Аристарх Аполлонович Белопольский | История русской науки и техники

Аристарх Аполлонович Белопольский

Достойным преемником Бредихина был выдающийся русский астроном Аристарх Аполлонович Белопольский (1854—1934). Белопольский обосновал и широко ввел в астрономию новый метод наблюдения небесных тел, — он заставил их рассказывать о том, куда, к нам или от нас, и с какой скоростью они движутся.


Аристарх Аполлонович Белопольский

Теория говорила, что если источник света приближается к наблюдателю, то число световых волн, попадающих за единицу времени в глаз наблюдателя, должно быть большим по сравнению с тем случаем, когда расстояние между источником и наблюдателем неизменно.

Так, пароход, движущийся навстречу волнам, рассекает носом большее число гребней, чем пароход, стоящий на причале. При приближении источника частота света как бы увеличивается. Значит, все линии з спектре света, излучаемого летящим к наблюдателю источником, должны будут сдвинуться в сторону коротковолновой части спектра. Иное должно произойти, когда источник удаляется от наблюдателя. Линии спектра переместятся в обратную сторону. Эти явления должны быть тем разительнее, чем больше скорость источника света.


Заставив свет отражаться в зеркалах, укрепленных на вращающихся колесах, Белопольский смог в своей лаборатории получить невероятно быстро перемещающийся источник света.

В акустике подобное явление было известно давно. Тон свистка приближающегося паровоза тотчас же меняется на более низкий, когда паровоз, миновав наблюдателя, начинает от него удаляться.

Но будет ли это справедливо и для световых явлений? Прежде чем пользоваться теорией в астрономических исследованиях, надо было проверить ее, нужен был опыт. Для световых явлений экспериментальная проверка эффекта изменения частоты в зависимости от движения источника представляла собой невероятные трудности. Чтобы эффект был заметен, скорость источника колебаний должна быть сравнима со скоростью распространения самих этих колебаний. Для звука эффект проверялся просто. Скорость звука не так велика — немного более 300 метров в секунду. Уже такой сравнительно медленно движущийся источник, как свисток паровоза, дает возможность без особых ухищрений, прямо на слух, убедиться в том, что частота звука действительно меняется.

Но скорость света неизмеримо больше скорости звука: 300 тысяч километров в секунду. Где найти в земных условиях достаточно быстрый источник света? Белопольского эта трудность не остановила. Он сумел создать в лаборатории необычайно быстро движущийся источник света, заставив свет многократно отражаться в зеркалах, подобно лопастям, укрепленным на вращающихся колесах. Изображение неподвижного источника света в бешено вращающихся зеркалах перемещалось с громадной скоростью и являлось как раз той искусственной летящей звездой, которая нужна была ученому. Источник света мог по желанию удаляться и приближаться в зависимости от направления вращения. С помощью своей установки астроном доказал, что теория безукоризненно верна. Линии спектра перемещались в полном согласии с предсказаниями науки.

астрономический спектрограф
Астрономический спектрограф.

После опытов Белопольского (1894—1899 гг.) стало возможным уверенно применять теоретические формулы к астрономическим исследованиям. Спектрограф — прибор для изучения спектрального состава света — стал в руках Белопольского измерителем скорости движения небесных тел.

Перед астрономами открылась величественная картина летящих в пространстве миров.

От спектрографа не укрывается и вращение светил вокруг собственной оси. Ведь при таком вращении один край светила идет на наблюдателя, в то время как другой от него уходит. Линии спектра, рождаемого лучами, идущими от приближающихся участков, сдвигаются в иную сторону, чем линии спектра света, излучаемого участками отдаляющимися. Вследствие смещений и вправо и влево линии спектра как бы размываются. Измеряя получившееся расширение, можно определить скорость вращения светила.

Метод Белопольского стал верным средством исследования двойных звезд. Спектр двойной звезды образуется наложением друг на друга спектров звезд, составляющих пару. Когда звезды находятся в таком положении, что они движутся под прямым углом к лучу наблюдения — не отдаляются от наблюдателя и не приближаются к нему, линии в их спектрах совпадают.

По мере вращения одна из звезд приближается к наблюдателю — все линии ее спектра начинают сдвигаться в сторону коротких волн. Вторая звезда в это время удаляется; следовательно, линии ее спектра распадаются на две расползающиеся в разные стороны линии. Когда скорость звезд вдоль луча наблюдения достигнет максимума, расстояние между разошедшимися линиями спектра будет наибольшим. Затем линии сходятся все ближе и ближе и, наконец, снова превращаются в одинарные. В спектре двойных звезд линии как бы пульсируют.

Спектральный метод дает возможность не только обнаружить двойную звезду. Изучая пульсацию спектральных линий, астроном определяет орбиты звезд, вычисляет период их вращения.


Спектр двойных звезд. При движении звезд каждая линия спектра расщепляется на две двигающиеся в разные стороны линии (верхний рисунок). Если свет одной из звезд слишком слаб по сравнению со светом другой, то на спектре видны колебания линий только одной звезды (нижний рисунок).

С помощью своего метода Белопольский одержал много научных побед. Установив, что внутренняя часть кольца, окружающего планету Сатурн, вращается быстрее, чем внешние участки кольца, Белопольский неопровержимо доказал, что кольцо Сатурна состоит из отдельных метеоритов. Если бы оно было сплошным, подобным колесу, то быстрее вращались бы его внешние участки.

Применяя спектрограф, Белопольский исследовал вращение самого Солнца, открыл много новых двойных звезд и доказал, что некоторые звезды, считавшиеся ранее двойными, на самом деле обычные, одиночные.