Хёггинс, будучи старше Локьера на двенадцать лет, в определенном смысле походил на него. Оба они пришли в астрономию как любители, без какого-либо университетского образования, но достаточно богатыми для того, чтобы купить прекрасное оборудование; и оба в итоге получили рыцарское звание за свои заслуги перед наукой. Локьер был скорее теоретиком, а Хёггинс – по большей части аккуратным наблюдателем, который по истечении многих лет получил в награду должность президента Королевского общества (1900–1905). Хёггинс создал себе репутацию пионерской работой в области спектроскопии. Он ей занимался главным образом у себя дома, в частной обсерватории, примерно в восьми милях к югу от Вестминстера (ил. 205). Изучая находки Кирхгофа, он попросил химика Уильяма Аллена Миллера из Королевского колледжа в Лондоне помочь ему исследовать звездные спектры. Миллер уже тогда был опытным специалистом в области спектроскопии, и так уж случилось, оба эти человека жили недалеко друг от друга. В 1862 г. они начали изучать спектры небесных тел, включая Луну, Юпитер, Марс и многие неподвижные звезды. Их предварительные результаты были представлены аудитории Королевского общества в феврале 1863 г. и включали в себя диаграммы спектров Сириуса, Альдебарана и Бетельгейзе – трех ярчайших звезд в созвездиях Большой Пес, Телец и Орион соответственно. Некоторые спектральные линии нашли посредством измерений, а остальные отождествили визуально. В том же году, использовав новое и лучшее оборудование, они получили существенно более совершенные результаты, измеряя порядка 70–80 линий в спектре каждой из ярчайших звезд.

В 1867 г. Хёггинсу и Миллеру совместно вручили золотую медаль Королевского астрономического общества за скрупулезное изучение спектров, хотя их заслуги далеко не ограничивались только этим. Работа ученых стала источником небывалого энтузиазма, а далеко идущие выводы, которые они из нее сделали, были еще более вдохновляющими. Они представили соображения об источнике света звезд и Солнца: их спектры, несмотря на темные линии и полосы поглощения, рассматривались как принципиально непрерывные, интерпретированные ими как признак «твердых или жидких тел в раскаленном состоянии». Прибегнув к небулярной гипотезе образования звезд, они пришли к выводу, что очевидные существенные различия в строении различных звезд свидетельствуют о сильном отличии друг от друга пропорций химических элементов той или иной части небулярной материи. Время теории химических превращений внутри звезд еще не пришло. Но они могли по меньшей мере обратить внимание на многие признаки сходства между удаленными звездами и Солнцем, заключив, что, по всей видимости, это означает следующее: многие звезды обладают собственными планетными системами, и «если материя, существующая на поверхности Земли, идентична той, которая находится в звездах, то резонно предположить, что та же самая материя должна присутствовать и на их планетах, генетически связанных с ними, как это наблюдается в нашей Солнечной системе». После этого они перешли к утверждению о несомненном существовании в этих удаленных планетных системах живых существ. И это не типичная безумная гипотеза, а предположение, основанное на том факте, что элементы, необходимые для живых созданий на Земле (они упоминали о водороде, натрии, магнии и железе), были в точности теми элементами, которые, согласно их наблюдениям, широко представлены в звездах.

Утверждая, что их выводы о широкой распространенности жизни во Вселенной основаны на «экспериментальном базисе», Хёггинс и Миллер коснулись проблемы, горячо обсуждавшейся в Британии в течение полувека и более. В этом жанре, конечно же, существовала классическая литературная традиция, ведущая свое начало от Цицерона и сна Сципиона, от Кеплера с его «Разговором со Звездным вестником» (1610), где на основании существования лун у Юпитера утверждалась возможность жизни на этой планете, поскольку разве они не похожи на нашу Луну, целью которой является служение нам? У Фонтенеля можно найти остроумные описания существ, обитающих на других планетах, не говоря уже о трезвом и глубоком рассуждении Канта о его категорическом императиве, который, по его словам, должен был управлять моралью обитателей планет. Однако благодаря проповедям образованного пресвитерианского священника Томаса Чалмерса этот вопрос неожиданно достиг не столь ученого лагеря. Он мог в течение целых четырех часов услащать слух прихожан своего храма в Глазго обеденными проповедями о том, как Бог наполнил Вселенную разумной жизнью. Включение той же темы в его книгу «Астрономические рассуждения» (1817), без сомнения, способствовало превращению ее в бестселлер, которым она вскоре и стала. Самые влиятельные интеллектуальные споры этого периода проистекали главным образом из этого образца. Среди тех, кто в них участвовал, были кембриджский математик Уильям Уэвелл, шотландский издатель и писатель Роберт Чамберс и шотландский физик сэр Дэвид Брюстер – ревностный кальвинист и биограф Ньютона.

