Гершель, Александр Стюарт

Александр Стюарт Гершель родился 5 февраля 1836 года в поместье Фельдхаузен, недалеко от Кейптауна (ныне эта территория входит в состав Клэрмонта, района Кейптауна), в семье известного астронома Джона Гершеля и ботанического художника Маргарет Гершель (урождённая Стюарт)^[4][1]. Джон Гершель поселился в этом месте с семьёй в начале 1834 года для подробного наблюдения и составления каталогов астрономических объектов Южного полушария неба. Когда Александру было два года, 11 марта 1838 года семья Гершелей уехала обратно в Англию^[5].

Проведя несколько лет на домашнем обучении, 15-летний Александр в 1851 году поступил в гимназию Клапема в Лондоне, директором которой был Чарльз Притчард. Данная школа славилась своей программой преподавания естественных наук, во время учёбы в ней Александр преуспел в изучении математики и физики. В 1855 году он стал студентом Тринити-колледжа Кембриджского университета, где в 1859 году получил степень бакалавра искусств, а в 1877 году — магистра искусств^[1][6]. Будучи студентом, он помогал Джеймсу Максвеллу в организации демонстрационных опытов по механике вращательного движения (в частности, иллюстрирующих явление прецессии) с помощью устройства, которое представляло собой объект в форме двойного конуса, приводившийся в состояние быстрого вращения с помощью шнура и двух палок^[7] (устройство ранее называлось «демоном на двух палках» и используется в игре диаболо).

В период с 1861 по 1865 год Гершель изучал метеорологию в Королевском горнотехническом училище в Лондоне и тогда же начал наблюдения метеоров, которые продолжал до конца своей жизни^[6][1]. Он рано начал писать статьи для Королевского метеорологического общества, в основном по метеорологическим вопросам, а между 1863 и 1867 годами опубликовал много статей в научно-популярном журнале Intellectual Observer^[3].

С 1866 по 1871 год Гершель занимал должность профессора механики и экспериментальной физики и читал лекции по натуральной философии в Андерсоновском университете (ныне Университет Стратклайда) в Глазго (Шотландия)^[8][9][4]. С 1871 по 1886 год был первым профессором физики и экспериментальной философии в Колледже физических наук Даремского университета в Ньюкасл-апон-Тайн^[4]. Благодаря усилиям Гершеля лаборатория колледжа была оснащена новыми физическими приборами, некоторые из которых были сделаны его руками^[10] либо за счёт его собственных средств^[8]. После переезда и реорганизации колледжа новая Физическая лаборатория Армстронг-колледжа была названа в честь Гершеля в знак признания его заслуг^[10][11]. Впоследствии колледж вошёл в состав Ньюкаслского университета в качестве Школы математики, статистики и физики (англ. School of Mathematics, Statistics and Physics). Здание, в котором располагается школа (рис. 1), построенное в 1962 году, носит название Herschel Building в честь Александра Гершеля^[12].

В 1867 году Александр Гершель стал членом Королевского астрономического общества^[8]. 12 июня 1884 года был избран членом Лондонского королевского общества^[2][13]. В 1886 году он оставил профессорскую должность в Даремском университете^[8] и получил почётную степень доктора гражданского права этого же университета^[13].

В 1888 году вместе с другими членами своей семьи он переехал в дом в Слау (Беркшир), где жил и работал его дед, сэр Уильям Гершель. Там Александр Гершель жил до самой смерти, поглощённый исследовательской работой. Его последней поездкой стало путешествие в Испанию для наблюдения полного солнечного затмения 30 августа 1905 года^[13][14].

Скончался 18 июня 1907 года и был похоронен на кладбище церкви Святого Лаврентия в Аптоне, пригороде Слау, где покоится и его знаменитый дед^{[13][15][16][2][17]}. Александр Гершель никогда не был женат и не имел детей^[15].

Одним из важнейших направлений научной деятельности Александра Гершеля была метеорная астрономия. Он оставил после себя многочисленные точные записи наблюдений метеоров, а также выполнил важную работу по сбору, обобщению и анализу результатов других наблюдателей из разных мест земного шара, с которыми вёл переписку^[11].

