Астрофизика — это раздел астрономии, занимающийся изучением физической природы различных небесных тел. Хотя в России еще со времен Петра производились отдельные астрофизические наблюдения небесных тел, астрофизики в целом, как науки, еще не существовало. Создателем русской астрофизики по праву считается великий русский астроном Федор Александрович Бредихин (1831 —1904).

Первый период его работы протекал на Московской обсерватории, где, в сущности, впервые в России и зародилась астрофизика.

Московская обсерватория начала свое существование в 1831 году. Она была построена у окраины Москвы в малонаселенном тогда районе на «трех горах» у Пресненской заставы. Обсерватория была оборудована новейшими астрономическими инструментами, в том числе четырехдюймовым телескопом с дополнительными приспособлениями, который в 1859 году был заменен 10-дюймовым рефрактором.

С необыкновенной настойчивостью и прилежанием Бредихин в течение одиннадцати лет, начиная с 1859 года, ежедневно в ясную погоду наблюдал Солнце, зарисовывая гигантские выступы из раскаленных газов (протуберанцы).. Большое значение имели его наблюдения поверхностей Марса » Юпитера. Бредихин тщательно изучал знаменитое «красное пятно» в атмосфере Юпитера, природа которого до настоящего времени остается загадочной. Но особое значение имеют работы Бредихина в области изучения комет, которые принесли ему мировую славу. Кометы, эти «хвостатые звезды», которые наводили ужас на наших далеких предков, во времена Бредихина стали предметом тщательного изучения. К началу работ Бредихина над кометами было известно, что кометы являются небесными телами, движущимися вокруг Солнц» по определенным орбитам (путям). Эти орбиты представляют собой, в большинстве случаев, весьма вытянутые эллипсы огромных размеров, благодаря чему периоды обращения комет вокруг Солнца могут исчисляться тысячами и десятками тысяч лет.

В каждой комете кроме разреженной головы и хвоста имеется твердое ядро, выделяющее при приближении к Солнцу частицы, образующие хвост. Наконец, было известно, что на частицы, образующие хвосты комет, действуют не только силы притяжения к Солнцу, но и отталкивающие силы неизвестной природы, исходящие от Солнца. К этому можно добавить, что ко времени деятельности Бредихина накопилось много разнообразных сведений о кометах, требующих обобщенных выводов. Единой теории комет и явлений, в них происходящих, в те времена еще не существовало.

Работая на Московской обсерватории, Бредихин предпринял тщательное исследование 50 комет. Он вычислил скорости частиц кометного хвоста, а также величину отталкивающей силы, исходящей от Солнца, для различных комет. Оказалось, что несмотря на все разнообразие кометных хвостов, их можно разделить на три основных типа. К первому типу Бредихин отнес хвосты, в которых отталкивающие силы, исходящие от Солнца, в десятки раз превышают силу его притяжения. Это — почти прямолинейные хвосты, направленные прочь от Солнца вдоль прямой, соединяющей Солнце с ядром кометы.

К хвостам второго типа Бредихин отнес те хвосты, в каждом из которых отталкивающие силы от 0,5 до 2,2 раз более силы притяжения к Солнцу. Эти хвосты имеют вид искривленных кос, направленных прочь от Солнца и загнутых в сторону, обратную движению кометы.

Наконец, к третьему типу Бредихин отнес короткие прямолинейные хвосты, сильно отклоненные от прямой, соединяющей Солнце с ядром кометы; в этих хвостах отталкивающие силы лишь незначительно превышают силу притяжения к Солнцу.

Несмотря на отсутствие в те времена точных данных о составе кометных хвостов, Бредихин сделал совершенно правильный вывод о том, что различие типов кометных хвостов объясняется различием их состава.

Бредихин не ограничился простой классификацией кометных хвостов. Им впервые в истории астрономии была создана и подробно разработана механическая теория явлений, происходящих в кометах. Эта теория, в основных чертах совершенно правильно объясняющая наблюдаемые формы комет, является основой современной кометной астрономии.

