Спектроскопия была доминирующим элементом в науке конца XIX столетия. Ap. J. усердно публиковал солнечный спектр Роуланда, который охватывал до 20 000 длин волн, каждая до семи значащих цифр. Он опубликовал большой некролог на смерть Бунзена. Время от времени астрономы делали записи о необычной природе своих открытий: «Просто поразительно, что слабый мерцающий свет звезды может сам записать информацию о веществе и его состоянии в немыслимо далеком светиле». Главной темой споров в Astrophysical Journal был вопрос, где в спектрах должен находиться красный – слева или справа. Те, кто предпочитал красный слева, проводили аналогию с пианино (где высокие частоты находятся справа), но Ap. J. храбро выбрал красный справа. Некая свобода для компромисса была в вопросе, где в списках длин волн должен находиться красный – вверху или внизу. Страсти разгорались, и Хаггинс писал, что «любое изменение… было бы недопустимо». Но Ap. J. все равно победил.
Другой главной темой для дискуссий в этот период была природа солнечных пятен. Джордж Стони предположил, что они вызваны слоем конденсационных облаков в фотосфере Солнца[178]. Но Уилсон и Фицджеральд выдвинули против этого возражение, опираясь на то, что никакие возможные конденсаты не могли бы существовать при таких высоких температурах, разве что углерод. Вместо этого они предложили очень расплывчатую идею о том, солнечные пятна образуются вследствие «отражения конвективных потоков газа». У Эвершеда была более оригинальная идея. Он думал, что солнечные пятна – это дыры во внешней фотосфере Солнца, позволяющие нам заглянуть в гораздо более глубокие и горячие глубины. Но почему они темные? Он предположил, что все излучение смещается с видимой в невидимую ультрафиолетовую зону спектра. Это, конечно, было до того, как Планком был открыт закон распределения энергии в спектре излучения горячего тела. В то время считалось, что распределения энергии в спектре черных тел различной температуры могут пересекаться, и некоторые экспериментальные кривые этого периода в самом деле показывали такое пересечение, как мы знаем сейчас, из-за разных коэффициентов излучения и поглощения.
Рамзай недавно обнаружил элемент криптон, у которого, как говорили, среди четырнадцати распознаваемых спектральных линий была одна в области 5570 Å, совпадающая с «главной линией полярного сияния». Э. Фрост сделал вывод: «Таким образом, похоже, было обнаружено истинное происхождение той, до сих пор озадачивающей линии». Сейчас мы знаем, что она объясняется присутствием кислорода.
Было много статей по разработке инструментария; одна из наиболее интересных принадлежит Хейлу. В январе 1897 г. он написал, что нужны и телескопы-рефракторы, и телескопы-рефлекторы, но заметна тенденция в большей степени использовать рефлекторы, особенно экваториальные телескопы с фокусом кудэ. В исторических мемуарах Хейл упоминает, что 40-дюймовый объектив появился в Йеркской обсерватории только потому, что предыдущий план построить большой рефрактор рядом с Пасаденой, Калифорния, провалился. Интересно, какой бы была история астрономии, если бы план был реализован? Любопытно также, что Пасадена предложила Чикагскому университету построить Йеркскую обсерваторию там. Это была бы долгая поездка на работу для 1897 г.
В конце XIX столетия исследования Солнечной системы были такими же обнадеживающими и сумбурными, как и исследования звезд. Одна из наиболее выдающихся статей этого периода принадлежит Генри Расселу и называется «Атмосфера Венеры» (The Atmosphere of Venus). Это обсуждение удлинения острых концов серпа Венеры, основанное отчасти на наблюдениях автора в 5-дюймовый искатель «большого экваториального» телескопа в обсерватории Холстеда в Принстоне. Возможно, молодому Расселу пока опасались доверять большие телескопы в Принстоне. Суть анализа верна по нынешним стандартам. Рассел сделал вывод, что отражение солнечного света не влияет на рост серпа и что причину нужно искать в рассеивании солнечного света: «…атмосфера Венеры, как и наша, содержит какие-то взвешенные частицы пыли или тумана, и…то, что мы видим, – это верхняя часть этой туманной атмосферы, освещенной лучами, которые прошли рядом с поверхностью планеты». Далее он говорит, что видимая поверхность может быть плотным слоем облаков. Он вычислил, что толщина слоя тумана составляет около 1 км над тем, что мы бы сейчас назвали главным облачным слоем, – величина, которая как раз соответствует фотографии лимба, сделанной космическим аппаратом «Маринер-10». Рассел думал, основываясь на исследованиях других ученых, что имеются спектроскопические доказательства присутствия водяного пара и водорода в тонкой атмосфере Венеры. Но основная часть его рассуждений прошла проверку временем.
Было объявлено об открытии Фебы, самого удаленного спутника Сатурна, сделанном Уильямом Пикерингом, и Эндрю Дуглас из обсерватории Лоуэлла опубликовал наблюдения, позволившие ему заключить, что период вращения Юпитера-3 на 1 час больше периода его обращения; при этом он ошибся как раз на 1 час.
