» (это, кстати, подтверждало и его ранние прогнозы относительно молекул 1891 г.), добавляя, что они и вдохновили его окончательно на опыты с давлением света на газы [там же, с. 280]. Наконец, в свое последнее и тяжелое лето 1911 г. П.Н. Лебедев пишет свою итоговую обзорную статью «Световое давление»[7], где истории проблемы уделяет особое внимание (в специально выделенном разделе «Роль светового давления в космических явлениях»). Он называет здесь наиболее ранним указанием о характерном направлении кометных хвостов описание их у Сéнеки (I в. н.э.) со ссылкой на его сочинение[8] [там же, с. 399]. Но главное внимание снова уделяется объяснению явления у «великого Кеплера» (1619), поддержанному Лонгомонтаном в сочинении Astronomia Danica (1622).

Далее Лебедев вновь напоминает об экстравагантной гипотезе Ньютона (1687), считавшего эффект отталкивания лишь кажущимся — эффектом «всплывания» более легкого вещества, испаряющегося из тела кометы, в якобы более плотной среде мирового эфира. Вспоминает он также волновую гипотезу Эйлера (1746), в которой рассматривались толчки продольных волн, по Гюйгенсу,[9] и господствовавшую в течение всего XIX в. электростатическую гипотезу Ольберса (1812), Бесселя, Цёлльнера[10]. Лебедев перечисляет первые попытки обнаружить световое давление, начиная с Хомберга (1708) и де Мерана с Дюфэ (1754)[11] и до Френеля (1825), и даже повторяет экзотически забавное «доказательство» давления света Солнца, описанное в 1696 г. «Гартзокером»[12] [там же, с. 381–382].

Но главное, в статье 1911 г. Лебедев ссылается на малоизвестное латинское сочинение Кеплера «De Cometis»[13] (1619) [5, с. 368]). Для русского читателя особенно ценным является то, что Лебедев приводит обширные цитаты из русского перевода[14] главы из этого сочинения, где излагается не только основная идея Кеплера о световом отталкивании, но и целая его физическая теория (весьма реалистичная) о развитии и дальнейшей судьбе кометы. Так, «хвосты разделенные, каковые видны были у кометы 1577 г.», Кеплер объяснял тем, что вещество истекало из разных частей головы кометы, «поверхность» которой «весьма не одинакова была» [там же, с. 401]. Сами кометы, по Кеплеру, не вечны:

«По натуре всех вещей, полагаю, — пишет он, — что когда материя в пространство вселенной извержена бывает и… голова кометы прямыми лучами Солнца ударяется и пронизывается, то из внутренней материи кометы нечто им следует и тою же дорогою исходит, которой солнечные лучи пробивают и тело кометы освещают, истощают и, наконец, уничтожают; как шелкопряд, соткав кокон, так и комета, испустив хвост, истощается и, наконец, умирает» [там же, с. 400].

В этом сочинении Кеплера неожиданно обнаруживается и чрезвычайно интересное с точки зрения новой кометной космогонии [15, с. 205–206] представление Кеплера о широчайшей распространенности комет во Вселенной:

«О происхождении и натуре комет так понимать должно: как воды, преимущественно соленые, рыбами, так и эфир кометами изобилует; и как рыбы в волнах, так и кометы в эфире носятся».

И, напомнив о доказательстве «наблюдениями Тихона Браге» того, «что кометы главным образом, сверх Луны, в самой глубине эфира находятся», повторяет:

«Не менее, полагаю, эфир кометами изобилует, как океан рыбами. Тому же, что редко нам являются, причиною служит огромная обширность эфира. Часто оне даже прежде перестают быть видимыми, чем существовать» [там же, с. 400].

Деятельность П.Н. Лебедева в КИСО и участие в исследованиях физики Солнца

В 1904 г. П.Н. Лебедев по приглашению А.А. Белопольского вошел вместе с рядом физиков в русское отделение МКИСО [15]. Он писал:

«Интерес к физике Солнца был возбужден в лицах, раньше к этому вопросу совершенно индифферентных — физиков Михельсона, Савинова и меня…» [4, с. 31].

