КОСМОС РУССКОГО АРИСТАРХА

Аристарха Аполлоновича Белопольского (1854–1934) в своё время не зря называли "русским Аристархом". Этого замечательного учёного поистине можно считать отцом русской астрофизики, подобно тому, как звание отца русской авиации заслуженно носит Жуковский. Деятельность Белопольского связана с начальным периодом развития астрофизики в мире и у нас в стране. Именно его перу принадлежит первый учебник по астрофизике на русском языке. Он немало сделал и для наблюдательной и для теоретической астрономии, осуществляя, кроме того, и активную организационную деятельность, инициируя переоборудование отечественных обсерваторий новыми астрофизическими приборами. Заслуги А. Белопольского велики не только перед отечественной, но и перед мировой астрофизикой. Достаточно сказать, что во многом именно его усилиями в астрономию того времени широко внедрились спектральные приборы и методы. Именно он впервые экспериментально доказал справедливость эффекта Доплера в оптике и астрономии, и тем самым обосновал возможность анализа скоростей по спектру. Расскажем подробнее о жизни и работах этого учёного.

Белопольский родился в Москве, в 1854 г. В 1877 г. окончил Московский университет, работая со студенческих лет на университетской астрономической обсерватории. С 1888 г. он переезжает в Санкт-Петербург и приходит работать в Пулковскую обсерваторию, а в 1917–1919 занимает даже пост её директора. В годы его работы в астрономии начали впервые применять фотографию и спектральный анализ, то есть по сути первые астрофизические приборы и методы. А.А. Белопольский сразу стал успешно использовать эти методы в своих астрофизических исследованиях, не раз совершенствовал конструкцию применявшихся им приборов и приспособлений. Одним из первых он стал фотографировать кометы (1884), Луну во время затмения, солнечную корону во время затмения 1887 г. Особое внимание уделял фотографированию Солнца, деталей его поверхности. Наблюдал на меридианном круге положения звёзд с большими собственными движениями, положения планет и комет.

Важной заслугой Белопольского перед астрофизикой, как говорилось, стало экспериментальное обоснование применимости эффекта Доплера в оптике, а значит и в астрономии. Напомним что до 1900 г. эффект Доплера, то есть влияние движения источника волн на их частоту и длину волны было проверено только для звуковых волн. Чтобы обнаружить проявления доплер-эффекта в оптике Белопольский придумал весьма оригинальную конструкцию. Поскольку спектрографы того времени имели небольшую разрешающую способность, а придать источнику света достаточно большую скорость было сложно, Белопольский остроумно применил движущиеся зеркала. При многократном отражении луча света от движущихся зеркал ситуация получалась такая, словно источник движется со скоростью расхождения зеркал, только умноженной на число отражений. Благодаря этому в лаборатории Белопольский смог достичь скорости порядка 1 км/с (порядка одной десятой космической скорости), хотя части прибора двигались с намного меньшей скоростью. Благодаря этому формула эффекта Доплера для света была проверена с достаточной точностью. Не зря Белопольского считают пионером астроспектроскопии. Он одним из первых получил фотографии небесных светил с помощью спектрографов (один из спектрографов в Пулкове был построен по его указаниям).

Анализируя спектры переменных звёзд цефеид, периодически изменяющих свой блеск, Белопольский впервые обнаружил, что их лучевые скорости колеблются с тем же периодом, но в противофазе. В момент наибольшей яркости звезды, её лучевая скорость принимает наименьшее значение (направлена к нам). В дальнейшем это было объяснено пульсацией цефеид. Периодически расширяющаяся и сжимающаяся звезда должна по законам термодинамики разогреваться и охлаждаться. Благодаря этому меняется яркость звезды и её температура, что тоже подтвердилось спектральными измерениями. Цефеиды в дальнейшем сыграли большую роль в доказательстве существования других галактик.

Исследуя в 1895 г. лучевые скорости разных частей колец Сатурна, Белопольский доказал, что эти кольца не сплошные, а состоят из множества отдельных мелких тел, обращающихся вокруг планеты. Ранее к тому же выводу пришли теоретическим путём на основе механических расчётов разных моделей колец Дж. К. Максвелл, С.В. Ковалевская (первый российский математик-женщина) и некоторые другие исследователи. Рассмотрев модели колец, представляющие их сплошным телом, жидкостью, они пришли к выводу, что в этом случае кольца были бы неустойчивы и распались бы на части.

