Докладніше про Якобуса Каптейна
Відомий голландський астроном Якобус Корнеліус Каптейн народився 19 січня 1851 р. (помер 18 червня 1922 р.) в Барневільді. Вищу освіту здобув в Утрехтському університеті. 1875 р. Каптейн зайняв посаду астронома-спостерігача Лейденської обсерваторії, а через три роки молодий вчений одержав кафедру астрономії і теоретичної механіки в Гронінгенському університеті.
Каптейн найбільш відомий дослідженнями структури Галактики. Загальну форму Галактики окреслив ще англійський астроном Гершель (1738—1822) наприкінці XVIII ст., оцінивши до того ж її розміри. Подальші дослідження нашої зоряної системи проводилися у двох напрямах: з одного боку, вивчався просторовий розподіл зір, а з іншого — закони їхнього руху.
Дослідження просторового розподілу зір розпочалося з вивчення їхнього розподілу по поверхні небесної сфери. Для цього складалися каталоги зір, які містили їхні координати і зоряні величини. Вперше задовільний щодо точності каталог зір був складений німецьким вченим Аргеландером (1799—1875) в м. Бонн. Він охоплював понад 324 тисяч зір до 9.5m і називався «Bonner Durchmusterung» («Боннський огляд»). Згодом цей каталог було розширено аж до південного полюсу. Щодо координат та шкали зоряних величин він не був однорідний, хоча використовувався вченими до цього часу.
Каптейн створив точніший та однорідніший оглядовий каталог зір, який було опубліковано в 1896—1900 рр. Він містив 454 875 зір до 10m, що охоплюють область неба за схиленнями від -19° до південного полюса. Цей каталог дістав назву «Cape Phtograhic Durchmusterung» («Фотографічний огляд на мисі Доброї Надії»). Для його створення вчений на протязі 10 років в Гронінгемі обробляв серію фотопластинок південної частини небесної сфери, які одержав шотландський астроном Гілл (1843—1914) в Кейптауні у 1885—1890 рр. Каптейн сам запропонував методику обробки пластинок. Він послуговувався невеликим теодолітом, за допомогою якого фотографічну пластинку можна було розглядати на відстані, що дорівнює фокусній відстані фотографічного телескопа. При цьому пластинка є ніби деякою областю небесної сфери, а прямі піднесення та схилення можна відраховувати безпосередньо на кругах. Похибка виміряних таким чином координат становила кілька секунд дуги, тобто визначені положення були дуже наближеними. Проте каталог Каптейна був точніший, ніж «Bonner Durchmusterung». Фографічні зоряні величини обчислювались на основі виміряних діаметрів зір з використанням емпіричних формул.
В 90 рр. XIX ст. Каптейн розпочав дослідження Галактики. Він запропонував емпіричну формулу для обчислення середніх паралаксів за відомими зоряними величинами і власними рухами зір. За обчисленими паралаксами можна було визначити відстані і світності зір. 1901 р. вчений одержав середні паралакси для груп зір, зоряні величини і власні рухи яких містилися в певних межах. Всі ці зорі Каптейн «розмістив» у концентричних сферах з різними радіусами, за центр прийнявши Сонячну систему. До того ж, в межах кожної оболонки вчений розділив зорі за світностями. 1902 р. він склав таблицю, в якій для заданої величини світності вказувалося число зір в одиниці простору на різних відстанях. Таблиця була ніби законом зміни світності зір. Це дослідження було дуже важливим, оскільки розподіл зір за їхнім видимим блиском є складним сумарним ефектом зміни як світності зір, так і їхньої відстані від земного спостерігача. Знаючи тільки розподіл зір за блиском, неможливо математично вивести ні закон зміни світності, ні закон зміни відстаней зір від Сонячної системи. Проте, знаючи закон світності, можна одержати просторовий розподіл зір. Із встановленого Каптейном закону випливало, що із зміною світності L кількість зір N різко зростає, причому функція N(L) досягає максимуму для зір зі світністю L/L☉ = 1/100, де L☉ — світність Сонця. Залежність N(L) досить точно можна подати квадратичною експоненціальною функцією, як в теорії похибок Гаусса. Таким чином, дослідження Каптейна у значній мірі сприяли розвитку нової на той час галузі астрономії — статистичної астрономії, предметом вивчення якої є не окремі зорі, а їх сукупності з тисяч чи мільйонів об’єктів. Ця галузь астрономії вивчає статистичні закони розподілу різних характеристик чи параметрів зір (кольору, спектру, температури, густини, світності, зоряної величини чи відстані від земного спостерігача).