Темами исследований для Лебедева стали движения гигантских солнечных выбросов вещества — протуберанцев, определяемые с помощью принципа Доплера, и особенно температура солнечных пятен [16]. В эти годы подготовки к выполнению своего главного дела — обнаружению и измерению давления света на газы и при все ухудшавшемся здоровье П.Н. Лебедев и на новой почве проявил себя как автор остроумных идей и планов! Он предложил два метода измерения температуры солнечных пятен — по спектрограммам (что по его совету Белопольский осуществил с помощью 30-дюймового рефрактора и трехпризменного спектрографа Пулковской обсерватории) и с помощью оптического пирометра собственной конструкции, с которым первым и измерил температуру пятен. Лебедев искал также вместе с Белопольским способ учета влияния на излучение пятен диффузного (рассеянного) света окружающей фотосферы. Главные надежды в этом он возлагал на наблюдения в инфракрасном диапазоне спектра [4, с. 295][17].

В КИСО Петр Николаевич построил два фотометра своей конструкции для изучения «света неба»[18]. Один из этих фотометров использовал второй астрофизик Пулкова А.П. Ганский (1870–1908) при наблюдениях на Монблане в высокогорной солнечной обсерватории П. Жансена (1824–1907). Лебедев предложил также остроумный метод количественного определения меры спокойствия и прозрачности атмосферы (о чем написал две статьи [5, с. 251, 273]). Для этого он предлагал измерять дрожание нижнего края Солнца и фотографировать (в красных лучах) яркость неба вблизи него, сравнивая ее с яркостью матовой поверхности, нормально освещенной Солнцем. Белопольский высоко оценил его метод [12, с. 295].

Дискуссия о существовании дисперсии света в космическом пространстве и научная интуиция П.Н. Лебедева как физика и астрофизика

П.Н. Лебедев принял участие и в разгоревшейся в начале ХХ в. дискуссии о существовании дисперсии света в космическом пространстве (о подозревавшемся изменении скорости света в космической межзвездной среде в зависимости от длины волны). Проблема возникла в связи с открытием в 1905 г. А.А. Белопольским запаздывания моментов минимума блеска спектрально двойной звезды β Aur в коротковолновом участке спектра по сравнению с длинноволновым. В 1908 г. подобный эффект у ряда классических затменно-переменных звезд независимо обнаружили пулковский астроном Г.А. Тихов и французский астроном Ш. Нордман («эффект Тихова — Нордмана»). Занявшись этой проблемой, П.Н. Лебедев (в споре с А.А. Белопольским, который, как и Тихов, допускал существование такой дисперсии) утверждал, что причиной открытого эффекта не может быть межзвездная среда: он вызывал бы поглощение и делал невидимыми сами звезды, а скорее являются процессы в атмосферах самих звезд. Лебедев предположил, что упомянутый эффект может отражать запаздывание излучения из более глубоких горячих слоев звездной атмосферы («синей атмосферы», в его терминологии) по сравнению с излучением из внешних ее слоев («желтой атмосферы»). Он допускал также в обнаруженном эффекте роль прохождения излучения компонентов (при их видимом сближении) через слои их атмосфер разной плотности. В 1909 г. С.И. Белявским в Симеизе был обнаружен противоположный эффект. Неизвестно, узнал ли об этом П.Н. Лебедев, но в итоге он сделал вывод, что, по крайней мере, учитывая сложность строения звездных атмосфер, эффект Тихова–Нордмана не позволяет отделить его объяснение упомянутой дисперсией скорости света в космическом пространстве, если она существует, от процессов в самих атмосферах звезд. Впрочем, сам Тихов не был полностью уверен в своих выводах, поскольку признавал чрезвычайно малой такую дисперсию скорости света. Астрономы же второй половины ХХ в. склонялись к выводам Лебедева [16, с. 340], но позднее московский астроном Э.Р. Мустель и вовсе не обнаружил подобного эффекта [1, с. 77]. Действительная картина стала проясняться лишь в конце ХХ в. при достижении совершенно иного уровня наблюдательной техники [17, с. 293] [19]. Вместе с тем, уже в начальные годы развития отечественной астрофизики П.Н. Лебедев писал Белопольскому по поводу их расхождений относительно особенностей β Aur, подчеркивая перспективность исследований самих двойных звезд:

«Я вижу огромную ценность Вашего открытия в другом. Оно заставляет внимательно и всесторонне изучать особенности спектра β Возничего [β Aur] и ставит совершенно новые задачи для толкования спектрограмм двойных звезд, расширяя приложения спектроскопического метода для выяснения внутренних особенностей строения их, которые, казалось бы, навеки останутся скрытыми от нас» [12, с. 296].

