В период, когда фотография только начала прокладывать свой путь в астрономию, оставалось еще много нерешенных вопросов, касающихся солнечных явлений, и для их решения предлагалось то, что сегодня может поразить нас своей крайней наивностью. Все еще находились единомышленники Уильяма Гершеля, разделявшие его странные идеи (частично инспирированные теологией) о Солнце как «яркой планете», теле, вполне возможно, населенном людьми, защищенными от интенсивного излучения верхней атмосферы плотным облачным пологом. (Это И. И. Шрётер дал ей название «фотосфера».) Солнечное пятно, с точки зрения сторонников Гершеля, было дырой в фотосфере, под которой находилась меньшая дыра в полутеневых облаках, располагающихся между фотосферой и самим Солнцем. Как предполагалось, разница в размере отверстий объясняла, почему на краях солнечных пятен наблюдается два четко отличаемых друг от друга оттенка «затенения» (ил. 201). Гершель высказал робкое предположение, что причиной этого может быть извержение вулкана.

Предположение Гершеля медленно почило своей смертью, когда спустя долгое время его сын Джон Гершель дал пятнам совершенно другое объяснение. Он рассматривал их не как признак вулканической активности, исходящей от Солнца, а как быстровращающиеся вихри, буравящие себе дорогу вниз сквозь фотосферу и облака. Он подготовил пространное сравнение с земной атмосферой, существующих в ней разнице температур и пассатах, но, судя по всему, его идеи получили очень незначительную поддержку. Однако другое предположение Джона Гершеля нашло себе сторонников в определенных кругах, хотя и не сразу и ненадолго. Оно заключалось в том, что некоторые из пятен могли появиться из‐за столкновения Солнца с огромными метеоритами. В 1860‐х и в 1870‐х гг. Норман Локьер потратил много времени и сил на «метеоритную гипотезу», перекликавшуюся с идеями Гершеля. Локьер построил схему космической эволюции, предвосхитившую, несмотря на отсутствие широкой поддержки, несколько современных идей. Согласно Локьеру, все небесные тела, светящие собственным светом, состоят либо из множества метеоритов, либо из масс метеоритного пара, порождаемого тепловой энергией. Он разработал последовательную программу, охватывающую все стадии космической эволюции (какой он ее себе представлял), начиная с бесформенного скопления метеороидов. Небольшие скопления будут формировать кометы, в то время как большие – будут объединяться в звезды; первым, после возникновения и потери температуры, суждено в итоге блуждать по холодному, мертвому и бесцельному космосу. Не будь у Локьера стремления к тому, чтобы строго доказать эту сверхамбициозную гипотезу, он никогда не взялся бы за свое пространное исследование метеорных спектров, которые, без сомнения, были и важны и полезны.

В солнечной спектроскопии 1840‐х гг. существовало два любопытных, стоящих особняком достижения, и первое из них имеет почти все основания считаться фотографическим. Это случилось, когда Джон Гершель изобрел способ регистрации спектра в инфракрасной области путем смачивания в спирте черной бумаги и наблюдения «темных» линий в силу того факта, что они высыхали последними. Другие находили его опубликованные результаты невоспроизводимыми, но много позже, в 1880‐х гг., они убедились в их вполне реальном существовании, когда было обнаружено, что установленные длины волн соответствуют волнам, поглощающимся водяными парами земной атмосферы. Другое достижение, которое не могло быть сразу же воспроизведено, относится к 1842 г., когда Эдмон Беккерель использовал пластинку дагеротипа для регистрации всего фраунгоферова спектра Солнца. Он получил на ней даже ультрафиолет, к которому пластинка по вполне естественным причинам обладала чувствительностью, и ему удалось расширить фраунгоферову систему обозначения темных линий. Беккерель был сыном и отцом талантливых парижских физиков. Судя по всему, его достижение никому не удавалось повторить в течение более чем тридцати лет, хотя в ходе этого периода (в 1852 г.) ультрафиолетовый спектр Солнца наблюдался Джорджем Стоксом, воспользовавшимся своим умением изготавливать определенные флуоресцирующие вещества.

