Рождение и образование
Хейл родился в 1868 г. в Чикаго. Его отец, фабрикант гидравлических подъемников, готовил сына к карьере инженера, но молодой Джордж проявлял живейший интерес к естественным наукам и в особенности увлекался теорией эволюции. Одно время он был склонен посвятить себя зоологии, но успехи спектроскопии в применении к исследованию строения Солнца и звезд, которые благодаря новым в то время работам Геггинса и Секки позволяли распространить теорию эволюции на мир космических тел, определили выбор профессии молодым человеком.
Джордж Эллери Хейл
Еще в то время, когда Хейл был студентом Массачусетского технологического института, ему пришла мысль о возможности производства особых наблюдений Солнца при помощи спектроскопа. Обычный вид Солнца — круглый диск почти равномерной яркости — создается излучением всех раскаленных веществ, находящихся в солнечной фотосфере. Гораздо более слабое излучение газов, плавающих в виде раскаленных облаков в солнечной атмосфере, совершенно пропадает при обычном наблюдении Солнца. Хейл изобрел схему, позволяющую исключить излучение фотосферы, оставив лишь лучи, испускаемые хромосферой и притом одним определенным химическим элементом.
Открытия и изобретения
Окончив в 1890 г. институт, Хейл посетил недавно открытую тогда Ликскую обсерваторию, директор которой настолько заинтересовался новыми возможностями наблюдения Солнца, что предложил молодому человеку использовать для своих опытов величайший в то время телескоп — 36-дюймовый рефрактор этой обсерватории. Однако Хейл отказался от столь лестного предложения, так как считал, что для практического осуществления нового метода потребуется гораздо более длительный срок, чем то сравнительно короткое время, на которое он сможет получить этот инструмент. При материальной помощи своего отца, Хейл приобрел более скромный инструмент — рефрактор в 12 дюймов, с которым он мог экспериментировать неограниченно долгое время.
В результате Хейлу уже в 1892 г. удалось выработать рабочую модель своего замечательного инструмента, названного спектрогелиографом и дававшего возможность фотографировать лишь те места солнечной поверхности, где присутствуют раскаленные облака одного определенного химического элемента. Первоначально Хейлу удавалось фотографировать только облака кальция, но вскоре он усовершенствовал свой прибор в такой мере, что оказалось возможным фотографировать и облака водорода, а облака кальция можно было фотографировать в отдельности на разных уровнях солнечной атмосферы.
При помощи таких исследований Хейл открыл вихревое движение в окрестностях солнечных пятен, причем направление вращения этих огромных солнечных вихрей оказалось таким же, как и для земных циклонов, т. е. зависящим от направления вращения Солнца около своей оси. Впоследствии Хейл изобрел другой, более простой по конструкции прибор — спектрогелиоскоп, позволяющий наблюдать те же облака непосредственно глазом и притом по своим скромным размерам и стоимости доступный для небольших обсерваторий и даже для любителей астрономии.
Позднее, в 1908 г., Хейл обнаружил оптическим путем магнетизм солнечных пятен, представляющих собою настоящие электромагниты. Дальнейшее исследование этого явления показало, что через каждые 11 лет вместе с периодом солнечных пятен меняется знак их магнетизма.
Научная деятельность
В 1892 г. в связи с изобретением спектрогелиоскопа Хейл получил приглашение занять кафедру астрономии в Чикагском университете. Вскоре он узнал, что у знаменитого оптика Аливана Кларка есть два диска стекла, годных для изготовления 40-дюймового объектива. Благодаря своей энергии Хейл сумел достать средства, на которые университет приобрел самый большой рефрактор в мире. Этот рефрактор и был установлен в обсерватории, выстроенной в штате Висконсин на берегу Женевского озера. Так возникла Йеркская обсерватория, первым директором которой был назначен Хейл.
Джордж Э. Хейл в Национальной академии наук.
Но телескоп не имел нужного для исследования вспомогательного оборудования. Хейлу посчастливилось найти средства и для приобретения грандиозного спектрографа, позволявшего фотографировать спектры звезд в очень крупном масштабе, и для постройки большого спектрогелиографа. В этом отношении нужно удивляться энергии Хейла, который, будучи директором крупного учреждения, вел большую научную работу и находил время для отыскания средств на развитие любимой науки. В это же время Хейл основал замечательный «Астрофизический журнал», являющийся и поныне образцом подобных изданий.