Этой теме он посвятил специальную статью «Об особенностях спектра β Aurigae» [5, с. 273–275].

Действительно, в наше время одной из богатейших сокровищниц сведений о населении Космоса и о космических процессах стала спектроскопия именно двойных систем звезд со всем многообразием их компонентов — от обычных звезд до тесных пар со сверхплотным компонентом в виде нейтронной звезды или даже черной дыры, до целиком нейтронных пар [20].

П.Н. Лебедев и университетская обсерватория на Пресне

В 1900-е гг. П.Н. Лебедев проявляет все больший интерес к проблемам современной ему астрономии. В его научную жизнь входят контакты с университетской астрономической обсерваторией на Пресне. Лебедев намечает немало новых планов и тем своих исследований в астрономии, хотя далеко не все задуманное удалось осуществить.

В развитие своих давних интересов к кометам П.Н. Лебедев намеревался заняться следующими проблемами: о сопротивлении межпланетной среды движению комет и планет; о движении метеорных потоков [21]; о распаде кометных голов (ядер) как источников метеорных потоков (открытие Дж. Скиапарелли, 1866 г.) [22]; об определении скорости и направления движения Солнечной системы по данным кометной статистики (новый подход по сравнению с первым открытием В. Гершеля в 1783 г. движения Солнца в пространстве по собственным движениям всего 13 окрестных звезд). В области физики Солнца П.Н. Лебедев ставил перед собой еще одну тему исследований — о магнитном поле солнечных пятен (она, как и проблема солнечного магнетизма в целом, оказалась настолько сложной, что остается злободневной и еще нерешенной и в наши дни). П.Н. Лебедев оставался верен своему принципу — браться за самые трудные проблемы.

Творческое содружество с московской обсерваторией проявилось и в деятельности П.Н. Лебедева как конструктора. В эти годы он предложил несколько оригинальных схем спектроскопов (для наблюдения визуально и фотографически протуберанцев) и коронографов (изобретение Жансена и Локьера для внезатменных наблюдений Солнца). Лебедев предложил также свой способ исследования качества параболических зеркал для телескопов-рефлекторов и оригинальную конструкцию зеркала для телескопа. Кроме того он разработал способ фотографирования комет и туманностей (видимо, млечных, природа которых все еще оставалась нераскрытой).

Не прошел П.Н. Лебедев и мимо едва ли не главной загадки, возникшей на рубеже физики и астрономии в конце XIX в. и остававшейся нерешенной еще и в начале ХХ в. — безуспешных попыток физиков обнаружить движение Земли относительно мировой среды — эфира [23]. После создания Эйнштейном специальной теории относительности (1905) Лебедев в статье 1911 г. принял его аксиому о том, что гипотеза о существовании мирового эфира «является уже лишней и ненужной» [5, с. 366], т. е. оставался на переднем крае науки ХХ в.

Начало исследований о происхождении магнетизма, или «прерванный полет»

В последние годы жизни П.Н. Лебедев взялся еще за одну из труднейших проблем, где напрямую сталкивались физика, астрофизика и геофизика. В 1911 г. он попытался экспериментально исследовать старую идею В. Гильберта (1600) о возможности появления магнетизма у тел в результате их вращения. Стимулом для Лебедева стало открытие Дж. Э. Хейлом (1908) магнитных полей в солнечных пятнах, т. е. в областях, где наблюдаются вихревые движения вещества в атмосфере Солнца и усиленное в тысячи раз локальное магнитное поле охлаждает вещество фотосферы, порождая явление темных пятен. Его целью было проверить свою гипотезу о том, что само вращение тела вызывает появление вокруг него магнитного поля и тем объяснить происхождение геомагнетизма. На эту мысль Лебедева навела новая гипотеза английского физика Сазерленда о гравитационном разделении зарядов в атомах под влиянием гравитационного сжатия Земли, чем он и пытался объяснить причину земного магнетизма. Лебедев расширил гипотезу Сазерленда, предположив, что такое разделение зарядов в атомах могло бы произойти и при вращательном движении вещества за счет центробежной силы. Но первый опыт П.Н. Лебедева не удался [5, с. 323–334; 9, с. 99–100] [24], а продолжить работу он уже по всем обстоятельствам не успел.

