После того как Галлей открыл собственное движение звезд и оно было надежно подтверждено другими, астрономы начали производить систематическое измерение их положений. В 1760 г. в Гёттингене Иоганн Тобиас Майер опубликовал собственные движения восьмидесяти звезд на основе сравнения своих измерений, произведенных совместно с Лассалем, с измерениями Оле Рёмера, сделанными в 1706 г. Майер четко указал на одно важное следствие движения Солнечной системы среди звезд: те из них, которые находятся в направлении, примерно совпадающем с направлением нашего движения – направлением «солнечного апекса», – будут казаться более широко рассредоточенными и как бы исходящими из апекса. Те же, что находятся в противоположном направлении («солнечном антиапексе»), будут казаться приближающимися друг к другу, перемещаясь в сторону антиапекса. Каждый, кто знаком с телевизионным сериалом «Звездный путь» и его подражателями, имеет ясное представление о такого рода эффектах.

Майер не сумел увидеть в полученных им собственных движениях ничего, что соответствовало бы этой схеме, но Уильям Гершель, исследовав определенное количество звезд, наблюденных пятым Королевским астрономом Невилом Маскелайном, обнаружил в 1783 г. в точности то, что предполагалось. В том же году швейцарский астроном Прево показал: данные Майера позволяют получить аналогичный результат. (Гершель узнал об этом, когда удосужился прочесть статью Прево в «Astronomishes Jahrbuch» за 1786 г.) Гершель поместил солнечный апекс в определенную точку в созвездии Геркулес (расположенную немного севернее звезды λ Геркулеса). Апекс Прево находился на расстоянии 30° от нее, в то время как Георг Симон Клюгель в Берлине определил, что его апекс отстоит лишь на 4° от апекса Гершеля. Будучи рассмотренными вместе, все эти согласующиеся друг с другом результаты открывали замечательную новую перспективу изучения крупномасштабной структуры Вселенной.

В то время (как и сегодня) этот результат казался правильным, и все же в течение первых двух десятилетий XIX в. некоторые ведущие астрономы, включая Жана-Батиста Био и Фридриха Вильгельма Бесселя, утверждали, что доказательства, позволяющие прийти к такому выводу, не убедительны. Однако в более поздние годы того же столетия, по мере накопления все большего и большего количества данных, эти результаты были не только качественно подтверждены лучшими наблюдателями как Северного, так и Южного полушарий, но исходное положение апекса, определенное Гершелем, оказалось весьма близко к его уточненному положению. И когда, наконец, были получены данные о расстояниях до тех звезд, собственное движение которых анализировалось, оказалось возможным выразить как значение скорости Солнечной системы, так и ее направление. (Отто Струве принимал ее равной 154 миллионам миль в год, что соответствует 7,85 километра в секунду.)

Само собой разумеется, вся эта работа обладала только статистической ценностью, поскольку могли существовать (и в результате было доказано, что они действительно существуют) движения самих звезд друг относительно друга, не зависящие от нашего движения среди них. Сначала эта идея возникла как чистое предположение, выдвинутое еще до появления работы Гершеля. Томас Райт полагал, что Солнечная система обращается вокруг некоторого центрального тела; разрабатывались и другие альтернативные схемы, включающие в себя звезды и систему Млечного Пути, пока Гершель не остудил свое разгоряченное воображение холодной дисциплиной беспристрастного наблюдения.