Во время учёбы в Королевском горнотехническом училище Лондона (1861—1865) Гершель положил начало визуальному спектроскопическому исследованию метеоров. Для этой цели он сконструировал бесщелевой бинокулярный спектроскоп с широким полем зрения (угловым диаметром 20°)^[18] и начал проводить наблюдения с его помощью в 1864 году. Результаты его исследований метеоров потока Персеиды, опубликованные в 1866 году, дали веские свидетельства присутствия натрия в следах метеоров. Гершель правильно идентифицировал сильную жёлтую линию, наблюдавшуюся в спектрах множества метеоров Персеид, как дублет линий натрия (фраунгоферовы линии D₁ и D₂). Эту особенность он и другие астрономы наблюдали и во время метеорного потока Леониды 1866 года. В 1864 и 1873 годах Гершель наблюдал два ярких метеора Геминид зелёного цвета, который венгерский астроном Миклош Конкой-Теге объяснил излучением спектральной линии магния^[9]. Спектроскопические исследования, начатые Гершелем, дали первые сведения о химическом составе метеороидов^[19].

Помимо спектроскопических исследований метеоров Гершель имел большой опыт их позиционных наблюдений, в том числе точного определения радиантов метеорных потоков. На основании его определения радианта потока Леониды в 1866 году итальянский астроном Джованни Скиапарелли установил связь этого потока с кометой 55P/Темпеля — Туттля^[8][3][13]. В статье, опубликованной в июне 1872 года, Гершель указал на связь между метеорным потоком Андромедиды и кометой 3D/Биэлы и предсказал новый всплеск активности данного потока, который наблюдался 27 ноября 1872 года^[13][20][8]. Помимо этого он вычислял высоты, на которых происходят вспышки метеоров^[21].

В период с 1874 по 1881 год совместно с британским астрономом-любителем Робертом Филипсом Грегом (англ. Robert Philips Greg) (1826—1906) Гершель составил обширные каталоги радиантов метеорных потоков, наиболее важные из которых были опубликованы в «Докладах Британской ассоциации содействия развитию науки» за 1868, 1872 и 1874 годы. В «Докладах» 1875 года опубликована таблица радиантов, вычисленных Гершелем для комет. Он был докладчиком комитета Британской научной ассоциации по «наблюдению ярких метеоров» и с 1862 по 1881 год ежегодно составлял полные отчёты о наблюдавшихся крупных метеорах и об успехах метеорной астрономии. В 1874—1881 годах участвовал в работе комитета Британской ассоциации по определению теплопроводности некоторых горных пород. Писал для журнала Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) ежегодные доклады по метеорной астрономии, которые публиковались каждый февраль с 1872 по 1880 год^[22].

Гершель участвовал в работе по извлечению из грунта и исследованию метеорита Мидлсбро (рис. 2), упавшего 14 марта 1881 года в одноимённом городе в Северном Йоркшире. На основе данных о массе метеорита и глубине его проникновения в грунт, а также результатов эксперимента, воспроизводящего условия удара, Гершель рассчитал, что скорость объекта при падении на землю составляла около 126 м/с (452 км/ч). Такую скорость тело набрало бы при свободном падении с высоты около 800 м с нулевой начальной скоростью. Учитывая, что скорости движения метеороидов в космическом пространстве составляют десятки км/с, данный результат мог служить подтверждением гипотезы Скиапарелли, что метеориты перед падением на землю теряют значительную часть своей скорости из-за сопротивления земной атмосферы^[21]. Гершель описал находку в июньском выпуске журнала MNRAS^[23].

Помимо метеорной астрономии, Гершель интересовался многими разделами физики, став членом Лондонского физического общества в 1889 году и Королевского общества искусств в 1892 году^[13]. Он часто писал статьи для журнала Nature, из которых особенно примечательна статья The Matter of Space (1883), посвящённая динамике. Он много занимался фотографией, и в 1893 году Ассоциация любителей фотографии подарила Южно-Кенсингтонскому музею увеличенный пигментный фотопортрет Александра Гершеля^[13][20].

За работу, посвящённую математической игре «Икосиан» Уильяма Гамильтона^[24], в честь Александра Гершеля назван граф Гершеля — наименьший негамильтонов полиэдральный граф.