Заслуженная, но не состоявшаяся Нобелевская…

Мировая слава первых уникальных экспериментов П.Н. Лебедева по обнаружению и измерению светового давления на твердые тела еще в 1905 г. побудила известного российского физика О.Д. Хвольсона выдвинуть его кандидатуру на Нобелевскую премию (но он не сопроводил это требуемыми формальными аргументами). После нового триумфа с измерением давления света на газы кандидатуру Лебедева на Нобелевскую снова выдвинул в 1911 г. Нобелевский лауреат В. Вин. Но когда в 1912 г. заявка дошла до Стокгольма, Петра Николаевича Лебедева уже не было в живых.

П. Н. Лебедев и развитие теоретической астрофизики в ХХ в.

Космическое значение экспериментов П.Н. Лебедева по обнаружению давления света. Первой реакцией Лебедева на свои расчеты светового давления в мировом пространстве (1890) было потрясение от открытого им, как ему казалось, нового закона в движении небесных тел малой массы — комет (точнее, вещества их хвостов). Но действительная космическая роль светового давления проявилась в еще более грандиозных объектах и процессах. Т.П. Кравец (1876–1955) в биографическом очерке о своем учителе писал: «Эффект светового давления имеет огромное значение в астрофизике» и отметил, что с его использованием строили свои первые теории звезд Эддингтон и Джинс в Англии, известный астрофизик-теоретик Милн в США [5, с. 402]. Глубокий смысл и универсальное значение экспериментов П.Н. Лебедева отметил академик-физик, президент Академии наук СССР и также один из учеников П.Н. Лебедева С.И. Вавилов:

«…Работы Лебедева по световому давлению — это не отдельный эпизод, но важнейший экспериментальный узел, определивший развитие теории относительности, теории квантов и современной астрофизики» [13 с. 167].

Свою оценку научного вклада П.Н. Лебедева дал в 1959 г. академик-астрофизик Г.А. Шайн:

«Значение работ П.Н. Лебедева в астрономии настолько велико, что его справедливо можно назвать выдающимся астрофизиком своего времени». [1, с. 66].

Н.И. Невская отмечает и философское значение опытов Лебедева:

«…Наличие механического импульса у светового луча … доказало общность свойств двух видов материи — вещества и поля» [4, с. 86].

Первая полная математическая теория внутреннего строения звезд и ее следствия. Первую теорию внутреннего строения звезд построил в 1916–1918 гг. английский физик-теоретик и астрофизик А.С. Эддингтон (1882–1944). В ее основу легли новейшие достижения физики — гениальная идея Джинса о предельно разложенном состоянии материи в звездных недрах с их чудовищной температурой, термодинамическая теория лучистого равновесия К. Шварцшильда и уже широко известные уникальные опыты П.Н. Лебедева, подтвердившего реальность давления света и на газы, что впервые в качестве важного фактора ввел в астрофизику звезд Эддингтон. Эту роль П.Н. Лебедева в работах Эддингтона отмечает и Г.А. Шайн (1959).

Первая теория внутреннего строения звезд Эддингтона, отразившая (несмотря на ее неизбежную приближенность и ограниченность) существенные черты действительности, сразу привела самого автора теории к двум важнейшим «практическим» следствиям.

На ее основе Эддингтон рассчитал первую теоретическую модель газовой равновесной (находящейся в лучистом равновесии) излучающей звезды, в которой силы гравитационного сжатия уравновешиваются силами ее внутреннего газового и светового давления. Это привело его к открытию второй [25] фундаментальной астрофизической зависимости: масса–светимость, впервые объяснившей, почему рост светимости звезд на порядки обгоняет рост их масс. Прямым следствием такого открытия было то, что при росте массы звезды должен наступить момент, когда чудовищно возросшее внутреннее световое давление ее излучения уже не сможет сдерживаться гравитацией и сделает звезду неустойчивой, положив предел ее существованию как равновесной звезды. Эддингтон ввел представление о такой критической массе звезды по отношению к массе Солнца и о соответствующей предельной светимости («эддингтонов предел») для нормальной звезды, находящейся в устойчивом состоянии.

Это подтвердилось, по крайней мере, для звезд главной последовательности Г–Р диаграммы, то есть для подавляющей части звездного населения в наблюдаемой Вселенной.