Если задаться целью найти астронома XVIII в., переключившего все свое внимание на вопросы, изучение которых получило продолжение в XIX в., то этим человеком будет Уильям Гершель. В эпоху, когда астрономия, с одной стороны, все больше сплачивалась с наиболее развитой, практикуемой в то время передовой математикой, а с другой – становилась в высшей степени институализированной наукой, кажется почти невероятным, что любитель, находившийся почти полностью вне обеих этих традиций, сумел оказать весомое влияние практически на каждую область этой дисциплины. Фридрих Вильгельм Гершель (известный позже под именем Уильям) родился в 1738 г. в Ганновере в герцогстве Брауншвейгском – княжестве, которое с легкостью могло быть поглощено как Бранденбургом, так и Пруссией, если бы не его связи с английской королевской семьей: наследник королевы Анны Георг I принадлежал к Ганноверской династии. Гершель впервые посетил Англию в возрасте восемнадцати лет в качестве гобоиста в составе Ганноверской гвардии – полка его отца, находящегося на службе у англичан. Годом позже, спасаясь бегством от французской армии, которая нанесла поражение гвардейцам неподалеку от Хастенбека и захватила в плен его отца, Уильям на время переселился в Англию. Сначала он зарабатывал себе на жизнь переписыванием и уроками музыки, но затем самостоятельно освоил астрономию и телескопостроение, используя в качестве руководства знаменитый учебник Роберта Смита по оптике, о котором мы упоминали, когда писали о Галлее и Грэхэме.

За годы работы он настолько хорошо освоил шлифовку линз и зеркал, что к 1770‐м гг. владел телескопами, нисколько не уступавшими лучшим национальным образцам. Гершелем руководило не четкое представление о каких-то конкретных желаемых открытиях, а просто сильное желание посмотреть на то, что уже видели другие, и еще более – желание достичь вершин в каком-либо искусстве. Это чрезвычайно ценилось в современном ему обществе. Его помыслы были удовлетворены в полной мере. В 1782 г., после сравнения, проведенного в Гринвиче, Маскелайн признал: инструменты Гершеля превосходили все, что имелось тогда в Королевской обсерватории.

В 1772 г., еще будучи органистом в Бате на западе Англии, Гершель перевез из Ганновера свою младшую сестру Каролину, и она оказывала ему большую помощь, но на первых порах (в течение первых десяти лет) не столько как астроном, сколько как экономка. Она пыталась сделать карьеру певицы, но после того как Гершель добился высочайшей славы благодаря открытию в 1781 г. новой планеты, они переехали в тихую деревушку неподалеку от Виндзора. Там Каролина услышала от своего брата удручающее известие: она должна «пройти подготовку, чтобы стать помощником Астронома». Ко времени своей смерти она была уже вполне заслуженным астрономом. Каролина начала с копирования астрономических каталогов и других материалов, которые удавалось раздобыть Гершелю, кроме того, она оказывала помощь в регистрации и организации его наблюдений, сначала не слишком хорошо отдавая себе отчет в том, чем они занимались. Огромное количество записей наблюдений Уильяма, сделанных ее безукоризненным почерком, свидетельствует о ее ключевой роли в проводимых им исследованиях. Позже она помогала ему в работе по обработке и шлифовке больших зеркал. В 1782 г. по настоянию Уильяма, когда он не нуждался в ее помощи, она стала заниматься систематическим поиском двойных звезд, скоплений, комет, туманностей, и несколько открытых ею объектов были незнакомы Шарлю Мессье – величайшему охотнику за кометами своего времени, начавшему помечать неясные объекты, дабы не перепутать их с кометами. В 1787 г. король одарил Каролину жалованьем, составлявшим 50 фунтов в год. Аналогичную награду получил Уильям в 1781 г. Если считать, что именно жалованье превращает астронома в профессионала, то ее можно рассматривать как первую профессиональную женщину-астронома. Она начала свою собственную карьеру только годом позже, когда ей было предоставлено право самой решать, чем заниматься. Это случилось после того, как ее брат в возрасте почти пятидесяти лет женился на Мэри Питт – молодой вдове, живущей по соседству. Их партнерские отношения также оказались полезны для астрономии, хотя и по‐другому, поскольку их сыну Джону Гершелю, родившемуся в 1792 г., было суждено стать почти столь же знаменитым астрономом, как и его отец.

