Чтобы понять, откуда стало известно о «выморочности» значительной доли космоса, привяжите грузик к концу длинной нитки и начните вращать над головой. Полет грузика будет довольно медленным, за ним можно следить без риска головокружения. Теперь подберите нить, чтобы она стала покороче, и орбита станет совсем маленькой. Дабы сохранился импульс кругового движения, грузик не упал вам на голову и нитка не захлестнулась на шее, вертеть все это хозяйство приходится гораздо быстрее, так что разглядеть «спутник» едва удается.
Тот же самый принцип действует при движении планет. Земля, будучи сравнительно близка к Солнцу, мчится по орбите значительно быстрее, чем далекий от светила Нептун. Причина проста: она в равновесии сил. Гравитационное поле Солнца сильнее действует на радиальном расстоянии до Земли, чем на расстоянии до Нептуна. Тело, обладающее массой Земли, должно двигаться относительно быстро, чтобы удержаться на своей орбите. Нептуну, испытывающему меньшую силу притяжения, для равновесия достаточно небольшой орбитальной скорости. А если бы он двигался так же быстро, как Земля, то покинул бы Солнечную систему и улетел в космическую пустоту.
Этому правилу должна следовать динамика любых орбитальных систем. Баланс центростремительной и центробежной сил означает: чем дальше помещается масса от центра притяжения, тем медленней она будет двигаться. Но как раз этой закономерности не обнаружил в 1933 году швейцарский астроном Фриц Цвикки.
В тот год, когда в Сан-Франциско началось строительство моста Золотые Ворота, а сорокатрехлетний Адольф Гитлер был назначен рейхсканцлером Германии, Цвикки нашел нечто странное в скоплении галактик Кома (скопление Волос Вероники). Говоря упрощенно, звезды испускают определенное количество света на килограмм массы; таким образом, проанализировав свечение Комы, наблюдатель мог оценить, сколько в ней содержится вещества. Странность заключалась в том, что звезды на периферии галактик двигались слишком быстро, чтобы их могло удержать притяжение расчетной массы. Вычисления определенно показывали, что скопление Кома примерно в четыреста раз массивнее, чем представляется визуально.
Одно это могло бы послужить достаточной причиной начать погоню за темной материей. Но не послужило, увы, — по самым что ни на есть неприятным, околонаучным мотивам. Наберите фамилию Цвикки в интернетовском поисковике, и вы найдете эпитет «блестящий» рядом с «рехнувшимся», а «гениальный» — через строчку от «невыносимого». Цвикки, как и Слайфер, нечасто упоминается в учебниках астрономии, несмотря на все важные открытия, которые он сделал. Цвикки первым установил, что галактики образуют скопления, и ввел в научный оборот термин «сверхновая». Он, конечно, был большой оригинал — устроил, например, лыжную трассу под боком у астрономической обсерватории Маунт-Вилсон в калифорнийских горах Сан-Габриэль и зимой притаскивал на работу спортинвентарь, чтобы не терять навыков слаломиста. Но главное, в общении с окружающими у него имелись серьезные трудности. Цвикки был тяжелый, язвительный человек, убежденный, что его гениальность не получает должного признания. Всех своих коллег по обсерватории он скопом обзывал «шаровидными ублюдками». Почему так? Да потому, что ублюдки, с какой стороны ни глянь. Не приходится удивляться, что коллеги просто проигнорировали его открытие невидимой массы в скоплении Кома.
Однако же Цвикки был прав. При измерении галактических масс концы не сойдутся с концами без допущения, что значительная часть Вселенной заполнена темной материей. В 1939 году на торжественном открытии обсерватории Макдональд в Техасе это подтвердил голландский астроном Ян Оорт. Он прочитал лекцию, в которой утверждал, что распределение массы в одной из эллиптических галактик разительно противоречит характеристикам ее свечения. Данные своих наблюдений Оорт опубликовал три года спустя, специально подчеркнув этот момент в резюме статьи. И опять, точь-в-точь по Куну, никто не счел нужным отреагировать. Изумительная тенденция отворачиваться от неудобных данных длилась десятилетиями, пока наконец ученый люд не прислушался по каким-то резонам к Вере Рубин.
Рубин сейчас за восемьдесят, а ее серьезный дебют в космологии состоялся в 22-летнем возрасте. В канун нового 1950 года газета «Вашингтон пост» сообщила о докладе в Американском астрономическом обществе под пафосным заголовком: «Юная мать вычислила центр мироздания по бегу звезд». В редакционном вступлении говорилось: теория Рубин «настолько смела, что большинство астрономов находит ее пока что невозможной». Но самое дерзновенное из дел, затеянных Рубин, — борьба за то, чтобы темную материю приняли всерьез, — было впереди.
Начнем с того, что Рубин и себя-то принимала не вполне всерьез. Эта история, по ее собственным словам, дает поучительный пример «ученой глухоты». В 1962 году Рубин преподавала в Джорджтаунском университете в Вашингтоне. Ее слушатели в большинстве были сотрудниками Военно-морской обсерватории США, находившейся по соседству, и, как ей вспоминается, отлично разбирались в астрономии. Общими усилиями им удалось рассчитать кривую вращения галактики. Этот график отображает зависимость орбитальной скорости звезд от их расстояния до центра галактики. Скорость должна падать по мере удаления, как в примере с человеческой головой и ее «спутником», грузиком на нитке. Однако Рубин со своими флотскими астрономами ничего подобного не обнаружила: кривая и вдали от центра оставалась плоской. Опубликовав три научных сообщения, они благополучно забыли о проблеме.
В шестьдесят пятом Рубин перешла в вашингтонский Институт Карнеги. Проведя год в изматывающей гонке за квазарами — самыми активными и далекими из всех известных объектов во Вселенной, — она задумала взяться за что-нибудь поскромнее, что могла бы проделать своими силами. И решила всмотреться в пространство у границ галактик, поскольку никто эти области толком не изучал, все сосредоточились на центрах скоплений. Но Рубин не только запамятовала напрочь об университетской находке — по ходу дела ей пришлось усомниться и в собственных результатах. Она измеряла скорости звезд, наблюдая, как меняется световой спектр в зависимости от параметров движения. Каждую ночь Рубин составляла в среднем по четыре спектрограммы, постепенно уходя все дальше от центра галактики. Однако, несмотря на любые уточнения на этом пути, все результаты выглядели примерно одинаково, не сходясь с условиями задачи.
«Я постоянно ждала, что при следующем измерении монетка выпадет правильной стороной, — вспоминает Рубин. — А она всякий раз не хотела упасть, как надо».
Так или иначе, дело было сделано. К 1970 году Рубин закончила расчеты ротационной кривой для туманности Андромеды. Скорость движения звезд практически не менялась, как бы далеко от центра ни заглядывал наблюдатель. При таком сумасшедшем коловращении на периферии галактики центробежная сила неизбежно должна была вышвырнуть ее внешние звезды в открытый космос. По всем законам физики Андромеда обречена рассыпаться. Если этого не происходит, значит — она окутана галактическим гало, невидимым ореолом темной материи.
Из чего сделана сама темная материя, не знает никто. Кембриджский профессор Малькольм Сим Лонгэйр в своем «букваре» по космологии «Наша эволюционирующая Вселенная»[4] привел список кандидатов на темную материю. Этот перечень открывается одиночными планетами и звездами-карликами, а завершается обыкновенными кирпичами и подшивками старых журналов по астрофизике. Последний вариант — неслабый образчик научного юмора: именно в «Астрофизическом журнале» в 1970 году вышла работа Веры Рубин, впервые пролившая свет на темную материю.
