Д-р Хаггинс в довольно разочаровывающей статье о кометах, недавно переданной современнику, отмечает, что ядро, хотя и является по-видимому незначительным пятнышком, «действительно является сердцем и ядром всего этого — потенциально это комета». Это едва ли еще доказано, хотя кажется чрезвычайно вероятным. Однако верно, как он добавляет, что только эта часть кометы строго соответствует законам гравитации и движется строго по своей орбите. «Если бы мы могли видеть большую комету», — продолжает он, — «во время ее далекого странствия, когда она сняла праздничные наряды перигелийного возбуждения, она выглядела бы как очень трезвый объект и состояла бы из немногим более, чем одного ядра». Это опять же кажется вероятным, хотя это еще никогда не было доказано, и деление некоторых комет на две или более частей, каждая из которых имеет свою кому, ядро и хвост, показывает, что ядро не может быть в каждом случае тем, что д-р Хаггинс, по-видимому, здесь предполагает. Д-р Хаггинс поступил хорошо, сказав (хотя и недостаточно подчеркнуто, учитывая, как часто повторяется ошибка), что «хотя многие телескопические кометы имеют чрезвычайно малую массу, включая ядро — настолько малую, в самом деле, что они не способны возмущать такие малые тела, как спутники Юпитера, — все же мы сильно ошиблись бы, если бы предположили, что все кометы — это «воздушные ничто». У некоторых больших комет ядро может быть несколько сотен миль в диаметре или даже гораздо больше и может состоять из твердого вещества. Нет необходимости говорить, что столкновение кометного ядра такого порядка с землей произвело бы разрушение в широком масштабе».
Еще более необходимо исправить широко распространенное заблуждение относительно отношений между метеорами и кометами. Мы слышим утверждение, что ядро кометы состоит из метеорных камней (профессор П. Г. Тейт говорит — по неизвестным причинам — что они напоминают «булыжники или даже кирпичи») так уверенно, как будто земля когда-то проходила через ядро кометы, и некоторые из наших улиц теперь вымощены камнями, которые упали на землю по такому случаю. На самом деле, все, что было доказано, это то, что метеорные тела следуют по пути (который сильно отличается от хвоста) некоторых известных комет, и что, вероятно, все кометы сопровождаются поездами метеоров. Они могли выйти из головы или ядра каким-то пока не объясненным образом; но отнюдь не уверенно, что они сделали это, и многими астрономами это рассматривается как более чем сомнительное.
Наиболее важные моменты, которые следует заметить в поведении больших комет по мере их приближения к солнцу, заключаются в том, что обычно сторона комы, которая лежит к солнцу, является сценой интенсивного возмущения. Потоки светящегося вещества, по-видимому, постоянно поднимаются к солнцу, достигая определенного расстояния от головы, когда, принимая облакоподобный вид, они, по-видимому, образуют оболочку вокруг ядра. Эта оболочка постепенно увеличивает свое расстояние от солнца, становясь слабее и больше, в то время как внутри нее процесс повторяется и образуется новая оболочка. Это, в свою очередь, поднимается от ядра, расширяясь по мере того, как это делает, в то время как внутри нее образуется новая оболочка. Тем временем та, что была сформирована первой, стала слабее, возможно, исчезла. Но иногда процесс идет так быстро (день или два достаточны для формирования полной новой оболочки), что несколько оболочек будут видны в одно и то же время, самая внешняя самая слабая, самая внутренняя самая неправильная по форме и самая разнообразная по яркости, в то время как оболочка или оболочки между ними являются наиболее развитыми и наиболее регулярными.