Уильям Гершель (1738–1822), по пастели Дж. Рассела (1794)

С 1786 по 1797 г., имея в своем распоряжении сначала весьма скромный телескоп, а затем большой инструмент с фокусным расстоянием 5 футов, построенный для нее братом, Каролина обнаружила по меньшей мере восемь новых комет. В 1797 г. она – по причинам, о которых мы можем только догадываться, – съехала из соседнего с братом небольшого дома и нашла себе другое жилье. В 1798 г. она занималась подготовкой к изданию звездного каталога Флемстида и время от времени помогала брату «прочесывать» небо в поиске туманностей и звездных скоплений. Когда они прекратили эту работу в 1802 г., то, судя по всему, это не она, а он почувствовал утомление от выполнения такой задачи, и, когда наконец каталог был опубликован в «Philosophical Transactions of the Royal Society», некоторые области неба остались необследованными. После смерти Уильяма в 1822 г. Каролина отредактировала бо́льшую часть его работ. Эта потрясающая женщина, никогда не искавшая случая привлечь к себе как можно больше внимания, умерла в 1848 г., лишь немного не дожив до девяносто восьми лет. Позднее ее племянник Джон Гершель увез ее 5-футовый инструмент на мыс Доброй Надежды.

Астроном-самоучка Уильям Гершель добился славы в возрасте чуть более сорока лет. Потратив много времени на инструментальное оснащение, он решил тщательно изучить все яркие звезды и туманности, перемещаясь почти пошагово от одного объекта к другому; со временем у него возникла идея пометить на карте, как они распределяются по всему небу. К 1779 г. он обследовал звезды до четвертой звездной величины; он проводил повторный обзор (это было стандартной запланированной процедурой), когда 13 марта 1781 г. обнаружил объект, который заведомо не являлся звездой. Сначала он предположил, что это – комета.

Надежным доказательством достигнутого им мастерства служит следующий факт: после того как Гершель объявил об открытии нового небесного тела, Маскелайн не смог измерить его положение относительно звезд сравнения, названных Гершелем, поскольку звезды были настолько тусклы, что подсветка перекрестья нитей в его микрометре затмевала их. Томас Хорнсби, наблюдавший в Рэдклиффской обсерватории в Оксфорде (самая красивая обсерватория Англии, построенная по модели Башни Ветров в Афинах), не сумел даже обнаружить этот объект. Приведенный Гершелем диаметр в 5 угловых секунд также оказался недоступным для проверки, настолько велико было превосходство даже весьма посредственного рефлектора Гершеля с 6,2-дюймовой апертурой над остальными телескопами. Французские астрономы потратили много времени на вычисление орбиты, но имеющиеся данные с трудом поддавались обработке, и стало очевидно: для решения этого вопроса требуется гораздо более долгий период. Чаша весов уже склонялась к итоговому решению, когда летом 1781 г. Андрей Иванович (Андерс Йохан) Лексель, императорский астроном из Санкт-Петербурга, находившийся в то время с визитом в Лондоне, произвел первый расчет в целом приемлемых элементов орбиты нового объекта.

После этого большинство профессиональных астрономов признали, что это была не кометная орбита и что Гершель является первым человеком, открывшим планету в обозримое историческое время. Ганноверец Гершель назвал ее Georgium Sidus в честь короля Англии Георга III, вышедшего из Ганноверской династии. На портрете 1794 г. (ил. 175) Гершель, отметим, держит в руках рисунок, на котором написано «Планета Георга со спутниками». В 1787 г. он открыл два спутника – Титанию и Оберон, а в 1798 г. обнаружил, что они движутся обратным движением. Планету предлагали назвать многими другими именами. Эрик Просперин из Упсалы даже предложил назвать ее «Нептун», а Лекселю нравилась идея названия «Нептун Георга III» или «Британский Нептун». По предложению берлинского астронома Иоганна Боде, несомненно считавшего ганноверское название слишком местническим, астрономы в итоге остановились на Уране, являвшемся, согласно мифу, отцом Сатурна и дедом Юпитера, именами которых названы ближайшие две планеты внутри его орбиты. Во Франции, главным образом под влиянием Лаланда, долгое время отдавали предпочтение названию «Гершелиум». На деле, в течение последующих по меньшей мере шестидесяти лет эту планету называли одновременно тремя различными именами, и реликт этого спора дошел до наших дней в виде двух различных символов, употребляемых для ее обозначения.