Із встановленого Каптейном закону зміни світності зір випливала залежність просторової густини зір ρ(r) (число зір на одиницю об’єму) від відстані r до Сонячної системи. Ця залежність була досить схематичною: через значну відмінність світностей зір всі невеликі зміни просторової густини ρ(r) з відстанню були згладжені. Каптейн встановив, що просторова густина в околі Сонця до відстані приблизно 100 пк є постійною величиною, але неперервно зменшується на більшій відстані. До того ж, в площині Молочного Шляху функція ρ(r) змінюється повільно, а в площині, що проходить через полюси Галактики — значно швидше. Поверхні однакової просторової густини ρ = const є поверхнями значно сплющених еліпсоїдів обертання. Таким чином, Каптейн побудував схематизовану і згладжену модель Галактики у вигляді сплющеного еліпсоїда обертання. Розподіли просторової густини і світності зір, одержані Каптейном, були використані 1920 р. американським вченим Сірсом (1873—1964) для оцінки поверхневої яскравості Галактики.
Вивчаючи закономірності зміни власних рухів зір, Каптейн встановив, що в кожній області зорі рухаються в двох основних напрямах. Результат Каптейна було підтверджено більш детальними дослідженнями англійського астронома Еддінгтона (1882—1944), який 1907 р. побудував свою діаграму розподілу швидкостей зір. Таким чином, в рухах зір Галактики було виявлено регулярність. На протязі кількох років Каптейн намагався пояснити факт її існування і 1904 р. запропонував теорію двох зоряних потоків. За Каптейном, Галактика є сукупністю двох потоків зір, які переміщуються в протилежних напрямах відносно спільного центра тяжіння. Така гіпотеза пояснювала виявлену закономірність зміни швидкостей зір як результат суперпозиції руху Сонця в напрямі до апексу і згаданого переміщення двох груп зір.
Так звані потоки Каптейна вивчало багато астрономів, але гіпотеза про їхнє існування не підтвердилась. Як виявилось згодом, відкрита регулярність власних рухів зір є проявом обертання Галактики, яке відкрив російський астроном М.А. Ковальський (1821—1884) і концепцію якого 1926 р. вперше сформулював шведський астроном Ліндблад (1895—1965).
Декілька праць Каптейна стосуються проблеми поглинання світла в міжзоряному середовищі. 1895 р. він виявив, що середній колір зір у смузі Молочного Шляху більш синій, ніж за її межами. Вчений висунув припущення, що це явище може бути спричинене селективним (вибірковим) поглинанням. Але це припущення не підтвердилося. Причина ефекту Каптейна в тому, що в площині галактичного екватора гарячих голубих зір значно більше, ніж холодних червоних.
Проаналізувавши всі наявні відомості про кольори зір, Каптейн 1909 р. виявив, що в межах вузьких спектральних груп зорі з сильним ультрафіолетовим випромінюванням мають більші власні рухи, а з слабким — малі. На основі цього факту вчений дійшов висновку, що світло далеких зір червоніє внаслідок поглинання. Проте його гіпотеза згодом не підтвердилася. Розглянуті Каптейном зорі в межах одного і того ж спектрального класу мають близькі значення видимого блиску. Звідси випливало, що далекі зорі є гігантами, а близькі — карликами. Як згодом встановили американські вчені Адамс і Кольшюттер, в голубій області спектра гіганти випромінюють слабше, ніж карлики того ж спектрального класу, а тому здаються червонішими.
1906 р. Каптейн розробив план фотографування зір в 206 обраних ділянках неба, рівномірно розподілених на небесній сфері (так звані ділянки Каптейна). Планувалося провести підрахунки зір, визначити видимі величини, спектральні типи, власні рухи і променеві швидкості зір цих ділянок. Проведені дослідження мали важливе значення для вивчення структури і динаміки нашої зоряної системи.
Л. М. Свачій
Джерело: Астрономічний календар 1997