На основе своей теории Эддингтон впервые вычислил диаметры некоторых звезд — красных гигантов (более 1 млрд. км!). И уже в 1920 г. с помощью 20-футового интерферометра, установленного на самом крупном тогда в мире 100-дюймовом (диаметр зеркала 2,5 м) рефлекторе обсерватории Маунт-Вилсон (США), Ф. Пиз и Дж. Андерсон впервые прямыми наблюдениями определили такой диаметр красного гиганта — Бетельгейзе (α Ori ). В дальнейшем, измерив диаметры еще у нескольких звезд с помощью 50-футового интерферометра, они полностью подтвердили расчеты Эддингтона.

В своей первой теории цефеид (1926) Эддингтон также исходил из идеи, что их пульсация — проявление борьбы двух сил: внутреннего давления в недрах звезды (не только газового, но и светового) и гравитации ее вещества.

Зарождение идеи нестабильности ядер спиральных туманностей. В связи с развитием теории внутреннего строения звезд Эддингтон и Джинс в 20-е гг. ХХ в. вновь привлекли внимание к ядрам спиральных туманностей (последние еще считались тогда сгустками диффузной материи), теперь уже как к особым физическим точкам. Эддингтон видел в них неустойчивые тела сверхкритической массы, при которой сила давления их излучения превосходит силу гравитации. Более экстравагантная идея Джинса об их сингулярном характере нашла новое воплощение спустя почти столетие в образе черных дыр, рождение которых также связано с ролью светового давления.

Роль светового давления в диффузных туманностях и оболочках звезд. В 20-е гг. ХХ в. на существенную роль светового давления в атмосферах звезд указывал известный американский астрофизик-теоретик Э.А. Милн [1]; в начале 30-х гг. с учетом светового давления строил первые теории расширяющихся атмосфер нестационарных звезд-гигантов, исторгающих потоки вещества, один из пионеров отечественной теоретической астрофизики Б.П. Герасимович [19, с. 278–279]. Выдающийся исследователь диффузных туманностей Г.А. Шайн отмечал в 1959 г. [1] существенную роль светового давления в эмиссионных газовых туманностях, в образовании обширных водородных атмосфер у горячих звезд, в чудовищном раздувании (до 100 R_Солнца) оболочек новых звезд перед их сбрасыванием.

Неожиданный и малоизвестный отклик астрономов-космологов ХХ в. на физические эксперименты П.Н. Лебедева и возможные новые перспективы на этом пути… В середине XIX в. вновь было обращено внимание на открытое В. Гершелем (1785) загадочное распределение млечных туманностей — их концентрацию к полюсам Галактики (для южного полушария это подтвердил Джон Гершель в 40-е гг. XIX в.). В начале XX вв., еще до окончательного выявления истинной природы млечных туманностей как далеких галактик (прежде всего спиралей, Хаббл, 1923 г.), это загадочное их распределение пытались объяснить мощным световым давлением от массива звезд в экваториальной части Галактики, которое якобы и «разогнало» туманности (как образования из диффузной материи) к ее полюсам [20]. А с началом космической эры в середине ХХ в. в космонавтике появился даже новый, пока полуфантастический, но представляющийся весьма перспективным в будущем проект «космического парусника» — межпланетного корабля, набирающего скорость под не сильным, но постоянным давлением солнечных лучей … (В этом видится уже возрождение и первых идей Лебедева о роли светового давления в движении тел в Космосе.) Наконец, в наши дни роль светового давления начинает учитываться и в метагалактических масштабах: в попытках раскрыть раннюю историю нашей нестационарной Вселенной. В последней высказанной на этот счет гипотезе [21] предполагается, что после отделения излучения от вещества первыми источниками ядерной энергии в нем (при возрасте Вселенной менее 200 млн. лет) могли стать, еще до возникновения галактик (рождавшихся в период 0,5–3 млрд лет от рождения Вселенной), сверхгигантские звезды, совсем не имевшие в своем составе тяжелых элементов [26] (тяжелее лития, который мог синтезироваться уже при Большом Взрыве). Достигнув массы в тысячи масс Солнца и критической светимости (Эддингтонов предел), такие звезды своим мощным лучевым давлением разгоняли окружающий газ и переставали расти, но и сами взрывались в виде Сверхновых, оставляя после себя черные дыры[27].