Природа отталкивательных сил, действующих в кометных хвостах, стала известной после работ великого русского физика П. Н. Лебедева, который в начале текущего столетия доказал, что лучи всякого света, в том числе и солнечного, оказывают давление на освещаемые тела. Следовательно, отталкивательные силы, действующие в кометных хвостах,— это силы давления солнечных лучей.

Большое значение имеют работы Бредихина, посвященные происхождению метеоров. «Падающие звезды» или метеоры, представляют собой мелкие твердые частички, вторгающиеся из мирового пространства в нашу земную атмосферу. Под влиянием сопротивления воздуха эти частицы раскаляются, излучая свет, и разрушаются. Если их размеры достаточно малы, то они не достигают земной поверхности, полностью распыляясь в атмосфере.

Бредихин считал метеоры продуктом распада комет. У некоторых комет им были обнаружены так называемые аномальные (ненормальные) хвосты, представлявшие собой конусообразные выступы, направленные из ядра комет к Солнцу. По мнению Бредихина, эти хвосты состоят из роя мелких твердых частиц, на которые распалось твердое кометное ядро.

Действительно, как мы теперь знаем, ядра комет, при столкновении с небесными камнями-метеоритами, разрушаются, образуя рой метеорных тел, тянущихся вслед за кометой по ее орбите.

Таким образом, Бредихин явился не только основоположником астрофизики в России, но и создал, по существу, новую отрасль астрономии — кометную астрономию.

Исследования Бредихина обратили на себя внимание всего ученого мира, и в 1877 году русская Академия наук избрала Бредихина своим членом-корреспондентом. В последующие годы ряд заграничных ученых обществ избирает Бредихина своим почетным членом". В 1890 году Ф. А. Бредихин был избран действительным членом русской Академии наук и назначен директором Пулковской обсерватории.

Вступив на этот высокий пост, Бредихин повел непримиримую борьбу с иностранным засилием в русской науке. Дело в том, что в те времена в Пулкове, как и в других научных учреждениях, было не мало иностранцев, в частности немцев, занимавших ответственные места. Вот почему в отчете Ф. А. Бредихина о работе Пулковской обсерватории за 1891 год говорится:

«При самом вступлении в управление обсерваторией для меня было непреложной истиной, что теоретически образованным питомцам всех русских университетов, чувствующим и заявившим свое призвание к астрономии, должен быть доставлен, в пределах возможности, свободный доступ к полному практическому усовершенствованию в этой науке, а затем и к занятию всех ученых должностей при обсерватории».

Этот патриотический замысел был осуществлен Бредихиным в первые же годы его работы в Пулкове. Из Пулковской обсерватории был отчислен ряд иностранцев и «чиновников от науки», а на их место Бредихин выдвинул молодых талантливых русских астрономов, из которых впоследствии в особенности прославился Аристарх Аполлонович Белопольский.

Бредихин широко развернул астрофизические исследования, в особенности, систематические наблюдения солнечных пятен и протуберанцев. Оборудование Пулковской обсерватории было пополнено новыми астрофизическими инструментами, в частности, так называемым звездным спектрографом— для изучения состава звезд и специальным телескопом с фотокамерой — астрографом, предназначенным для фотографирования небесных тел.

Несмотря на краткий срок пребывания на посту директора (5 лет), Бредихин сумел прочно основать в Пулкове астрофизический отдел, который до настоящего времени продолжает плодотворную работу. Последние 9 лет своей жизни Бредихин посвятил теоретическим исследованиям преимущественно в области кометной астрономии.

Ф. А. Бредихин был передовым русским ученым, всемерно боровшимся против всякого слепого преклонения перед иностранщиной. Он выступал против всяких идеалистических течений в науке, находясь в одном ряду с великим русским биологом Тимирязевым, крупнейшим русским физиком Столетовым и другими прогрессивными русскими учеными.

«Каждый раз, когда из глубины звездного свода спустится к нам небесная странница (т. е. комета), огромный круг людей во всех уголках земного шара будет повторять славное имя Бредихина».