Вещество, поднятое в этих оболочках, по-видимому, претерпело определенное изменение характера, заставляя его больше не подчиняться притягательному влиянию солнца, а испытывать сильное отталкивающее действие от него, посредством чего оно, по-видимому, сметается с большой скоростью, чтобы сформировать хвост. «Он течет мимо ядра», — говорит д-р Хаггинс, — «со всех сторон, все еще расширяясь и стреляя назад, пока не образуется хвост в направлении, противоположном солнцу. Этот хвост обычно изогнут, хотя иногда видны также лучи или дополнительные хвосты, заметно прямые». Описание, однако, неполно в одном важном отношении. Вещество, поднятое из ядра для формирования оболочек, может быть, и вероятно, переносится мимо ядра со всех сторон; но вид, представленный хвостом прямо за ядром, не совсем соответствует нашим идеям о том, что должно получиться в результате протекания мимо «со всех сторон». Существует темное пространство непосредственно за ядром, то есть там, где ядро, если бы оно было твердым, отбрасывало бы свою тень, если бы было вещество, чтобы принять свет со всех сторон, так что тень можно было бы увидеть. Теперь может показаться сначала, что это соответствует точно тому, что должно быть видно: когда мы смотрим прямо за ядро, нет света, или очень мало; когда мы смотрим с любой стороны этого темного пространства, есть светящееся вещество, которое было отогнано назад из оболочек перед ядром. Но если светящееся вещество течет мимо ядра со всех сторон, оно должно течь мимо ядра на стороне, ближайшей к наблюдателю, а также на стороне, наиболее удаленной; и именно там, где линия зрения проходит через эти две области яркости, видна темная полоса прямо за ядром. Пусть читатель нарисует два концентрических круга — один диаметром в дюйм, другой в два дюйма — и пусть он затем нарисует две параллельные касательные к внутреннему кругу на противоположных сторонах от него. Предполагая теперь, что пространство между двумя кругами представляет в сечении светящееся вещество, которое течет вокруг ядра, в то время как поверхность внутреннего круга представляет неосвещенную часть за ядром, две касательные линии будут представлять линии зрения по обе стороны от темной области, где, как мы могли бы ожидать, мы получаем много света; и мы также можем очень хорошо понять, почему вне этого линия зрения через светящееся вещество (или хорды к нашему внешнему кругу), становясь все короче и короче, свет светящихся полос, ограничивающих эту часть хвоста, становится все слабее и слабее; но если прямо внутри любой из двух касательных хорды проводятся параллельно им, пересекая внутренний круг, части этих хорд, которые лежат между двумя кругами, очень почти равны по длине самим касательным линиям; и даже общий диаметр для обоих кругов имеет, лежа между ними, две части, вместе равные радиусу внешнего. Следовательно, поскольку линия зрения даже через середину пространства за ядром проходит через значительный диапазон светящегося вещества, в то время как линия внутри, но близко к окраинам этого пространства проходит через почти такой же большой диапазон светящегося вещества, как одна прямо вне этого пространства, должно быть много света там, где все же глазу кажется, что есть что-то вроде абсолютной темноты. Либо глаз сильно обманут, либо мы должны найти какое-то объяснение темноты, существующей там, где можно было бы ожидать значительной яркости.
Вещество, которое формирует хвост, по-видимому, как я сказал, сметается с оболочек, поднятых действием солнца на ядро. Кажется, как будто вещество, таким образом поднятое, претерпело каким-то образом изменение характера, которое заставило его больше не подчиняться закону гравитации, как оно делало, когда формировало часть ядра, но вместо того, чтобы уступать притяжению солнца, подчиниться скорее интенсивному отталкивающему действию, перенося его с гораздо большей скоростью от солнца, чем под действием гравитации — начиная с состояния покоя и свободным от всех возмущающих влияний — оно могло быть притянуто к нему. Д-р Хаггинс таким образом формулирует свой отчет о том, что, по-видимому, происходит: «Теперь видно, как происходит изменение, которое наиболее озадачивает — а именно, эти оболочки света, по-видимому, отдают свое вещество под влиянием сильной отталкивающей силы, исходящей от солнца, и быть вынужденными назад». Сэр Джон Гершель, после своего долгого и тщательного изучения кометы 1830 года (Галлея при ее втором возвращении), пришел к выводу, что отталкивающее действие, оказываемое солнцем на вещество, поднятое в этих оболочках, было отчетливо доказано.