Проблема магнетизма в космосе

Проблема источника магнетизма в Космосе, например в солнечных пятнах, не решена до сих пор. На переднем крае геофизики и планетологии остается и проблема геомагнетизма. Обсуждается гипотеза возникновения магнитного поля у планет как результата конвективных движений в их металлических и вместе с тем не полностью твердых, частично жидких или хотя бы пластичных ядрах. Подобная гипотеза рассматривается даже для газового гиганта — Юпитера, водородное ядро которого должно находиться в металлизированном состоянии ввиду чудовищного давления.

Итоги

Астрофизические следствия великого эксперимента П. Н. Лебедева по обнаружению светового давления прочно вошли в современную астрофизику. Как и предвидел Г.А. Шайн (но уже без его осторожного — вероятно!):

«Мысли П.Н. Лебедева о значительной роли давления радиации в космических явлениях не только оправдались, но… превзошли все ожидания его современников» [1, с. 76].

Научный подвиг, как и гражданская самоотверженность Петра Николаевича Лебедева получили полное (хотя и посмертное) признание и в России, и в мире. Исполнилась его мечта о создании Физического института в Москве.

Академия наук СССР учредила золотую медаль его имени. Имя Петра Николаевича Лебедева носит улица на новой территории Московского университета и древний кратер на обратной стороне Луны (1970).

Под занавес

Cлучайная встреча и … бесценный экспонат в Музее ГАИШ МГУ

В годы продолжавшихся реорганизационных мероприятий в МГУ (после перевода в 1956 г. физико-математических факультетов на Воробьевы горы и, видимо, уже в начале 2000-х гг.) один из сотрудников ГАИШ, проходя по Манежной площади, стал свидетелем того, как из красного здания бывшего Физического института МГУ, где некогда располагалась лаборатория П.Н. Лебедева и его квартира, выбрасывали «ненужную» старую мебель… Увидев неожиданно среди «старья» прекрасный старинный дубовый письменный стол и поняв, кому он мог принадлежать, сотрудник ГАИШ (В. Коржев), проявив немалую сметливость и энергию, сумел переправить его на Пресню в старинное здание ГАИШ — бывшую университетскую обсерваторию. И ныне «спасенный» письменный стол Петра Николаевича Лебедева (удивительно прочный, высокохудожественной старинной работы!) является уникальным экспонатом в Музее истории университетской астрономической обсерватории и ГАИШ МГУ, в сохранившем черты XIX — начала ХХ вв. маленьком живописном «оазисе» на окраине столицы на Пресне (Ново-Ваганьковский пер., 5). На нем — прекрасный портрет П.Н. Лебедева и альбом с памятными фотографиями о великом физике, ставшем и одним из пионеров астрофизики, а точнее космофизики.

Литература

1. Шайн Г.А. П.Н. Лебедев и астрофизика // Труды Института истории естествознания и техники АН СССР. М.: Изд. АН СССР, 1959. С. 66–78.
2. Лебедев П.Н. Давление света. Предисл. Т.П. Кравца и П.П. Лазарева. Биограф. приложение П.П. Лазарева / Серия «Классики естествознания». Книга 4. М.: Гостехиздат, 1922 .
3. Лебедев П.Н. Собрание сочинений. Под ред. П.П .Лазарева и Т.П. Кравца. — М.: изд. Физ. общества им. П.Н. Лебедева, 1913.
4. Невская Н.И. Федор Александрович Бредихин (1831–1904). — М.: Наука, 1964. — 253 с.

5. Лебедев П.Н. Собрание сочинений. Ред. и примеч. Т.П. Кравца, Н.А. Капцова, А.А. Елисеева. — М.: Изд. АН СССР, 1963. — 412 с. (Серия «Классики науки»).
6. Аникин В.М. Фабрика молодых физиков. П.Н. Лебедева и Саратовский университет // УФН. 2016. т. 186, с. 169–173.
7. Лазарев П.П. Петр Николаевич Лебедев // Труды ИИЕиТ АН СССР. — М.: Наука, 1959, с. 5–31.

8. Щербаков Р.Н. К 150-летию со дня рождения П. Н. Лебедева…. // УФН.
9. Т. 186. С. 159–168.
10. Кляус Е.М. Поиски и открытия (Т. Юнг, О.Френель, Дж. К. Максвелл, Г. Герц,  П.Н. Лебедев, М. Планк, А. Эйнштейн). — М.: Наука, 1986. — 176 с.

10. Еремеева А.И. История метеоритики. Истоки. Рождение. Становление. Дубна: Феникс+, 2006. — 896 с.