Федор Александрович Бредихин – исследователь почти всех основных разделов астрономии своего времени.

Ф.А. Бредихин родился в 1831 г. в г. Николаеве. Окончил Одесскую гимназию, а затем Ришельевский лицей - высшее учебное заведение в Одессе. Лицей создан по указу императора Александра I в 1817 г., а в 1865 г. преобразован в Новороссийский Императорский университет. Назван в честь одесского градоначальника и губернатора Новороссии А. Э. де Ришельё, которому обязан своим существованием. В 1855 г. кончил физико-математический факультет Московского университета, с которым была связана его дальнейшая деятельность: здесь он защитил магистерскую диссертацию, работал деканом физико-математического факультета. Семь лет (1873-1890) был директором Московской астрономической обсерватории. Вот как выглядела эта обсерватория в то время.

Ф.А. Бредихин создал «московскую астрофизическую школу». С 1890 по 1895 годы - директор Николаевской Главной астрономической обсерватории в Пулково.

Исследования в астрономии

Он проводил наблюдения на меридианном круге. Меридианный круг - астрономический прибор, предназначенный для определения координат светил. Он представляет собой телескоп, способный наводиться на объекты только в плоскости небесного меридиана. Измеряя зенитные расстояния светил в момент прохождения небесного меридиана, а также фиксируя моменты времени этих прохождений, возможно определить небесные координаты светил. Точность измерения на современном меридианном круге - около 0,2". Меридианный круг вошел в употребление в XVII в. До этого для подобных наблюдений использовали квадранты. На картинке вы видите меридианный круг обсерватории Кунсткамеры (Санкт-Петербург).

На рефракторе (оптическом телескопе) он измерял микрометром положения малых планет (астероидов), исследовал ошибки микрометрического винта и так называемые личные ошибки наблюдателя.

При непосредственном участии Ф.А. Бредихина начались систематические наблюдения хромосферы Солнца протуберанц-спектроскопом, фотографирование солнечных пятен и факелов. Хромосфера - внешняя оболочка Солнца и других звёзд толщиной около 10 000 км, окружающая фотосферу.

Он также исследовал поверхности Луны и планет Марса и Юпитера. В 1875 г. в числе первых начал изучение химического состава излучающих газовых туманностей. Внес немалый вклад и в другие области - от инструментальной оптики до гравиметрии (геофизический и геодезический метод, заключающийся в измерении поля силы тяжести. Как правило, объектом гравиметрии является Земля).

Изучение комет

Изучение комет было главным направлением в исследованиях Ф.А. Бредихина. Он создал наиболее полную в то время «механическую теорию кометных форм», которая позволила описать движение вещества не только вблизи головы, но и в хвосте кометы. Суть этой теории в следующем: хвосты комет состоят из частичек, вылетающих из ядра кометы в направлении Солнца и затем начинающих двигаться от Солнца под действием его отталкивающих сил. Бредихин определил величины ускорений для нескольких десятков кометных хвостов, что позволило ему в 1877 г. создать их классификацию, по которой хвосты комет делятся на три основных типа. В 1884 г. он выделил ещё и четвёртый тип хвостов (аномальный), который встречается редко и лишь в сочетании с нормальным. Классификация кометных форм Бредихина сохранилась и в настоящее время. На основе своей теории Бредихин сделал ряд выводов о химическом составе хвостов различных комет, но они не подтвердились.

На картинке - три типа кометных хвостов по Ф. А. Бредихину.

Хвост образуется, когда комета приближается к Солнцу. Под действием солнечного излучения ядро кометы нагревается и из него начинает истекать светящаяся материя. Выброшенные из ядра частицы подвергаются действию отталкивающей силы со стороны Солнца, поэтому их первоначальное движение к Солнцу под влиянием силы тяготения переходит в движение от Солнца.

