Если бы все звезды, в том числе наше Солнце, были одинаково яркими, мы без труда измеряли бы космические расстояния. Чем звезда тусклее, тем, получается, дальше она от нас. Воспользовавшись мощными телескопами, мы могли бы измерить яркость звезд, слишком тусклых и незаметных невооруженному взгляду, а при помощи математики — вычислить расстояние до них. В физике есть закон обратных квадратов, который гласит: если одну из двух одинаково ярких звезд отодвинуть от смотрящего в два раза дальше, чем первую, то она станет казаться в четыре раза более тусклой. Если расстояние до звезды увеличить в три раза, она будет вдевятеро менее яркой (1/22 = 1/4; 1/32 = 1/9). Таким образом, будь все звезды сами по себе одинаково яркими, нам достаточно было бы взять в качестве эталона какую-то одну звезду, расстояние до которой известно, например Солнце, а потом сравнивать ее по яркости со всеми звездами, которые нам видны.

Но звезды не одинаково яркие. Все они возникли в разное время и сейчас находятся на разных этапах эволюции, а значит, как следствие, обладают разной температурой. На раннем этапе современной астрономии ученые попытались выстроить их в некоторую последовательность, обозначив типы звезд буквами латинского алфавита: от А до S, от самых горячих до самых холодных, — но более поздние открытия спутали порядок следования, так что теперь классификация выглядит так: О, В, A, F, G, К, М, R, N, S. Об этом я упомянул не с целью загрузить вас лишней информацией, а исключительно затем, чтобы рассказать о мнемонической хитрости англоязычных астрономов. Для легкого и быстрого запоминания последовательности типов звезд в зависимости от их температур астрономы придумали фразу: «Oh, be a fine girl, kiss me right now, sweetie» («О, будь хорошей девочкой, поцелуй меня прямо сейчас, солнышко»). А в 1970-е годы некоторые американские астрономы использовали фразу: «On Bad Afternoons, Fermented Grapes Keep Mrs. Richard Nixon Smiling» («В плохие дни госпожа Ричард Никсон улыбается только благодаря сброженному винограду»).

Поскольку звезды отличаются друг от друга по яркости, то, прежде чем определить расстояние до каждой из них, нужно установить, насколько они ярки. Допустим, мы каким-то способом узнали, что звезда Альфа находится от нас в четырех световых годах. И, предположим, нам известно, что другая звезда, Бета, в абсолютных величинах в два раза тусклее Альфы. Иными словами, если бы звезды располагались от нас на одном расстоянии, то Альфа казалась бы в два раза ярче. Теперь представим, что Бета в действительности кажется в шестнадцать раз тусклее Альфы. Применив закон обратных квадратов, мы вычислим, что при одинаковой яркости Бета находилась бы от нас в четыре раза дальше Альфы. Но Бета в два раза тусклее Альфы, значит, на самом деле она ближе к нам и всего вдвое дальше, чем Альфа. Это я все к тому, что, если бы мы знали, насколько ярка та или иная звезда, мы могли бы понять, насколько она далеко.

В 1904 году Генриетта Левитт работала в обсерватории Гарвардского колледжа и получала 30 центов в час. Она трудилась в отделе фотометрии, проверяя сотни фотографических пластинок с целью оценить яркость звезд. Эта работа требовала зоркости, хорошей тренированной памяти, усидчивости и умения не раздражаться из-за монотонности процесса.

Хотя большинство звезд обладают неизменной звездной величиной — то есть яркостью, видимой с Земли, — есть также немало звезд с колеблющейся яркостью, так называемых переменных звезд. Генриетте Левитт, при ее способности запоминать увиденное с первого взгляда, достаточно было взглянуть на фотопластинку с изображением, полученным прошлой ночью, чтобы заметить, что, скажем, одна из звезд изменила яркость по сравнению со снимком, сделанным неделей раньше. Так она выявила более двух тысяч переменных звезд — то есть около половины от общего количества, известного на тот момент. Это было серьезное достижение, однако главное открытие Генриетты касалось одного из классов переменных звезд — цефеид, названных так, потому что вариабельность их светимости совпадает с вариабельностью звезды в созвездии Цефея.

