Разведка далеких планет

Сурдин Владимир Георгиевич

Рис. 4.13. Сближение Урана с Нептуном в начале XIX в. усилило их взаимное влияние и способствовало теоретическому открытию Нептуна.

Все это ясно доказывает, что работа Адамса была поверхностной, поэтому она и не смогла отвлечь английских астрономов-наблюдате-лей от важных текущих дел и не в состоянии была убедить их начать немедленный поиск планеты. Тем не менее английский астроном, сотрудник Кембриджского университета Джеймс Челлис вдохновился расчетами Адамса и предпринял поиск планеты; он опоздал с ее открытием лишь на несколько дней [1] .

Спустя год после Адамса свои расчеты закончил маститый Леверье. Его работа, опубликованная 1 июня 1846 г. в журнале Французской академии наук, стала первым полным исследованием на эту тему. Леверье вычислил, где именно на небе должна располагаться неизвестная трансурановая планета, и сообщил об этом своим немецким коллегам, имевшим в те годы лучшие карты звездного неба. А надо заметить, что в таком деле, как охота за планетами, хорошие карты неба имеют большое значение. Равнинная Европа – далеко не лучшее место для астрономических наблюдений, особенно если телескоп располагается в городе, что было вполне обычным для XIX в. При плохом качестве изображений астроному очень сложно отличить крохотный диск далекой планеты от изображения звезды, размытого воздушными потоками. Не имея хороших карт звездного неба, астроном вынужден искать планету по ее медленному перемещению на фоне далеких светил.

1

См.: Шихан У., Коллерстром H., Вафф К. Дело о потерянной планете //В мире науки. 2005. № 3. С. 52–59.

Рис. 4.14. Вверху: часть звездной карты, использованной Галле и Д’Арре при поиске Нептуна. Внизу: та же карта, с отмеченными положениями Нептуна, предсказанным Леверье (крест) и действительно обнаруженным (стрелка).

А для этого он каждую ночь должен зарисовывать (фотография в те годы еще не была изобретена) взаимное положение многих сотен звезд в надежде, что через какое-то время ему удастся заметить перемещение одной из них. Если же в распоряжении исследователя имеются точные карты звездного неба, то ему достаточно один раз «прочесать» предполагаемую зону поиска, чтобы обнаружить на ней «лишнюю звезду» – неизвестную планету.

У немецких наблюдателей неба такие карты были, поэтому они сразу же взялись за дело. В ночь на 24 сентября 1846 г. ассистент Берлинской обсерватории Иоганн Готфрид Галле (1812–1910) и помогавший ему студент-астроном Генрих Луи Д’Арре (1822–1875), не затратив и получаса на поиски, обнаружили неизвестное светило, причем всего в одном градусе от расчетной точки. «Этой звезды нет на карте!», – воскликнул Д’Арре, и его слова услышал весь астрономический мир. Но это было лишь преддверием триумфа. Отметив на карте положение маленького голубого пятнышка, астрономы занялись другими делами, а под утро отправились спать. Когда на следующую ночь телескоп был направлен на тот же объект, оказалось, что он немного переместился на фоне звезд. Галле сразу же написал Леверье: «Планета, которую вы предсказали, действительно существует!»

Рис. 4.15. Телескоп-рефрактор работы Фраунгофера (1820 г.), с которым Галле и Д’Арре открыли Нептун.

Это событие стало триумфом небесной механики. Новую планету Леверье назвал именем Нептуна, древнеримского бога морей, что вполне подходит для царства мрака и холода, отстоящего от Солнца в 30 раз дальше Земли.

Открытие теоретически предсказанной планеты всколыхнуло весь просвещенный мир. Но ученые были особенно рады тому, что и на этот раз законы Ньютона устояли.