И все же здесь, где, казалось бы, мы впервые обретаем твердую почву для гипотезы относительно этих загадочных объектов — хвостов комет, — мы сталкиваемся с колоссальными трудностями. Рассмотрим, например, явления, связанные с кометой Ньютона. Эта комета преодолела последние девяносто миллионов миль своего пути к Солнцу за четыре недели. По истечении этого времени она на несколько дней скрылась из виду, имея к тому моменту хвост длиной не менее девяноста миллионов миль. Прошло четыре дня, и она появилась с другой стороны Солнца, пройдя за это время почти полукруг — в действительности, конечно, перигелийную часть своей длинной овальной орбиты. При повторном появлении ее хвост все еще имел длину девяносто миллионов миль, но направление этого хвоста, разумеется, было совершенно иным, нежели у того, что наблюдался ранее — два направления составляли угол около ста шестидесяти градусов друг к другу. Теперь, как отмечает сэр Джон Гершель, мы не можем рассматривать хвост кометы как нечто, вращающееся подобно палке, пока комета совершает свой путь через перигелий. Хвост, с которым комета появилась вновь, должен был быть совершенно новым образованием. И мы не можем сомневаться в том, что если бы за кометой наблюдали во время ее прохождения вокруг Солнца, то изменения в положении хвоста, наблюдавшиеся до момента исчезновения, продолжались бы непрерывно, и хвост равномерно перемещался бы из того положения, которое он занимал тогда, в то, которое он имел во время повторного появления. Таким образом, мы можем с полным основанием предположить, что хвост, с которым комета появилась вновь, сформировался за гораздо меньшее время, чем то, в течение которого комета была скрыта из виду. Вероятно, его самая удаленная часть сформировалась менее чем за день, а часть, прилегающая к ядру, — разумеется, позднее. Но если вещество, отталкиваемое от ядра, таким образом преодолевало расстояние в девяносто миллионов миль максимум за двадцать четыре часа, то средняя скорость его движения составляла около тысячи миль в секунду, что почти в три раза превышает максимальную скорость, которую Солнце может сообщить своей силой притяжения веществу, приближающемуся к нему извне, даже если это вещество движется к нему с почти бесконечного расстояния и по идеально прямой линии — в условиях, наиболее благоприятных для достижения высокой конечной скорости. Такая скорость, которую Солнце может придать таким образом посредством своей силы притяжения, сообщается только веществу, которое долгое время подвергалось его влиянию; но здесь, в хвосте великой кометы 1680 года, вещество, по-видимому, почти мгновенно приобрело скорость, достаточную для того, чтобы преодолеть девяносто миллионов миль со средней скоростью, в три раза превышающей ту, которую Солнце может сообщить после длительного воздействия своей силой притяжения!
Трудность настолько велика, что было предпринято множество попыток преодолеть ее — некоторые смелые и дерзкие, другие же откровенно нелепые в своей ненаучной абсурдности.
Среди наиболее остроумных из них является (или, вернее, являлась, ибо я полагаю, что она больше не поддерживается даже своим выдающимся автором) теория профессора Тиндаля о хвосте кометы как об актиническом облаке, возникающем при прохождении солнечных лучей через чрезвычайно разреженное вещество после того, как эти лучи частично утратили свою тепловую энергию при прохождении через ядро кометы. Согласно этой теории, актиническое облако не может образоваться под воздействием тепловых лучей, но как только актинические лучи падают на разреженное вещество, облако формируется — так что вокруг области, где должна была бы находиться тень кометы, нет светящегося облака, в то время как вдоль этой области облако существует. Скорость распространения света, конечно, сделала бы это объяснение абсолютно совершенным для объяснения кометных хвостов, всегда лежащих точно на прямой линии, направленной от Солнца, или имеющих ось, расположенную таким образом. Но, к сожалению, это чрезвычайно быстрое формирование хвоста (хвост длиной девяносто миллионов миль сформировался бы примерно за восемь минут) — это больше, чем требуют наблюдения или чем они могут объяснить. Профессор Тиндаль допустил небольшую оплошность, рассматривая эту часть своей теории. Заметив, что актиническое облако, как он его назвал, формируется не мгновенно, а с задержкой в несколько секунд в его экспериментах, он рассуждал так, будто из этого следует, что формирование актинического облака позади ядра кометы в пространстве может быть процессом, распространяющим свое действие на расстояние от ядра со скоростью, значительно меньшей, чем скорость света, но все же достаточно быстрой, чтобы объяснить чрезвычайно быстрое формирование хвоста кометы Ньютона и других подобных хвостов. Но небольшое размышление покажет, что несколько секунд, проходящих после падения света на пары, с которыми работал Тиндаль, до появления светящегося облака, не произвели бы такого эффекта, как он воображал. Скорость формирования хвоста все равно была бы скоростью распространения света. Представьте себе ядро в точке А, ради аргумента, и солнечный свет, достигнув А, проходит дальше к B, C, D, E и т. д. до Z, на расстояние, скажем, сто миллионов миль, за девять минут:
А . . . B . . . C . . . D . . . E . . . . . . Z.