У Уоррена де ла Рю были и другие фотографические достижения. Его незаурядная изобретательность не позволила ему удовлетвориться обычным моментальным снимком Солнца. Чтобы найти ответы на вопросы, возникшие в связи с аргументацией Гершелей, он хотел получить трехмерное изображение Солнца. Профили солнечных пятен могли изучаться, как он знал, когда они из‐за вращения Солнца подходили к его видимому краю. Александр Уилсон из Глазго исследовал таким образом очень большое пятно в 1769 г. и обнаружил перспективный эффект, что понудило его к более тщательному исследованию данной проблемы. Позже этим же стали заниматься и многие другие. Как мы увидим далее, к 1866 г., когда Норман Локьер применит спектроскоп для изучения солнечных пятен самих по себе, внимание будет привлечено к совершенно другому типу свидетельств. Однако более ранний подход де ла Рю к этой проблеме был одновременно и остроумным, и более легким для понимания. В то время пользовались особой популярностью стереоскопические фотографии обычных сцен. Две фотографии снимались одновременно двумя камерами, отстоящими друг от друга на расстоянии, примерно равном расстоянию между зрачками. Если затем посмотреть на эти фотографии в демонстрационное устройство, в котором каждая фотография видима только одним глазом, то место действия предстанет в виде трехмерного изображения. Для Солнца такой прием не работал, поскольку его вид для каждого глаза фактически один и тот же. Тем не менее, вдохновившись скорее самой идеей, чем фотографированием Солнца с отстоящих друг от друга точек, де ла Рю просто сфотографировал Солнце один раз и, подождав, пока Солнце повернется вокруг своей оси, сфотографировал его второй раз, обеспечив таким образом такой его вид, каким оно выглядело бы с очень далекой точки. Он нашел, что 26‐минутный интервал является вполне приемлемым. (Он также применил похожий прием к фотографированию Луны, полагаясь на ее медленное покачивание по отношению к Земле, а именно – либрацию.)

Применив такой способ трехмерного анализа, де ла Рю обнаружил: яркие солнечные faculae (в переводе с латинского – «маленькие факелы») расположены выше в солнечной фотосфере (видимом слое), а темная часть солнечного пятна кажется более низкой, чем окружающая их полутень, над которой, по всей видимости, плавают факелы. Это сразу же отбросило уйму причудливых догадок о Солнце, не только тех, что были порождены Деремом, доказывавшим вулканическое происхождение солнечных пятен, но также и замечание Лаланда о солнечном пятне как гористом острове в море света, очерченном полутенью, так сказать, песчаной отмелью у берега.

Как и в случае астрономического использования первых телескопов, опробование новых методов наблюдения оказалось гораздо более простым занятием, чем выведение теоретических результатов из увиденного. Де ла Рю заслужил записать на свой счет то, что можно назвать первым вкладом фотографии в астрономическую теорию. Имелось несколько более ранних попыток применить фотографию к решению проблемы сверкающей corona («короны») Солнца, видимой в момент полного затмения Луной, и небольших розовых протуберанцев в ней. Они были описаны задолго до этого – на деле, уже в 1185 г., в средневековой русской летописи, где содержится упоминание о языках пламени, вырывающихся из затмившегося Солнца, как из раскаленных до красна древесных углей. Но принадлежат ли эти языки пламени (протуберанцы) самому Солнцу? Не являются ли они оптической иллюзией или, быть может, миражом? Биргер Вассениус, наблюдавший их в 1733 г. из Гетеборга в Швеции, описал их как красные облака в лунной атмосфере. Однако затмение 1851 г., также видимое с территории Швеции, по общему убеждению, указало на то, что протуберанцы действительно располагаются на Солнце. Полное солнечное затмение 18 июля 1860 г. было для европейских астрономов ниспосланным с неба шансом решить этот вопрос раз и навсегда. Полоса тени полного затмения проходила через юго-запад Ирландии, Нормандские острова и северо-запад Франции, потом пересекала Европу до Сицилии. Де ла Рю наблюдал его из верхней части долины Эбро, в то время как Анджело Секки – из Десьерто-де-лас-Палмас, в 400 километрах к юго-востоку от него. Сходство увиденного ими и того, что теперь было запечатлено для всеобщего обозрения на фотографиях, окончательно убедило профессиональных астрономов в солнечной природе протуберанцев.

В последующие десятилетия было сделано множество рисунков протуберанцев и короны, зарисованных из многих различных мест наблюдения полных затмений. В 1879 г. А. К. Раньяр и У. Г. Уэсли опубликовали более сотни ранних зарисовок и фотографий. У многих вызвало удивление широкое разнообразие форм, которые может принимать корона, и значительный диапазон изменений этих форм за интервалы времени существенно менее часа (как это наблюдалось из различных пунктов). Полученная слишком поздно, чтобы быть включенной в этот сборник, фотография короны, сделанная молодым спектроскопистом немецкого происхождения Артуром Шустером в Египте во время полного затмения 1882 г., зафиксировала незнакомую комету (ил. 202). Начиная с 1882 г. фотографический спектр короны регистрировался каждый раз, когда это становилось возможным во время затмения, и в ультрафиолетовой области (где человеческий глаз не может идти вровень с фотометрической эмульсией) был найден богатый ассортимент спектральных линий, что пополнило солнечные исследования совершенно новым измерением.