Но истечение материи из ядра кометы может происходить различно. В некоторых случаях оно происходит в виде непрерывного выбрасывания частиц материи, для которых отталкивающая сила оказывается примерно одинаковой. И тогда выброшенные частицы образуют непрерывный хвост кометы. Частицы материи располагаются в нем в зависимости от того, когда они были выброшены из ядра: ранее выброшенные будут на конце хвоста, выброшенные позднее окажутся в середине хвоста или в начале его, ближе к ядру (в целом, направление хвоста будет иметь вид кривой, которую Ф. А. Бредихин назвал синдинамой - «односильной» , так как хвост образован частицами с одинаковой отталкивающей силой).

B других случаях выбрасывание материи из ядра кометы происходит не непрерывным потоком, а в виде отдельных извержений. При каждом таком извержении выбрасываются частицы, для которых отталкивающая сила различна. Они не образуют облака материи, а вытягиваются в полосу, в которой располагаются в зависимости от величины отталкивающей силы. Так в результате извержения образуется полоса в виде кривой, которую Ф. А. Бредихин назвал синхроной - «одновременной» , так как составляющие ее частицы материи выброшены из ядра единовременно. Ряд последовательных, приблизительно параллельных синхрон образует наблюдаемый хвост. Таким образом, Бредихин установил, что в характере процесса образования кометных хвостов основное значение имеет величина отталкивающей силы, воздействующей на выбрасываемые из ядра частицы материи, от нее оказываются зависящими и форма, и структура хвоста. Поэтому он посвятил много времени и внимания подсчетам величины отталкивающей силы, действовавшей при образовании хвостов у различных комет. Эти подсчеты привели его к выводу, что под влиянием таких сил разной величины образуются хвосты трех типов. Хвостами первого типа он назвал хвосты, образующиеся при отталкивающей силе, в 18 раз превышающей силу тяготения (ньютонианского притяжения) ; они почти прямые, с небольшим искривлением в ту сторону, откуда движется комета. Позднее Бредихин, а затем и другие исследователи обнаружили, что в некоторых случаях при образовании хвостов могут действовать и значительно большие отталкивающие силы. Хвосты второго типа образуются при отталкивающей силе, составляющей от 0,5 до 2,5 силы тяготения; обычно такие хвосты сильно искривлены. Хвосты третьего типа образуются при отталкивающей силе, значительно меньшей, чем сила тяготения. Поэтому они почти перпендикулярны к воображаемой линии, соединяющей Солнце с ядром кометы.

Критикуя своих предшественников и научных противников, Бредихин особенно резко восставал против попыток свести теорию кометных хвостов к их механическому классифицированию. Еще в начале своих исследований он отверг предложенное Ольберсом разделение комет на три типа: кометы бесхвостые, кометы с хвостом в сторону от Солнца и кометы, имеющие посреди хвоста широкую темную полосу. Бредихин показал, что одни и те же кометы на разных расстояниях от Солнца могут иметь различный вид, следовательно, и природа их под воздействием многообразных причин и различно действующих сил непрерывно меняется. Глубокая трактовка явлений природы, рассматриваемых в движении и во взаимодействии, отказ от упрощенных механистических объяснений делают теорию кометных форм Бредихина одним из самых выдающихся достижений естествознания второй половины XIX в.

Одним из первых он начал изучение спектров голов комет. Развил и расширил выдвинутую Дж. Скиапарелли теорию образования метеорных потоков в результате распада ядра кометы. Результаты этих исследований были опубликованы в «Этюдах о происхождении космических метеоров и образовании их потоков» (1903 г.).

Деятельность на посту директора Пулковской обсерватории

Ф.А. Бредихин расширил научную программу работ обсерватории. Если раньше в Пулкове занимались астрофизикой в небольшом объеме, то под руководством Бредихина астрофизические работы приобретают большой размах, для них устанавливается новая мощная аппаратура, начинаются обширные циклы спектральных и астрофотографических исследований. Он обратил внимание на исключительно благоприятные для астрофизических работ климатические условия Одессы и Ташкента; при его содействии для обсерваторий в этих городах приобретаются новые инструменты, там начинают работать молодые астрофизики, прошедшие школу в Пулкове. Пробыв пять лет директором Пулковской обсерватории, Бредихин выполнил свою задачу: обсерватория прочно поставлена на службу отечественной науке. В 1895 г. он оставил должность директора. Доработка теории кометных форм и участие в работах Академии наук были основным содержанием последних лет жизни ученого.