Что же касается исторического спора о том,

на кончике чьего именно пера был открыт Нептун, то сегодня эта честь по праву должна быть отдана французу Леверье. Хотя прогноз Адамса был лишь ненамного менее точным (его теоретическая точка оказалась в трех градусах от истинного положения планеты), все же именно Леверье довел работу до убедительного результата. Впрочем, англичанин Джон Адамс тоже занял свое почетное место в науке, проделав впоследствии множество полезных исследований по астрономии и математике.

Проходят годы, но историю с теоретическим открытием Нептуна до сих пор часто вспоминают при обсуждении методов современной науки и ее прогностических возможностей. Например, рассказывая об успехах физиков в предсказании и открытии новых элементарных частиц, профессор МГУ Б. А. Арбузов написал в «Соросовском образовательном журнале» (1996, № 9): «Развитие науки происходит за счет повседневной, кропотливой работы, которая, на первый взгляд, не имеет ничего общего с романтикой открытий. Одни стараются с максимальной точностью вычислить какой-нибудь эффект, другие – поточнее его измерить. Чаще всего эти два метода дают согласующиеся результаты. Однако тем больший интерес вызывают небольшие, но твердо установленные отклонения вычислений от опыта. Так было в случае с возмущениями движения планеты Уран, что привело в 1846 году к открытию новой планеты Нептун. Так было с малыми поправками к распадам промежуточного бозона Z, изучение которых привело к предсказанию массы t-кварка, блестяще подтвердившемуся в 1995 году».

Думаю, так будет еще не раз. На этом держится авторитет современной науки. Такие события, как предсказание и открытие новых планет или новых субатомных частиц, демонстрируют мощь теоретической физики и ее непременное требование того, чтобы эксперимент и наблюдение в точности согласовывались с теорией, причем всегда, а не от случая к случаю.

Плутон – наследие Ловелла

В главе 1 вкратце уже было рассказано об открытии Плутона, когда речь шла о выборе для него имени. Но детали этой истории поучительны и отчасти загадочны.

Случайное открытие Урана, а затем изящное предсказание и открытие Нептуна втрое раздвинули границы Солнечной системы всего за полвека. Такой успех вдохновил астрономов на дальнейшие поиски: открыв Нептун, они решили не останавливаться и попытаться найти еще более далекую планету. Для этого предполагалось использовать так блестяще сработавший метод Адамса – Леверье. Казалось, что достаточно несколько лет внимательно следить за движением Урана и Нептуна, чтобы обнаружить влияние на них еще более далекой планеты.

Но ожидания не оправдались. Правда, поначалу все шло неплохо. У Нептуна и Урана были открыты спутники. Наблюдая за их движением, астрономы смогли аккуратно измерить массы этих планет, что позволило точно вычислить их взаимное гравитационное влияние. С этими данными Леверье построил наиточнейшую теорию движения Урана и Нептуна, которая уже через несколько лет стала понемногу расходиться с наблюдениями. Казалось бы, впереди очередной триумф – открытие следующей планеты. Но все попытки найти транснептуновую планету оставались безрезультатными.

Всю вторую половину XIX в. профессиональные математики и астрономы пытались обнаружить – одни за столом, другие у телескопа – девятую планету Солнечной системы. Но успех пришел к двум любителям науки: новая планета была найдена уже в XX в. благодаря самоотверженному труду богатого американского аристократа Персиваля Ловелла и небогатого американского провинциала Клайда Томбо.

Персиваль Ловелл родился в 1855 г. в Бостоне (штат Массачусетс) в весьма известной и состоятельной семье, окончил Гарвардский университет и собирался сделать карьеру бизнесмена и политика. В 1883–1893 гг. он путешествовал по Дальнему Востоку, жил в Японии, плодотворно занимался литературной деятельностью. Некоторое время служил советником и иностранным секретарем корейского посольства в США. Однако в 1894 г. под влиянием работ итальянского астронома Джованни Скиапарелли (1835–1910), посвященных изучению Марса и описанию марсианских каналов, Ловелл круто изменил свою жизнь: он полностью отдался астрономии, которой, впрочем, был увлечен с юных лет.