11. Холопов П.Н. Звездные скопления. М.: Наука, Физматлит, 1981. — 479 с.
12. Воробьева Е.Я. Научные связи А.А. Белопольского с выдающимися русскими физиками // ИАИ. 1972. Вып. XI, с. 287–302.

13. Вавилов С.И. Памяти П.Н. Лебедева / Собр. соч., т. III, М.: Изд-во АН СССР, 1956, с. 167 (статья из «Природы», 1937); Петр Николаевич Лебедев (1866–1912) (из кн. «Люди русской науки», 1948), с. 766.

14. Ломоносов М.В. Полное собрание сочинений, т. III. — М.; Л.: Издательство Академии наук СССР, 1952. С. 100–133.
15. Цицин Ф.А. Очерки современной космогонии солнечной системы. Истоки. Проблемы. Горизонты. Дубна: Феникс+, 2009. — 356 с.

16. Воронцов-Вельяминов Б.А. Очерки истории астрономии в России. М.: Гостехтеоретиздат, 1956. — 371 с.

17. История астрономии в России и СССР. Под ред. акад. В.В. Соболева. М.: Янус-К, 1999. — 589 с.

18. Лебедев, Петр Николаевич (1866–1912) — статья в Интернет (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B5%D0%B1%D0%B5%D0%B4%D0%B5%D0%B2,_%D0%9F%D1%91%D1%82%D1%80_%D0%9D%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%B0%D0%B5%D0%B2%D0%B8%D1%87)
19. Еремеева А.И. Жизнь и творчество Бориса Петровича Герасимовича (К 100-летию со дня рождения) // ИАИ. 1989. Вып. XXI. С. 253–301.
20. Еремеева А.И. Вселенная Гершеля. — М.: Наука, 1966. — 319 с.
21. Штерн Б. Конец темных веков // Троицкий вариант. № 5 (249), от 13 марта 2018 г., с. 1–3.

Примечания

[1] В подготовке статьи Павла Ивановича Зюкова «Письмо П.Н. Лебедева к Б.Б. Голицыну» (1956) довелось в те давние годы поучаствовать и автору настоящей статьи, в то время м. н. с. того же сектора в ИИЕиТ АН СССР.

[2] В 1908–1916 вице-директор, в 1916–1919 директор, затем почетный директор Пулковской обсерватории.

[3] Единственный известный доказанный тогда тип переменности звезд, установленный Дж. Гудрайком в 1783 г. для звезды Алголь (β Per).

[4] Неизвестно, был ли на защите П.Н. Лебедев и какова была его реакция на открытие Белопольского. Впрочем, в эти годы шла подготовка к его экспериментам по световому давлению, что вряд ли позволяло ему отвлекаться на другие темы. Правильное физическое объяснение природы цефеид опиралось на теорию звезд как газовых шаров, а термодинамика не была в сфере интересов П.Н. Лебедева.

[5] Архив АН СССР, ф. 293, опись 2, № 71, л. 85 об. — цит. по [4, с. 31]. Напомним, что в МГУ после организации естественнонаучных факультетов астрономия преподавалась на механико-математическом факультете. Это было наследием преобладания в классической астрономии небесной механики и, конечно, необходимости — во все времена — достаточной математической подготовки и для астрономов. И только в 1956 г. Астрономическое отделение стало частью физического факультета.

[6] Опубликовано впервые в «Журнале русского физико-химического общества» — часть физическая, т. 40, 1908, с. 20–21 [5, c. 280–281]

[7] В январе 1912 г. болезнь обострилась, и Лебедев не успел ее дописать. К публикации она была подготовлена с заполнением недописанного по другим материалам Лебедева П.П. Лазаревым. Впервые она была опубликована в издании: «Новые идеи в физике», 1912, т. 4, с. 9–44.

[8] “comae radios solis effugunt” (комета бежит от лучей солнца) — L.A. Séneca «Ad Lucilium Naturalium Quaestionum». Lib. VII.

[9] Лебедев ссылается при этом на сочинение французского астронома Ж. д’Орту де Мерана (1678–1771), изучавшего явление северного сияния: De Mairan. Traité physique et historique de l’Aurore Boréale. 1754 (2-е изд.).

[10] Вместе с тем Лебедеву, очевидно, еще ничего не было известно об идеях Ломоносова, который предполагал (после открытия Франклином в 1752 г. атмосферного электричества), что и в кометных хвостах, как и в северном сиянии, существенную роль играет электрическая сила [14].