Он скончался от воспаления легких 14 мая 1904 г. и похоронен, согласно завещанию, в селе Владычное (ныне Заволжск).

Он оставил после себя не только научные труды, но и свою астрофизическую школу. В трудах его выдающихся учеников - Цераского, Белопольского, Костинского - получили дальнейшее развитие основные разделы астрофизики: звездная фотометрия, спектроскопия, астрофотография.

БРЕДИХИН, ФЕДОР АЛЕКСАНДРОВИЧ (1831–1904), русский астроном. Родился 26 ноября (8 декабря) 1831 в г.Николаеве в старинной дворянской семье; все его родственники со стороны отца и со стороны матери были моряками. Среднее образование получил в Ришельевском лицее в Одессе. В 1851–1855 учился в Московском университете. По окончании аспирантуры в 1858 читал лекции, в 1862 защитил магистерскую диссертацию, еще через три года получил степень доктора. В 1865 стал ординарным профессором Московского университета, в 1873 – директором университетской обсерватории. В 1890–1895 возглавлял Пулковскую обсерваторию.

Исследования Бредихина охватывают многие области астрономии, но широкую известность он получил благодаря работам по астрофизике комет. Ученый развил теорию кометных форм Бесселя, создал механическую теорию кометных форм, которая позволяла описывать движение вещества не только вблизи головы кометы, но и в ее хвосте. В основе этой теории лежало положение, согласно которому хвосты состоят из частиц, вылетающих из ядра кометы в направлении Солнца и затем начинающих двигаться от Солнца под действием его отталкивающих сил. В 1877 Бредихин создал классификацию кометных хвостов, применяющуюся до сих пор. Примечательно, что эта классификация появилась в то время, когда природа межпланетной среды еще не была выяснена, а сведения о самих кометах практически отсутствовали. Согласно Бредихину, хвосты I типа направлены прямо от Солнца. Сейчас установлено, что они являются плазменными и состоят из ионов, которые уносит от кометного ядра солнечный ветер. Хвосты II типа изогнуты и отклоняются назад по отношению к орбитальному движению кометы. Они образованы пылевыми частицами, непрерывно вылетающими из ядра и ускоряющимися под действием светового давления. Хвосты III типа появляются тогда, когда выброс пыли из ядра приобретает характер взрыва: облако пылинок растягивается вследствие того, что пылинки разных размеров под действием давления света получают разное ускорение. Бредихин был также одним из немногих, кто в то время наблюдал спектры голов комет.

Естественным продолжением исследований комет были работы Бредихина по метеорной астрономии. Ученый развил выдвинутую Дж.Скиапарелли теорию образования метеорных потоков в результате распада ядер комет. Для накопления наблюдательных данных организовал систематические наблюдения метеоров. Результаты, полученные им в 1874–1903, были изложены и обобщены в работе Этюды о происхождении космических метеоров и образовании их потоков (1903).

Бредихин занимался и многими другими областями астрофизики. При его непосредственном участии начались систематические наблюдения хромосферы Солнца с помощью протуберанц-микроскопа, фотографирование солнечных пятен и факелов, исследования переменных звезд и планетарных туманностей. Ученый внес вклад в инструментальную оптику и гравиметрию. Большой интерес вызвала его статья по истории астрономии Процесс Галилея по новым данным (1871). В ней на основе тщательного независимого анализа архивных данных был сделан вывод о подделке инквизицией документов, обосновывавших обвинение против Галилея. Бредихин участвовал в создании Московского математического общества (1864), в 1886–1890 был президентом Общества испытателей природы, состоял членом Русского астрономического общества, был действительным членом Немецкой академии исследователей природы «Леопольдина» и т.д.