В первые же годы пребывания в Пулкове Белопольский произвёл исследование вращения Юпитера и выявил различие периодов вращения планеты близ её экватора и в более высоких широтах. То есть показал по сути, что поверхность, а точнее атмосфера Юпитера вращается не как единое жёсткое тело, а с запозданием на полюсах. Такой дифференциальный характер вращения имеет и Солнце. Кстати обширные исследования вращения Солнца производил и Белопольский, сперва наблюдая движение факелов на поверхности и анализируя накопленные Пулковской обсерваторией снимки Солнца, а позднее непосредственно определяя скорость движения разных частей Солнца по эффекту Доплера с помощью спектрографа и обнаружил что скорость его вращения может изменяться во времени. Белопольский входил в Международный союз по исследованию Солнца.

Главная тема наблюдений Белопольского – получение лучевых скоростей ярких звёзд 2–4-й звёздной величины для определения движения солнечной системы, а также исследование спектров переменных звёзд. Белопольский не пропускал ни одной вспышки новых звёзд без исследования её спектра. Белопольский интересовался также кометами – и не только изучением их спектров, но и вопросом о физическом строении и химическом составе их хвостов. В приводимую здесь таблицу сведены все открытия, области интересов и наблюдения Белопольского.

Основные исследования и открытия А.А.Белопольского

Вращение Солнца и движение структур (пятен, факелов, протуберанцов) на его поверхности

Спектры и химический состав кометных хвостов

Выяснение строения кольца Сатурна

Обнаружение дифференциального и зонального характера вращения атмосферы Юпитера.

Измерение скорости вращения атмосферы Венеры

Измерение относительного движения Солнца в системе ближайших звёзд

Спектральные исследования двойных звёзд, в т.ч. b Лиры

Обнаружение колебаний лучевой скорости цефеид в противофазе с их блеском и гипотеза их двойственности

Наблюдения (в т.ч. спектральные) вспышек новых

Обнаружение космической дисперсии

Объяснение красного смещения галактик на основе гипотезы старения света

Лабораторные опыты, наблюдения и работы

Моделирование вращения Солнца, движения его пятен с помощью сферы, наполненной жидкостью

Проверка справедливости эффекта Доплера для оптики

Конструирование и усовершенствование астрономических приборов (большей частью спектрографов)

Хорошо видно сколь они значимы и разнообразны. Недаром уже в 1903 г. Белопольскому заслуженно становится академиком Российской Академии Наук. Сейчас нам очень трудно себе представить, чтобы современный учёный, а тем более астроном был автором столь многих научных открытий. Причины столь большой эффективности научной работы Белопольского заключены несомненно в очень быстром развитии новых методов измерений, в данном случае спектральных, самостоятельная разработка и усовершенствование этих новых приборов. Такой учёный, вовремя уловивший перспективность новых методик исследования, применяя новые, часто им же созданные приборы, непременно становится автором целого потока открытий. Так же Галилей, впервые сконструировавший подзорную трубу и направивший её на небо, в течение месяца сделал столько открытий, что их хватило бы на века. Он открыл горы на Луне, фазы Венеры, спутники Юпитера, пятна на Солнце, показал, что млечный путь представляет собой мириады звёзд, и кроме того истолковал все эти наблюдения и доказал с их помощью правильность своих взглядов и взглядов Коперника. Пример таких астрономов прошлого как Галилей и Белопольских показывает, сколь много может сделать учёный, остро чувствующий дух времени, новые веяния в науке и перспективные методы исследований, готовые обернуться звездопадом открытий.

Сергей Семиков

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ КНИГ И ПЕРИОДИЧЕСКИХ ИЗДАНИЙ:

1) Энциклопедический словарь юного астронома, 2-е изд. – М.: Педагогика, 1986.

2) "Белопольский А.А." (статья БСЭ, М.: Советская Энциклопедия, 1970).

3) Ландсберг Г.С. Оптика. – М.: Наука, 1976.

4) Фесенков В.Г. Люди русской науки. – М., 1961.

5) http://www.luchemet.narod.ru.

6) Некоторые вопросы физики космоса: сб. – М.: ВАГО АН СССР, 1974.

7) Белопольский А.А. Астрономические труды. – М., 1954.