Не представляется никакой возможности изложить их аргументацию вкратце, но нельзя упускать их влияния на в высшей степени дискуссионное сочинение Чарльза Дарвина «Происхождение видов» (1859), несмотря на, казалось бы, полное несходство тематики. Дискуссионный накал резко возрос в 1844 г., когда Чамберс опубликовал анонимный трактат под названием «Следы естественной истории творения». В этом трактате, начинавшемся с описания небулярной гипотезы в стиле Лапласа, он высказывал аргументы в пользу существования эволюционного биологического цикла во всей Вселенной, укорененного в мире химических элементов. Уэвелл, избранный в 1841 г. директором Тринити-колледжа в Кембридже, несмотря на прежнее толерантное отношение к взглядам Чалмерса, резко сменил курс и отреагировал на «Следы» хотя и с некоторым запозданием, но решительно. Опираясь на теологические основания, он настаивал на уникальности человеческой жизни и на ее появлении на Земле исключительно по воле провидения, чудесным образом. Эволюция предавалась анафеме, и ей же, по всей видимости, предавалась жизнь где-либо еще. Он опубликовал свое сочинение тоже анонимно, в 1853 г., но совершенно не позаботился о лучшей маскировке своего авторства. Теперь к этой борьбе подключился Брюстер. Будучи давнишним критиком Уэвелла, он поддержал Чалмерса своим внушительным авторитетом – сначала в гневной рецензии, а в 1854 г. и в полноформатной книге. Для опровержения любезного и благосклонного отношения к нам Бога, он, например, указал на незначительность и периферийность природы человеческого обиталища – Земли. В этом споре приняли участие многие другие, и грянувшая как гром с ясного неба книга Дарвина отнюдь не утихомирила его. В 1833 г. Уэвелл воспользовался аргументом, который чем-то напоминал сегодняшний «антропный принцип» (о нем мы поговорим чуть более подробно на с. 1043), указав на следующее: если бы установленные Богом законы природы были другими, жизнь оказалась бы невозможной. В одной из записных книжек Дарвина есть интригующая запись: «процитировать Уэвелла всерьез, так как он говорит, что продолжительность дня приспособлена к длительности человеческого сна!!! Аналогичным образом приспособлена вся вселенная!!! А не человек к случайностям планеты, вот так высокомерие!!» Ко времени опубликования «Происхождения видов» уже существовало по меньшей мере два десятка книг, написанных для того, чтобы возразить одному только Уэвеллу. Находки Хёггинса и Миллера были не из разряда тех вещей, которые прошли незамеченными, как может показаться сегодня.

Среди многих спектральных открытий, сделанных Хёггинсом и Миллером, отметим совершенное в 1864 г., когда в спектре большой туманности в созвездии Орион они идентифицировали две странные зеленые линии. Хёггинс полагал, что он нашел там новый элемент, неизвестный на Земле, который он назвал «небулий». Спустя пять лет Джон Гершель визуально подтвердил наблюдение, сделанное Уильямом Парсонсом, лордом Россом, непрерывного спектра света Туманности Ориона. На этом основании он постулировал существование единой последовательности туманностей, на одном конце которой находятся туманности с полностью непрерывным спектром, а на другом – с полностью эмиссионным. Это никак не помогло в решении небулярной проблемы, но повысило уровень осведомленности о гораздо большей сложной организации космоса, чем та, которая предполагалась. Будучи не в силах разгадать эту тайну, астрономы и физики часто возвращались к решению небулярного вопроса, и только в 1928 г. А. С. Боуэн показал, что эти линии являлись так называемыми запрещенными линиями кислорода и азота. (Запрещенные линии – обнаруженные в спектрах некоторых туманностей в областях H II, а не в лабораторных спектрах, поскольку мы не можем получать на Земле столь сильно разреженные газы. Боуэн был первым, кто объяснил это явление, и вскоре мы убедимся, насколько это объяснение оказалось важным.) Сам факт введения Хёггинса в заблуждение не должен умалять огромного значения его наблюдения, которое доказало, что наблюдаемые туманности – газовые, а не твердые или жидкие, как, например, иногда предполагалось.