[11] Подчеркивая, что они были предприняты даже раньше, чем было доказано в земных условиях ньютоновское тяготение (в опытах Кэвендиша, 1789).

[12] См. выше прим. 16.

[13] De Cometis. Libellus secundus. Augustae Vindelicorum. 1619. Opera Omnia. Edit. Frisch, vol. 7, p. 110. Francfort, a/M 1867.

[14] В собрании сочинений Лебедева (1963) в примечании издателей он назван безымянным, но историку астрономии сразу бросается в глаза стиль его русского языка явно XVIII века. Таков же стиль анонимно изданного перевода работ XVIII в. Ф.У.Т. Эпинуса известным русским литератором Г.В. Козицким. Не он ли автор и этого перевода? И быть может, этот перевод имеется, как и в случае с Эпинусом, в Музее книги Государственной публичной библиотеки, бывшей им. Ленина…

[15] МКИСО — Международная комиссия по исследованию Солнца, была создана в 1904 г. по инициативе американского астронома Дж. Хейла, основавшего в том же году Солнечную станцию в горах Калифорнии, будущую знаменитую обсерваторию Маунт-Вилсон. В России МКИСО была более известна как КИСО.

[16] Интерес Лебедева к этой теме был связан с его общим интересом к проблемам магнетизма. Свои исследования он начал сразу после открытия Хейлом магнитного поля на Солнце — по расщеплению линий поглощения (эффект Зеемана) в спектрах солнечных пятен (1908). Образование солнечных пятен — это эффект локального охлаждения газа в солнечной фотосфере в результате локального же усиления общего (в тысячи раз более слабого, чем в пятнах) вихревого магнитного поля Солнца.

[17] В 1915 г. Белопольский разработал свой метод определения температуры солнечных пятен и посвятил свою работу памяти П.Н. Лебедева, впервые измерившего ее [4, c. 175].

[18] Об актуальности темы говорит уже то, что в 1911–1914 гг. эта тема, независимо, стала одной из основных для будущего академика В.Г. Фесенкова (1889–1972).

[19] В упомянутой здесь коллективной монографии сообщается: «…Спустя 60 лет межзвездная дисперсия была найдена в виде запаздывания импульсов пульсаров», но отмечено: «Как теперь известно, Тихову не хватало 14–15 порядков в точности измерений». Имя П.Н. Лебедева при этом не упоминается.

[20] Последним грандиозным событием в космофизике второго десятилетия нашего ХХI века стало открытие гравитационных волн при столкновении и слиянии таких нейтронных компонентов (как и несколько ранее , в 2016 г. — при слиянии компонентов двойной черной дыры).

[21] Открытых в первой половине XIX в. Д. Олмстэдом и Ф. Араго, о чем Ф.А. Бредихин писал в своем последнем научном труде: «Этюды о происхождении космических метеоров и образовании их потоков» (1903).

[22] Еще в Парижской речи (1900) Лебедев анализировал их постепенный распад, полагая, в духе времени, что, с одной стороны, «то, что мы называем ”головою кометы”, представляет собою рой довольно больших метеоритных камней и что, с другой стороны, невозможно, чтобы эта голова состояла из космической пыли». Из этого он делал вывод о возможности образования «кольца метеоритов» в результате ее распада под воздействием светового давления [5, с. 183].

[23] В опытах А. Майкельсона (1881–1887) по измерениям скорости света в различных направлениях относительно орбитального движения Земли обнаружилось, вопреки всем ожиданиям, что на скорости света не сказывается движение Земли относительно мировой среды — эфира, колебаниями в котором и объясняли тогда явление света.

[24] «Причина неудачи заключалась не в отсутствии эффекта, а в недостаточной чувствительности установки: оценки для магнитных полей, на которые ориентировался Лебедев и которые основывались на работах Сазерленда, оказались значительно завышенными. Продолжить исследования в своей новой лаборатории Лебедев уже не успел» [18].

[25] Первой является установленная Герцшпрунгом и Ресселом (1913) зависимость между спектром (и, следовательно, температурой) звезд и их светимостью (Г–Р диаграмма).

[26] Эти чисто гипотетические звезды называют теперь самым старым «населением III» (но, заметим, не галактик, а догалактической Вселенной…).

[27] Видимо, при слиянии таких ЧД и были впервые в 2016 г. обнаружены гравитационные волны.