Левитт заметила, что яркость этих звезд меняется с четкой периодичностью — чем выше их абсолютная звездная величина, тем длиннее цикл изменения светимости. Так, цефеида, чья яркость в 800 раз превышает яркость Солнца, проходит путь от максимума до минимума яркости и обратно за три дня (это и есть ее период), а цефеиде, которая в десять тысяч раз ярче Солнца, на это требуется тридцать дней. Итак, измерив цикл изменения светимости цефеиды, астрономы получили возможность вычислить ее абсолютную звездную величину, а исходя из этих данных, уже не составляло труда определить и расстояние.

Открытие Левитт дало ученым новые возможности оценить масштабы Вселенной. Используя мощные телескопы, астрономы открыли множество звезд со сходным типом изменения светимости в туманностях и галактиках, которые раньше считались частью Млечного Пути. Но, вычислив по циклам светимости абсолютную звездную величину этих звезд, ученые пришли к выводу, что они никак не могут находиться в пределах нашей галактики, иначе эти далекие солнца казались бы с Земли куда ярче. Тот факт, что они выглядели намного тусклее, чем могли бы, и при этом обладали большой абсолютной звездной величиной, свидетельствовал только об одном — они находились от нас намного дальше, чем звезды нашей Галактики.

Наша Галактика имеет протяженность 100 000 световых лет, то есть, чтобы пересечь ее из конца в конец лучу света понадобится 100 000 лет (см. главу «Сколько длится световой год?»). А первая галактика, расстояние до которой было измерено исходя из данных об имеющихся в ней цефеидах, находится от нас в двух с половиной миллионах световых лет. Таким образом, размеры разведанной нами Вселенной в одночасье увеличились в 25 раз!

Для человека, внесшего столь заметный вклад в развитие астрономии, Генриетта Левитт, по мнению многих, не получила того признания в научных кругах, которого заслуживала. В те времена, когда она работала в Гарварде, астрономия оставалась сугубо мужским занятием, и, поскольку Левитт не была дипломированным астрономом (а может, и из-за ее принадлежности к прекрасному полу), ей, при всей ее страстной увлеченности астрономией, так и не разрешили пользоваться профессиональным телескопом. Другая женщина-астроном, Сесилия Пейн-Гапошкина (1900–1979), говорила, что не дать Левитт использовать телескоп было «грубой ошибкой, обрекшей блестящего ученого на совершенно не подходящий для нее неквалифицированный труд и, возможно, задержавшей исследование переменных звезд на несколько десятилетий».

После смерти Левитт ее вклад в науку был наконец оценен по достоинству. Ее имя было присвоено кратеру диаметром 65 километров, расположенному на обратной стороне Луны.

Бывает, так начитаешься научных публикаций, что аж голова кругом идет. Новейшие исследования в физике — и в особенности в астрономии и космологии — имеют дело с такими вещами, о которых ученые рассуждают как о чем-то само собой разумеющемся, но человеку неподготовленному все это может показаться фантастикой.

Я сейчас не имею в виду настоящую астрономическую экзотику: черные дыры, червоточины[7], мультивселенную, раздувание Вселенной и прочее. Нет, даже куда более «обыденные» космические явления, описанные словами, для понимания которых не требуется никакого специального образования, часто поражают воображение.

Возьмем, к примеру, Крабовидную туманность. Это расплывчатое пятно, которое видно даже в плохонький телескоп, являет собой останки звезды, по данным исследователей взорвавшейся в 1054 году нашей эры. Сейчас (или, точнее, шесть тысяч лет назад — именно столько времени требуется свету, чтобы добраться из Крабовидной туманности до Земли) большая часть вещества погибшей звезды разлетается прочь от центра со скоростью около 1500 километров в секунду, а диаметр туманности достигает примерно 11 световых лет (100 000 000 000 000 километров). Но поразительно не это. Огромные размеры и расстояния я уж как-нибудь в состоянии переварить. Проблема в той штуке, которая находится в центре Крабовидной туманности.