Эйнар Герцшпрунг: химик, который классифицировал звезды

Он получил образование инженера-химика, работал в лаборатории в Санкт-Петербурге и изучал фотохимию в Лейпциге. Только тогда, будучи любителем, наблюдавшим из Фредериксберга, Эйнар Герцшпрунг заметил то, что ни один профессиональный астроном не зарегистрировал должным образом: две звезды могут иметь одинаковый спектральный тип — тот же цвет, тот же отпечаток поглощенного света — и при этом сильно различаться по внутренней яркости. Это наблюдение разделило звездное население на две части, создало самую полезную диаграмму в астрофизике и дало астрономам первый надежный инструмент для измерения Вселенной.

Ученичество любителя

Герцшпрунг родился 8 октября 1873 года во Фредериксберге, Дания, в семье Северина Карла Людвига Герцшпрунга и Генриетты Кристианы Шарлотты Фрост. Его отец был астрономом-любителем и передал ему свой энтузиазм — хотя поначалу не как карьеру. Герцшпрунг изучал химическую технологию в Копенгагенском политехническом институте, окончил его в 1898 году, затем два года проработал химиком в Санкт-Петербурге и еще год, в 1901 году, изучал фотохимию в Лейпцигском университете.

Этот обходной путь не был напрасным. Фотохимия в ту эпоху была наукой, лежащей в основе фотопластинки, а фотопластинка была инструментом, превратившим астрономию из дисциплины окуляра в количественную дисциплину. Герцшпрунг пришел к звездам, уже зная, как измерять свет на пленке.

В 1902 году он начал свои собственные астрономические наблюдения во Фредериксберге, работая вне профессионального сообщества.

Гиганты и карлики

Через несколько лет он сделал открытие, которое имело значение. Астрономы классифицировали звезды по спектральному типу, что в общих чертах соответствует температуре поверхности и цвету. Герцшпрунг заметил, что звезды, имеющие одинаковый спектральный тип, могут иметь сильно различающиеся абсолютные величины — то есть их истинная светимость, с учетом расстояния, варьировалась в огромных масштабах.

Следствие было структурным. Если две звезды одинаково горячи на поверхности, но одна излучает гораздо больше света, то более яркая должна быть гораздо больше. Таким образом, звездное население разделилось на гигантов и карликов. Это не было уточнением классификации; это было открытие того, что звезды принадлежат к разным физическим семействам, что в свою очередь поставило вопрос о том, представляют ли эти семейства разные стадии одной жизненной истории.

Диаграмма

В 1909 году Герцшпрунг поступил в Геттингенскую обсерваторию под руководством Карла Шварцшильда, перейдя из любителей в центр немецкой астрофизики. В 1911 году он создал график, который носит его имя: звезды, расположенные по спектральному типу относительно светимости, основываясь на более ранней работе по классификации Антонии Мори. Генри Норрис Рассел независимо пришел к по сути той же конструкции, и результат повсеместно известен как диаграмма Герцшпрунга-Рассела.

Ее сила заключается в том, что она раскрывает, а не в том, что она записывает. Звезды не разбросаны случайно по графику; они попадают в длинную диагональную полосу, главную последовательность, с отдельными скоплениями гигантов и карликов вне ее. Эта структура является видимым следом звездной эволюции — диаграмма стала главным каркасом для объяснения типов звезд и того, как звезды меняются в течение своей жизни, и остается, более века спустя, первым, что учат читать студента-астронома.

Цефеиды и дорогостоящая ошибка

В 1913 году Герцшпрунг обратился к цефеидам, звездам, яркость которых пульсирует со строгой регулярностью. Генриетта Ливитт обнаружила, что период цефеиды связан с ее светимостью — это означало, что если бы зависимость можно было откалибровать по звездам с известным расстоянием, любая цефеида в любом месте объявляла бы свое расстояние своим ритмом. Это потенциально было ключом к масштабу космоса.

Герцшпрунг выполнил калибровку, используя измерения параллакса для определения расстояний до близлежащих цефеид, а затем применил откалиброванную зависимость для оценки расстояния до Малого Магелланова Облака. Он также допустил значительную ошибку, поместив звезды в десять раз ближе — ошибка, описанная как, возможно, описка, распространившая систематическую недооценку в десять раз в его цифрах расстояний. Это напоминание о том, насколько узкими были границы в работе по космическим расстояниям в начале двадцатого века, где арифметическая ошибка могла уменьшить Вселенную на порядок. Сам метод был надежным, и именно метод сохранился.

Лейден

В 1919 году Герцшпрунг переехал в Лейденскую обсерваторию в Нидерландах, где провел следующие двадцать семь лет, став ее директором в 1937 году и оставаясь на этом посту до 1946 года. Его брак еще больше связал его с голландским астрономическим миром: его женой была Генриетта Мариетта Августина Альбертина Каптейн, дочь астронома Якобуса Каптейна, чьи статистические исследования движений звезд меняли представления о структуре галактики.

В Лейдене он также преподавал. Среди его аспирантов был Джерард Койпер, который впоследствии основал современную планетологию — интеллектуальная линия, идущая от датского инженера-химика до внешней Солнечной системы.

Наблюдательные привычки Герцшпрунга распространялись и за пределы звезд. Он открыл два астероида, включая 1627 Ивар, члена группы Амура, чьи орбиты приближаются к орбите Земли.

Признание и долгая жизнь

Награды приходили постоянно в его шестидесятые годы. Он был избран членом Американской академии искусств и наук в 1927 году и награжден Золотой медалью Королевского астрономического общества в 1929 году — высшее признание британской астрономии. Медаль Брюс последовала в 1937 году, в год, когда он принял руководство Лейденом, а избрание в Американское философское общество — в 1941 году.

Он умер 21 октября 1967 года в Роскилле, Дания, в возрасте девяноста четырех лет, прожив достаточно долго, чтобы увидеть, как диаграмма, которую он построил в 1911 году, стала организационным каркасом дисциплины, которая едва существовала, когда он начинал. Астероид 1693 Герцшпрунг и лунный кратер носят его имя.