Псевдооткрытие небулия Хёггинсом резко отличается от весьма реального открытия элемента гелия, обнаруженного на Солнце Норманом Локьером. Открытие земного гелия затянулось до 1895 г., когда его выделил сэр Уильям Рамзай. Как ни странно, именно Локьер сумел извлечь из небулия наиболее спекулятивный капитал, поскольку он полагал, что этот элемент подтверждает его теорию небесной эволюции. Между ним и Хёггинсом существовали большие трения по вопросу, соответствуют ли зеленые линии части лабораторного спектра магниевой вспышки. На сей раз Хёггинс оказался прав – отнюдь нет. Однако был и другой вопрос – не являются ли «зеленые туманности» Хёггинса питательной средой для звезд, если следовать старой догадке, развиваемой, например, Уильямом Гершелем. И опять Локьер ухватился за это замечание и включил его в свою так называемую диссоциационную гипотезу звездной эволюции. Хёггинс проявил большую осторожность. Он знал, что спектры звезд содержат признаки многих химических элементов, а спектры газовых туманностей – лишь очень малую их часть. Не пройдет и нескольких десятилетий, как будущая теория звездной эволюции сумеет объяснить эти спектральные различия.

Создается впечатление, что Хёггинс был счастлив перейти от спектров ярких объектов к другим и сосредоточиться на таких слабых объектах, как кометы и звезды, включая новую 1866 г. В 1866 г. он предложил одно из наиболее полезных новшеств в применении спектроскопии в астрономии. В 1841 г. австрийский физик Кристиан Доплер привел теоретическое обоснование изменения длины волны источника, движущегося относительно наблюдателя, – изменение тона у источника звука или цвета у источника света. А. И. Л. Физо (больше известный как физик, чем как астроном) увидел возможности использования темных фраунгоферовых линий для создания цветовых реперов, и Хёггинс обладал достаточным знанием их общей структуры, чтобы произвести сравнение между лабораторным источником света и слабыми спектрами звезд. В 1868 г. он впервые измерил скорость звезды, использовав для этого эффект Доплера. Он оценил скорость Сириуса в 29,4 мили в секунду по направлению от Солнца – по направлению от, так как он зарегистрировал смещение спектра в красную сторону, что свидетельствовало о понижении частоты и, соответственно, увеличении длины волны. Это значение, полученное визуально, оказалось завышенным, и позднее он заменил его меньшей величиной, но применение эффекта Доплера в астрономии доказало свое первостепенное значение, особенно в космологии, когда он в итоге был применен при изучении света, идущего от галактик в целом.

В 1863 г. Хёггинс попытался сфотографировать спектр Сириуса, но сначала получаемое им представляло собой только пучки света на пластинках. В 1872 г. Генри Дрэпер получил в Нью-Йорке фотографию спектра Веги (α Лиры) с четырьмя линиями; а затем, в 1875 г., Хёггинс начал получать для таких ярких звезд, как Сириус и Вега, все более и более качественные результаты. Он был первым, кто стал использовать новый фотографический процесс на «сухой пластинке» с сенсибилизированным желатином вместо старого мокрого коллодионного способа. Четырьмя годами позже ему уже удавалось регистрировать спектр в ультрафиолетовой области. Эти и другие линии, часть которых ранее получил Г. В. Фогель в Берлине, а другую часть позже М. А. Корню в Париже, позволили ему заключить, что белые звезды обладают огромным количеством водорода. Это было важным открытием, положившим начало общего роста интереса к факту подавляющего перевеса водорода во Вселенной над всеми другими элементами.