Другие ученые, которые оценивали периоды вращения, мало чего добились. Например, был такой Лео Бреннер, который проводил наблюдения в обсерватории Манора в местечке под названием Люссинпикколо. Бреннер жестко критиковал оценку периода вращения Венеры, произведенную Персивалем Лоуэллом. Сам Бреннер сравнил два рисунка Венеры в белом свете, сделанные двумя разными людьми с разницей в четыре года, по которым он вывел, что период вращения составляет 23 часа 57 минут 36,37728 секунды, что, по его словам, соответствовало его собственным «самым надежным рисункам». Считая так, Бреннер не понимал, как все еще могут быть сторонники периода вращения в 224,7 сут., и сделал вывод, что «неопытный наблюдатель, неподходящий телескоп, неудачно выбранный окуляр, очень малый диаметр планеты, недостаточное увеличение и низкое склонение – все вместе объясняло своеобразные рисунки мистера Лоуэлла». Истина, конечно, находится не между крайностями Лоуэлла и Бреннера, а скорее, на другом конце шкалы со знаком минус, обратный период, равный 243 суткам.
Другое обращение господин Бреннер начинает так: «Джентльмены, я имею честь сообщить вам, что миссис Манора обнаружила новое деление в системе колец Сатурна[179]», – из чего мы узнаем, что в обсерватории Манора есть некая миссис Манора и что она выполняет наблюдения вместе с господином Бреннером. Затем следует описание того, как следует понимать деления Энке, Кассини, Антониади, Струве и Манора. Только первые два прошли проверку временем. Господин Бреннер, похоже, растворился в туманах XIX столетия.
На второй конференции астрономов и астрофизиков в Кембридже был сделано «предложение» выводить вращение астероида, если оно есть, из кривой блеска. Но никаких изменений яркости во времени не было обнаружено, и Генри Паркхерст заключил: «Я думаю, можно легко проигнорировать эту теорию». Сейчас это краеугольный камень астероидных исследований.
Изучив тепловые свойства Луны независимо от одномерного уравнения теплопроводности, но основываясь на лабораторных измерениях излучательной способности, Франк Вери пришел к выводу, что типичная температура Луны в дневное время составляет около 100 °C – совершенно правильный ответ. Его заключение стоит процитировать: «Только самые ужасные пустыни Земли, где горячие пески покрывают волдырями кожу и люди, звери и птицы падают замертво, могут приблизиться к полдню на безоблачной поверхности нашего спутника. Только крайние полярные широты Луны могут иметь терпимую дневную температуру, не говоря уже о ночи, когда нам нужно стать пещерными людьми, чтобы защититься от такого сильного холода». Как видим, комментарии нередко были высокохудожественными.
Немного раньше в том же десятилетии Морис Леви и Пьер Пюизё из Парижской обсерватории опубликовали атлас лунных фотографий, теоретические выводы из которого рассматривались в Ap. J. (5:51). Парижская группа предложила модифицированную вулканическую теорию происхождения лунных кратеров, борозд и других форм рельефа, которую позже раскритиковал Э. Барнард, после того как он изучил планету в 40-дюймовый телескоп. Затем Барнарда раскритиковало Королевское астрономическое общество за его критику и так далее. Один из аргументов в этом споре был обманчиво прост: в вулканах образуется вода, на Луне нет воды – следовательно, лунные кратеры не вулканические. Хотя большинство лунных кратеров не вулканические, это не убедительный аргумент, потому что он не учитывает возможность отложения воды. Можно извлечь пользу из выводов Вери о температуре на лунных полюсах. Вода там замерзает в форме инея. Другая вероятность – вода может испаряться с Луны в космос.
Это объяснил Стони в замечательной статье «Об атмосфере на планетах и спутниках» (Of Atmospheres upon Planets and Satellites). Он пришел к выводу, что лунной атмосферы не существует, потому что газы очень быстро улетучиваются в космос из-за низкой лунной гравитации или из-за большого скопления легких газов, таких как водород и гелий, на Земле. Он считал, что в марсианской атмосфере нет водяного пара и что атмосфера Марса и шапки, вероятно, состоят из углекислого газа. Он предполагал, что на Юпитере следует ожидать обнаружения водорода и гелия и что у Тритона, самого большого спутника Нептуна, может быть атмосфера. Каждый из этих выводов соответствует современным данным или воззрениям. Он также заключил, что на Титане не должно быть воздуха – прогноз, с которым соглашаются некоторые современные теоретики, – хотя у Титана, похоже, своя точка зрения (см. главу 13).
В этот период также появляются фантастические гипотезы: например, высказанная его преподобием Дж. Бэконом, что было бы хорошо совершать астрономические наблюдения с больших высот (например, с неуправляемого аэростата). Он предположил, что это будет иметь по крайней мере два преимущества: лучший обзор и ультрафиолетовая спектроскопия. Позже Годдард внес похожие предложения для запуска космических обсерваторий (глава 18).