Десять лет Хейл оставался на посту директора Йеркской обсерватории, использовав все возможности, которые предоставляло это учреждение для исследования Солнца. Но ему хотелось изучать еще более мелкие детали на поверхности Солнца, чем это позволял 40-дюймовый телескоп, фотографировать спектры еще более слабых звезд и в еще более крупном масштабе, изучать мир еще более далеких и слабых туманностей. Хейлу было ясно, что для этого нужны иные инструменты, чем большие рефракторы, и иные атмосферные условия, чем существующие на американской равнине. Нужна была горная обсерватория, расположенная в прекрасных климатических и метеорологических условиях и вооруженная совсем другими инструментами — большими рефлекторами и рефракторами с гораздо более длиннофокусными объективами, чем даже объектив Йеркского телескопа.
Возможность осуществить эти проекты предоставилась, благодаря крупным денежным ассигнованиям со стороны Института Карнеги. В горах Калифорнии было выбрано место для постройки большой обсерватории, первоначально предназначенной специально для изучения Солнца и поэтому получившей название «Солнечной обсерватории на горе Вильсон». Уже с самого начала, при разработке инструментария этой обсерватории, Хейл пошел по новому пути.
Хейл на фотографии выше (справа), разговаривает с Эндрю Карнеги
С одной стороны, он решил отказаться от общепринятых рефракторов и приложил все усилия для создания рефлектора с зеркалом в 60 дюймов, намного превосходившего по своей величине все тогда бывшие в употреблении инструменты. При изготовлении этого рефлектора были использованы новейшие достижения техники, причем Хейлу посчастливилось найти в лице Ричи выдающегося оптика и конструктора, создавшего впоследствии еще больший и доныне непревзойденный инструмент—100-дюймовый рефлектор, установленный в 1916 г. на той же обсерватории.
Рефлекторы, благодаря своей большой светосиле и полной ахроматичности, представляют идеальные инструменты для исследования спектров слабых звезд. Но для спектрогелиографических наблюдений они не пригодны по малости своего поля зрения. Здесь пришлось воспользоваться длиннофокусным объективом, установленным неподвижно, что представляло большие преимущества, так как позволяло употребить спектрогелиограф большей величины и силы. Для наблюдения за Солнцем был употреблен целостат, состоящий из двух зеркал, отражавших солнечные лучи по заданному неизменному направлению.
Джордж Эллери Хейл за работой
Опять на средства, которые сумел привлечь Хейл, был построен сначала длинный горизонтальный телескоп подобной конструкции, а затем два «башенных» телескопа, в которых лучи Солнца направлялись вертикально вниз на дно глубокого колодца, помещенного под стальной решетчатой башней, где на глубине 22 метров в условиях постоянной температуры помещалась наиболее ответственная часть спектрогелиографа. Высота башни большего из этих телескопов составляла 45 метров, и очень трудно было предохранить установленные на ее вершине объектив и зеркала целостата от вибраций, вызываемых ветром. Хейл решил этот вопрос, окружив все переплеты стальной решетчатой фермы башни более широкими стальными трубами, выполнявшими роль чехла и принимавшими на себя порывы ветра. При разработке этой конструкции, Хейлу пригодилось его образование инженера не в меньшей мере, чем при изобретении и усовершенствовании спектрогелиографа.
Астрономы обсерватории Маунт-Уилсон лева направо: Х. Л. Миллер, Чарльз Грили Эбботт, Джордж Эллери Хейл
Хейл организовал при Моунт-Вильсоновской обсерватории прекрасную физическую лабораторию и большие механические мастерские, где строились многочисленные вспомогательные инструменты, в том числе большие интерферометры для измерения диаметров звезд. Физическая лаборатория помогла Хейлу в изучении магнитных явлений на Солнце и послужила для разнообразных исследований в области спектрального-анализа.
В 1904 г. Хейл основал международный союз по исследованию Солнца. Впоследствии из этой организации возник Международный астрономический союз — крупнейшее международное учреждение, объединяющее ученых всех стран.
Однако здоровье Хейла не выдержало столь напряженной работы, и в 1923 году он был вынужден покинуть пост директора обсерватории на Моунт-Вильсон, сохраняя звание ее почетного директора. Но научной работы Хейл не прекратил. Более спокойный образ жизни он использовал и для популяризации любимой науки. К этому времени относятся многочисленные научно-популярные статьи, образцовые по ясности и глубине, в которых Хейл мастерски излагал новейшие успехи астрономии. Часть этих статей переведена на русский язык и издана в 1927 году под заглавием «Глубины небес».