Камера все чаще применялась для исследования тонких деталей солнечных пятен, а также грануляции солнечной поверхности. Пьер Жюль Сезар Жансен был пионером в этой области. Ко времени, когда Жансен начал использовать фотографию, он уже снискал себе немалую известность благодаря остроумному устройству, сконструированному после наблюдения полного солнечного затмения 18 августа 1868 г. из Гунтура, неподалеку от Бенгальского залива. Направив щель своего спектроскопа на два огромных протуберанца, когда Солнце было полностью скрыто, он обнаружил интенсивные спектральные линии, соответствующие водороду. Ему пришло в голову, что если он пропустит свет только этой конкретной длины волны (то есть занимающей данное положение в спектре), то посредством быстрого сканирования Солнца щелью своего спектроскопа он сумеет получить фотографию Солнца и таким образом будет следить за его изменениями на регулярной основе, не дожидаясь затмений. Он сообщил своему спектроскопу вращательное движение, чтобы получить изображение Солнца из его щелевидных компонентов. Возможно, это напомнит нам принцип действия кинематографа. На деле, еще одно его изобретение – фотографический револьвер – обладает еще более близким сходством. Это приспособление он сконструировал для того, чтобы получить быструю последовательность фотографий во время прохождения Венеры в 1874 г.

Если французский народ и знал имя Жансена, то только как смельчака, покинувшего осажденный Париж на воздушном шаре во время франко-прусской войны для наблюдения затмения 22 декабря 1870 г. Локьер получил разрешение от пруссаков пропустить Жансена через их линии, но честь не позволила ему воспользоваться им, поскольку тот намеревался провезти с собой военные депеши. Попросив Академию наук поддержать его попытку, Жансен получил в свое распоряжение воздушный шар «Вольта». Вместе с помощником он достиг высоты 2000 метров и был отнесен ветром на запад, благополучно приземлившись со своими инструментами (и с депешами) недалеко от атлантического побережья. Он добрался до Орана (Алжир), чтобы наблюдать затмение, но погода оказалась менее склонной к сотрудничеству, чем Академия наук и пруссаки, и его путешествие имело скорее символическое, чем научное значение.

Исследования Жансена, сегодня бы принятые за вполне обычную астрофизику, в то время не воспринимались как нечто, имеющее непосредственное отношение к традиционной астрономии, и он, надо отметить, сталкивался со множеством трудностей в получении серьезной государственной поддержки. Его поддержка со стороны министра просвещения Виктора Дюрюи была настоящим везением. Министр хлопотал о предоставлении в распоряжение ученого оборудованной обсерватории и в итоге поменял ситуацию в его пользу. Через семь лет Жансену предложили на выбор два места, и он выбрал Медон. Ему было восемьдесят, когда штат астрономических сотрудников увеличился в общей сложности до двух человек; но все это время он выполнял в высшей степени важную исследовательскую программу, изготавливая атлас солнечных фотографий, охватывающий период с 1876 по 1903 г. (см. одну из фотографий из его работы на ил. 203). Так начинал свой путь один из наиболее выдающихся мировых центров солнечных исследований.

Первые солнечные фотографии зачастую проигрывали по сравнению с рисунками (на ил. 204 показан прекрасный пример того, что мог изобразить хороший рисовальщик). Часто претензии предъявлялись к размазанности некоторых частей фотографических изображений, но было бы неправильно видеть причину этих недостатков только в несовершенстве коллодионных пластинок. Жансен понимал: это явление вызывалось исключительно солнечными особенностями, и есть некая сетка, покрывающая Солнце, названная им réseau photosphérique (фотосферная сетка). Он гордился своим открытием сетчатой структуры солнечной поверхности и утверждал, что это первое открытие, которое просто невозможно было бы совершить без фотографии.

Еще интереснее провести параллель между карьерами Жансена и Нормана Локьера в Англии. Локьер, гражданский служащий без университетского образования, приспособил спектроскоп к своему 16-сантиметровому рефрактору в середине 1860‐х гг. и в 1866 г. задумался над той же идеей, что и Жансен в 1868 г., то есть посмотреть на Солнце только в узком участке света, соответствующем цвету протуберанцев. Правительственный грант он получил в 1867 г., но подходящий высокодисперсный спектроскоп – только через год, и смог наблюдать протуберанцы, как было запланировано, только 20 октября 1868 г. Он опробовал метод осциллирующей щели, но не добился сколько-нибудь значимых результатов, однако при помощи Уильяма Хёггинса он пришел к пониманию того, что широкой щели вполне достаточно, и красноречиво разглагольствовал о странных формах, обнаруживаемых в похожей на заросли солнечной атмосфере. Еще более странное случилось, когда он связался с Французской академией наук, чтобы сообщить о своих находках: его письмо, а также письмо, отправленное Жансеном, содержали объяснение одного и того же метода и пришли друг за другом с интервалом в считанные минуты. Со времен печальной истории с Нептуном прошло всего лишь двадцать лет. По этому случаю французское правительство щедро отметило почти одновременно совершенное открытие учреждением медали, на которой были изображены портреты обоих астрономов.