Предположим, что когда свет достиг парообразного вещества, находящегося в точке B, проходит интервал в одну полную минуту (гораздо больше, чем любой интервал, замеченный в экспериментах Тиндаля), прежде чем актиническое облако появится в поле зрения, аналогичный интервал после того, как свет прошел C, прежде чем облако будет замечено там, и так далее, вплоть до момента прибытия света в точку Z. Рассуждение профессора Тиндаля подразумевало, что все временные интервалы, возникающие таким образом в B, C, D, E и т. д. вплоть до Z, должны быть сложены вместе, чтобы дать общее время формирования хвоста от A до Z, и, следовательно, естественно, могло пройти много времени, и ядро, достигнув к концу этого времени иного положения, чем то, которое оно занимало в начале, объяснило бы как отклонение хвоста от направления, точно противоположного Солнцу, так и кривизну хвоста. Но каковы фактические обстоятельства дела? Часть хвоста, сформированная последней под предполагаемым солнечным актиническим воздействием, а именно часть в точке Z, сформировалась бы ровно через девять минут после того, как свет покинул A, и через десять минут после того, как была сформирована часть, ближайшая к A (теми же световыми волнами), ибо через девять минут после выхода из A свет будет в Z, а через минуту после каждой эпохи (согласно нашему предположению) актиническое облако сформируется соответственно в A и в Z. Мы получаем тот же самый интервал — девять минут — независимо от того, появляется ли актиническое облако сразу после того, как свет прошел через пар, который должен образовать облако, или через минуту, или через час. В любом случае хвост формировался бы наружу от A со скоростью распространения света. Это не согласуется с явлениями — на самом деле, предположение о том, что хвост может формироваться со скоростью распространения света, при проверке приведет ко многим совершенно очевидным абсурдам, которые профессор Тиндаль, несомненно, осознал, когда искал способ избежать предположения о столь быстром формировании хвоста через эффекты, которые он приписывал замедленному появлению актинического облака.
Другая теория, объясняющая быстрое формирование такого хвоста, как у кометы Ньютона, заслуживает гораздо меньшего внимания. Теория профессора Тиндаля основывалась на интересном физическом факте, который он сам открыл и который также явно был близок по характеру к формированию хвоста кометы. Теория, которую следует рассмотреть сейчас, была предложена математику довольно знакомым явлением, эффекты которого на его воображение он, по-видимому, так и не смог полностью преодолеть — во всяком случае, никакое количество доказательств против этой теории, по-видимому, не перевешивает в его уме однажды возникшую мысль о том, что теория может быть верной. (Это свойственно некоторым теоретикам.)