1875 г. стал важной переломной точкой в жизни Хёггинса не только касательно астрофизики, поскольку в этом году он женился на Маргарет Линдсей Мюррей из Дублина. Несмотря на возраст – она была моложе его почти в два раза, – Маргарет быстро стала его неоценимым интеллектуальным партнером как в астрономических наблюдениях, так и в публикации их совместных находок. Они вместе работали со спектрами звезд; делать это в одиночку было весьма непросто: требовалось наблюдать спектр, удерживая изображение движущейся звезды на щели спектроскопа, ширина которой составляла менее одной десятой миллиметра, в течение всей экспозиции, длившейся около часа. Работая совместно, они получили где-то в 1889 г. фотографическое изображение спектра планеты Уран. Анджело Секки впервые визуально наблюдал спектр Урана в 1869 г., а в следующие десятилетия аналогичные наблюдения повторили и другие; нашлись астрономы, полагавшие, будто этот спектр содержит свидетельства свечения Урана своим собственным светом. Чета Хёггинсов сдержала развитие этой идеи, показав, что его спектр был примерно таким же, как и спектр Солнца, а потому нет причин отказываться от предположения о его свете, как просто отраженном.

Начиная с затмения 1882 г. и далее спектр солнечной короны стал регулярно фотографироваться. Наиболее четкие результаты получались в спектральных линиях, соответствующих водороду, которые нашел Жансен в протуберанцах во время затмения 1868 г. Другое спектроскопическое открытие, сделанное в следующем году, имело гораздо более загадочную природу в том смысле, что у него отсутствовал какой-либо известный лабораторный аналог. 7 августа 1869 г. полоса тени полного солнечного затмения пересекала Северную Америку. Корона изучалась полной энтузиазма армией астрономов. Лучшую работу выполнил в Де-Мойне, штат Айова, Уильям Харкнесс, астроном Военно-морской обсерватории в Вашингтоне. Он получил вполне ожидаемый непрерывный спектр короны, но обнаружил в нем единственную зеленую спектральную линию. То же самое открытие независимо сделал Чарльз Огастес Юнг из Дартмута, который вскоре оказался в Колледже Нью-Джерси, ставшем впоследствии Принстонским университетом. Положение зеленой линии в спектре подсказало физикам Кирхгофу и Андерсу Ангстрему, что ее активным элементом является железо, хотя эта идентификация вызвала серьезные возражения. В 1876 г. Юнгу удалось разрешить зеленую линию на два компонента, один из которых принадлежит железу. Другой приписали неизвестному элементу в корональном газе, пока не выясненному. У него отсутствовал земной эквивалент, и в итоге предполагаемому элементу присвоили наименование короний.

В последующие десятилетия было найдено и измерено гораздо больше характерных для короны спектральных линий, но они не наблюдались ни у одного из земных источников. Однако в 1925 г. некоторые линии спектра новой RR Живописца показались Гарольду Спенсеру Джонсу каким-то образом связанными с линиями в короне; и в 1933 г. часть этих странных линий четко обнаружили при вспышке новой RS Змееносца. Воодушевившись утверждением Спенсера Джонса, Бенгт Эдлен из Упсалы (Швеция) начал проводить лабораторные исследования спектров искрового разряда элементов, и к 1939 г. он и А. С. Боуэн доказали, что и в новых звездах, и в солнечной короне есть одинаковые эмиссионные линии, присущие железу. Они доказали, что «запрещенные линии», как и уже объясненные Боуэном, являются следствием очень малой плотности короны. Почти сразу после этого сотрудник Потсдамской астрофизической обсерватории (одного из важнейших исследовательских центров на юго-западе Берлина) В. Гротриан допустил существование других совпадений у линий, также принадлежащих железу. Не прошло и года, как Эдлен нашел подтверждение этому аргументу и составил список корональных линий, принадлежащих очень сильно ионизированным атомам железа, кальция и никеля, что позволило ему высказать предположение о температуре короны – порядка миллиона градусов по Цельсию. Иными словами, к 1940 г. призрак был низложен, и стало совершенно ясно (по меньшей мере для тех, кто в это военное время имел возможность усваивать новую информацию), что короний оказался иллюзией, и за этим названием нет никакого нового экзотического элемента.