На деле, несмотря на свои индивидуальные достижения в астрофизике, Локьер так и не нашел себе ниши в астрономическом истеблишменте. Человек невероятной энергии, работавший с миссионерским рвением улучшить научную осведомленность населения, он в течение полувека был редактором знаменитого научного журнала Nature. Но даже при таких обстоятельствах он достиг очень незначительных результатов в своих попытках убедить правительство основать национальную астрофизическую обсерваторию. Солнечная физическая обсерватория была основана в Лондоне, в Южном Кенсингтоне, но впоследствии это место отвоевал нуждающийся в нем Музей истории науки. В возрасте семидесяти пяти лет, будучи уже разочарованным человеком, он самостоятельно построил обсерваторию в Сидмуте (графство Девоншир), где и работал в течение восьми лет до самой своей смерти.

Сегодня легко критиковать столь очевидный недостаток государственной заинтересованности в достижениях науки, но следует помнить особенности тех времен: считалось, что высокая наука подведомственна университетам, которые в Британии (в отличие от многих других европейских стран) не рассматривались как предмет главным образом правительственной опеки. Астрономия занимала периферийную позицию. Поколением ранее Эри стал первым Королевским астрономом, имевшим возможность уйти на покой, полагаясь только на свое официальное правительственное жалованье. (Галлей получил пенсию от военно-морского ведомства, и все другие лица, занимающие должность в этом ведомстве, являлись членами святого ордена, благодаря чему могли получать небольшие стипендии от церкви.) Однако Гринвич не относился к разряду исследовательских институтов, как и его американский двойник Военно-морская обсерватория в Вашингтоне, где современник Локьера Саймон Ньюком совершенно ясно отдавал себе отчет в необходимости доработки планетной и лунной теорий. Эти организации были основаны для того, чтобы обслуживать государство, поставлять таблицы и астрономические постоянные, делая их общедоступной полезной информацией, предназначенной только для практических целей. К счастью для астрономии, это не исключало щедрого финансирования обсерваторий из частных источников, особенно в Соединенных Штатах, где чувство гордости за место своего проживания было одним из ценимых факторов. В Британии, поскольку мы уже много наслышаны об Уоррене де ла Рю, мы можем упоминать его как пример человека, преодолевшего разрыв между астрономом и патроном. В 1873 г., услышав от Чарльза Притчарда, что Оксфордский университет должен основать новую обсерваторию, де ла Рю преподнес в подарок свой телескоп и другое оборудование. В 1887 г. он пошел еще дальше и купил для университета фотографический рефрактор для участия обсерватории в новом международном проекте каталогизации звезд «Carte du ciel». Создается впечатление, что Британия немного изменилась с того времени, когда Флемстид сам покупал себе инструменты.

По решению Международного астрографического конгресса, состоявшегося в Париже в 1887 г., целью проекта «Carte du ciel» устанавливалось составление фотографической карты всего неба. Он не был завершен до 1964 г., однако нельзя допустить, чтобы это заслонило собой колоссальное достижение Дэвида Гилла, директора Королевской обсерватории на мысе Доброй Надежды, который сотрудничал с Якобусом Каптейном из Гронингена в составлении более современного фотографического обзора. Южный звездный каталог Гилла, «Фотографический каталог мыса Доброй Надежды», был завершен в 1900 г. Он включал положения и фотографические звездные величины 454 875 звезд. Телескоп Гилла, установленный в 1886 г., имел 9-дюймовый (22,9-сантиметровый) объектив Грабба, и следует отметить, что он был сконструирован для визуальных наблюдений, а потому нуждался в корректировке для фотографической работы.

В конечном счете фотография стала инструментарием астрономической практики. Не только важнейшим нововведением для позиционной астрономии, но и для всех разделов астрофизики. Самые большие новые телескопы начиная с последней четверти XIX в. оснащались фотографическим оборудованием. Конечно, у фотографии были свои проблемы, но она оставалась главным регистрирующим инструментом вплоть до 1970‐х гг., когда ПЗС стала перенимать на себя все больше и больше ее задач.