Профессор Тэт однажды смотрел на часть неба, которая казалась ясной. Пока он смотрел, быстро сформировалась длинная полоса, которая вскоре исчезла (если я правильно помню его первоначальное описание) почти так же быстро, как и сформировалась. Во всяком случае, появление полосы было достаточно быстрым, чтобы напомнить ему о том, что астрономы говорили о быстром (видимом) развитии хвостов комет. Само явление легко объяснялось. Это был перелет морских птиц, летевших, как это обычно бывает, широким растянутым слоем, на который, когда он начал свои наблюдения, смотрели несколько сбоку, так что — расстояние было слишком велико, чтобы птиц можно было разглядеть по отдельности — ничего из полета вообще нельзя было заметить. Но очевидно, что в таком случае достаточно было самого незначительного движения со стороны каждой птицы, чтобы так сместить положение слоя, в котором они летели, что его стало бы видно с ребра, и тогда птицы, находясь в таком положении, что линия зрения на любую часть слоя проходила поперек большого их количества, конечно, были бы видны не по отдельности, а как облако или длинная прямая полоса, по сути, вид сбоку на слой, в котором они летели. «Эврика!» — воскликнул профессор Тэт и вскоре объявил миру удивительную теорию о том, что быстрое формирование хвостов комет можно объяснить по тому же общему принципу. Астрономы обнаружили, что вдоль путей некоторых комет (где, кстати, хвосты никогда не лежат, но это деталь) находятся бесчисленные миллионы метеорных тел, по отдельности неразличимых (и до сих пор не замеченных как облако — еще одна деталь); следовательно, из этого следует, что хвосты всех комет формируются движениями «кирпичей и булыжников» в них (собственное описание метеоров профессором Тэтом), по примеру морских птиц, которых он видел с Артурова сиденья. Профессор Томсон на Эдинбургском собрании Британской ассоциации поддержал эту теорию с особым акцентом на ценность «аналогии с морскими птицами» в объяснении явлений кометы Ньютона. Доктор Хаггинс, который, поскольку он не претендует на звание математика (или, говоря точнее, поскольку его труды в области физических исследований не дали ему времени для глубоких математических изысканий), может быть более легко извинен, также говорит о теории морских птиц так, как если бы она имела какое-то законное основание. «Хвост, — полагает он, ссылаясь на доктора Тэта, — представляет собой часть менее плотной части шлейфа, освещенную солнечным светом, и видимую или невидимую для нас в зависимости не только от обстоятельств плотности, освещенности и близости, но также от тактического расположения, как стая птиц при различных условиях перспективы». Конечно, эта теория совершенно несостоятельна — для астрономов, которые знают что-то о реальных фактах и обладают достаточными математическими знаниями, чтобы рассмотреть простые геометрические отношения. Тела, движущиеся в плоской поверхности, подобно птицам, если они индивидуально движутся в одной и той же плоскости, сохраняют ее положение неизменным. Но если они движутся индивидуально под углом к этой плоскости (как они иногда делают), они меняют ее положение — поверхность, однако, в которой они коллективно находятся в любой момент, все равно остается плоской. Только в таком случае можно было бы увидеть такое явление, какое наблюдал профессор Тэт. Но в таком случае видимость полосы, образованной полетом птиц, длилась бы всего несколько минут, ибо то же самое движение, которое за несколько минут привело полосу в поле зрения, в следующие несколько минут вывело бы ее из поля зрения. В течение короткого времени, пока полет виден таким образом, он имеет неизменное или почти не меняющееся положение. Если бы хвост кометы Ньютона быстро сформировался и так же быстро исчез, оставаясь, пока он был виден, в почти неизменном положении, «аналогия с морскими птицами» могла бы объяснить это конкретное явление, как бы она ни была неадекватна для объяснения множества других. Но явления, подлежащие объяснению, совершенно иные. Оставляя в стороне вопрос о меняющемся положении и длине хвоста по мере приближения к Солнцу и после того, как он покинул окрестности Солнца, что было совершенно несовместимо с аналогией с морскими птицами, то, что мы призваны объяснить, заключается в том, что видимый хвост длиной девяносто миллионов миль, наблюдавшийся в положении 1A в один день, был виден три дня спустя в положении 3A (очевидно, в промежутке пройдя через все промежуточные положения, включая 2A). Если профессор Тэт, будучи великим математиком, хотя он может «дифференцировать и интегрировать как Арлекин», сможет показать, как любой полет тел, похожих или непохожих на морских птиц, может совершить такой подвиг, как описанный выше, появившись сначала в виде тонкой полосы A1, а менее чем через четыре дня — в виде тонкой полосы A3, каждая длиной девяносто миллионов миль, без того, чтобы некоторым из них пришлось преодолеть расстояние, почти равное линии от 1 до 3 — или около ста пятидесяти миллионов миль длиной, вместо пустяковых путешествий, которые он им отвел, он должен занять место выше Ньютона и Лапласа как математик. Но есть еще один подвиг, по-видимому, столь же трудный для него, который он мог бы совершить очень легко с большой пользой для тех нематематиков среди астрономов, которых его имя — вполне заслуженно, впрочем — как математика до сих пор вводило в заблуждение, и с не меньшей пользой для его собственной репутации: он мог бы откровенно признать, что идея, которая пришла ему в голову, когда он наблюдал за теми несчастными морскими птицами, не имела той ценности, которую он в тот момент ошибочно придал ей, и с тех пор, казалось, придавал.