Гершель стал знаменитостью. Ему было пожаловано королевское содержание (оказавшееся ощутимо ниже его жалованья органиста в Бате), в обмен на которое ему время от времени следовало сообщать королевской семье новости и устраивать демонстрации. Именно это позволило ему переехать из его старого жилища поближе к королевской резиденции в Виндзорском замке. Позже он обосновался под Слау. Королевское содержание было не единственным источником его дохода; он занялся бизнесом по изготовлению телескопов на продажу и параллельно работал над еще более крупными зеркалами. Король выделил средства на крупнейший 40-футовый телескоп с диаметром зеркала 48 дюймов, на постройку которого у Гершеля ушло много труда и энергии (ил. 177). Площадь зеркала в четыре раза превышала ту, что была у его предыдущего телескопа, являвшегося до этого самым крупным в мире. Первые две попытки оказались неудачными, в первом случае расплавленный металл «спекулум» пролился на пол, после чего камни стали взрываться как шрапнель. В итоге изготовленное зеркало весило более полутонны, и когда оно наконец было введено в эксплуатацию, Гершель понял, что его громадный вес приводит к искажениям, воздействуя на оптические характеристики. Для обтачивания и полировки зеркала Гершель нанял команду из двадцати четырех рабочих, и в итоге, для завершения этой работы, он построил большой механизм. Инструмент был готов в августе 1789 г., и уже во вторую ночь наблюдений ученый обнаружил шестой спутник Сатурна (Энцелад). В это время готовилась к опубликованию работа Гершеля, посвященная туманностям, и он написал президенту Королевского общества сэру Джозефу Бэнксу, скромно попросив его внести дополнение к печатающейся работе: «P. S.: У Сатурна шесть спутников. 40-футовый рефлектор».

Огромным телескопом было сложно управлять, и в целом он оказался менее полезен для Гершеля, чем 20-футовый рефлектор. Им пользовались до 1815 г., а когда инструмент наконец обрел покой в одном из садов неподалеку от Слау, семья устроила ему заупокойную мессу внутри 12‐метровой трубы.

В начале 1780‐х гг. интерес, проявляемый Гершелем к светлым пятнам на небе, называемым nebulae (латинское слово, обозначающее «туман» или «облака»), был подстегнут переданным ему экземпляром каталога Мессье, включавшим сотню подобных объектов. Во многих отношениях это знаменовало собой начало абсолютно нового этапа космологического мышления. Для получения трехмерной модели Вселенной необходимо знать расстояния до звезд, но единственный достоверно известный факт, – это их чрезвычайная удаленность, что делает невозможным измерение параллакса. В таких обстоятельствах необходимо высказывать догадки, позволяющие судить об этом предмете, рассматривая вопросы, почти не имеющие отношения к астрономии как таковой, – например, принципы симметрии и аналогии. Гершель не был первым, кто ступил на эту территорию, открытую в двух направлениях. Мы видели, с какими серьезными проблемами столкнулись Ньютон и Бентли в вопросе реализуемости в бесконечной Вселенной гравитационного равновесия, рассмотренном ими в весьма общей форме. Галлей, а за ним и шведский астроном Жан Филипп де Шезо указали на парадоксальные последствия, касающиеся свечения ночного неба, не оставлявшие, грубо говоря, вообще места темноте. Эти абстрактные подходы дополнялись другими, которые начались с выяснения фактического строения системы звезд, образующих Млечный Путь.

По-гречески Млечный Путь называется galaxias, то есть по-нашему – «галактика». Удаленные звездные системы стали называться галактиками относительно недавно, а именно – когда появились доказательства того, что они имеют определенное сходство с нашим Млечным Путем. Путь к обретению этого знания был долог и многотруден. До появления телескопа большинство из тех, кто затрагивал эту тему, рассуждали о Млечном Пути как об облаке, но некоторые из них (даже такие ранние мыслители, как Демокрит) трактовали его как скопление очень близко расположенных друг к другу, а потому неразличимых слабых звезд. И даже когда с помощью галилеевского телескопа удалось в значительной степени разложить его на звезды, то в первое время общая структура этой системы не являлась предметом повышенного внимания. Однако после того как в середине XVIII в. о нем написали Райт, Кант и Ламберт, возник вопрос – а не является ли он элементом системы более высокого порядка, системы многих млечных путей.