Чтение онлайн

С глубокой древности людям были известны пять планет (не считая Земли): Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн. Эта пятерка так въелась в массовое сознание ученых, что никто и не помышлял о том, что вокруг Солнца могут обращаться и другие планеты. Но 13 марта 1781 года Гершель открыл планету Уран, каковую тоже поначалу не признал планетой, решив, что открыл комету, – и великим свойственна слепая вера в старые штампы! Однако недоразумение скоро разъяснилось, и в Солнечной системе стало шесть общепризнанных планет. Но коли так, то почему их только шесть? Может, больше? В конечном счете именно открытие Урана подвигло астрономов на поиски новых планет.

Где их искать – было примерно ясно. Во-первых, на «задворках» Солнечной системы, за орбитой Урана. Во-вторых, астрономов давно интриговала «дыра» между орбитами Марса и Юпитера. Казалось, на весьма значительном расстоянии между ними вполне могла поместиться орбита еще одной планеты. Но почему же она не наблюдалась? Возможно, потому что имеет малые размеры и/или низкое альбедо?

Если дело в малых размерах, то как тогда открыть эту неизвестную планету? Ответ очевиден: воспользоваться буквальным переводом с греческого языка слова «планета», что значит «блуждающая» или попросту «бродяга». Как бы ни мала была планета, на небе она все равно будет выглядеть звездочкой, пусть слабой. Надо только следить за положением слабых звезд в некоторой полосе вблизи эклиптики, и если отыщется звезда, чье смещение на небе резко – на порядки – превышает смещение звезд из-за собственного движения, то кандидат в планеты найден.

Казалось бы, просто. На деле это чрезвычайно долгая, кропотливая и нудная работа, связанная с точным измерением местоположения многих сотен слабых звезд, повторным измерением их местоположения спустя некоторое время и сравнением результатов. Право, на свете есть куда более интересная работа, в том числе и в астрономии. С другой стороны, кому не хочется увековечить свое имя, открыв новую планету?

Еще до открытия Урана немецкий астроном И. Тициус эмпирически нашел, а другой немецкий астроном И. Боде широко распропагандировал правило, связывающее порядковый номер планеты с расстоянием ее от Солнца: Rn = 4 + 3 x 2n, где Rn – средний радиус орбиты в астрономических единицах, а п = о для Венеры, 1 для Земли, 2 для Марса и т. д. (Для Меркурия п равен минус бесконечности.) Действительность как будто подтверждала правило Тициуса – Боде: максимальное отличие среднего радиуса орбиты от реального едва превышало 5 % (для Марса). Орбита открытого Гершелем Урана также хорошо вписывалась в правило Тициуса – Боде. Лишь орбита Нептуна резко не согласуется с правилом Тициуса – Боде, но Нептун был открыт лишь в 1846 году, так что правило, оказавшееся впоследствии ошибочным, в конце XVIII столетия принималось многими за истину. Имелась только одна странность: отсутствовала планета с п = 3.

Бытовавшие с глубокой древности представления о «гармонии сфер» и о том, что «природа не терпит пустоты», побуждали астрономов верить: неизвестная планета между Марсом и Юпитером действительно существует, вопрос лишь в том, как найти ее. Пусть планета мала, пусть темна – это чисто наблюдательная задача. В распоряжении астрономов уже имелись достаточно крупные телескопы, чтобы решить ее. И вот барон Франц Ксавер фон Цах, бывший в то время главным астрономом Австрийской империи, начал методические поиски недостающей планеты. Увы – для одного астронома эта задача оказалась непосильной. Представьте себе, сколько звездочек ярче, скажем, 9-й звездной величины находится в полосе плюс-минус 10° от эклиптики, и вы поймете всю громоздкость задачи, а если вы когда-нибудь смотрели на небо в телескоп, то не только поймете, но и ужаснетесь. Ведь необходимо было дважды тщательно измерить координаты каждой звездочки! Тогда Цах понял, что для поисков новой планеты необходимы скоординированные усилия многих астрономов.

В 1800 году Цах разделил зодиакальную область неба на 24 зоны и намеревался предложить 24 астрономам заняться поисками планеты. Нашлись и единомышленники, правда, в меньшем количестве, чем нужно. Времена стояли непростые: уже начались наполеоновские войны, в Европе было неспокойно. И все же Цах надеялся на успех. Но прежде чем были разосланы карты и работа развернулась, в первый день XIX столетия, 1 января 1801 года итальянский астроном Джузеппе Пиацци случайно открыл новую планету между Марсом и Юпитером.

Пиацци не участвовал в программе Цаха – ему только еще собирались предложить это. Будучи профессором астрономии Палермского университета (Сицилия), он занимался рутинной работой по определению положения звезд для каталога. Одно светило 8-й звездной величины привлекло его внимание быстрым движением среди звезд. Пиацци решил, что открыл новую комету – правда, без туманной оболочки, не говоря уже о хвосте, но мало ли во Вселенной всяких «уродцев», не вписывающихся в общие правила! По виду объект был неотличим от звезды, из чего Пиацци сделал правильный вывод, что если это все-таки планета, то очень маленькая.

Шесть недель Пиацци следил за открытым им светилом, пока болезнь не прервала его работу, а по выздоровлении Пиацци не смог найти на небе открытый им объект – так сильно он переместился. Тогда Пиацци разослал письма другим астрономам с сообщением об открытии и просьбой искать «утерянное» светило. Какова его орбита, Пиацци не знал – он не смог вычислить элементы орбиты из своих наблюдений.

И тут очень кстати подоспело открытие, сделанное молодым, а впоследствии великим математиком Карлом Гауссом. Чуть ранее открытия Пиацци он разработал метод вычисления элементов орбит небесных тел. Всего этих элементов шесть. Два из них (большая полуось и эксцентриситет) определяют параметры эллипса, третий показывает ориентацию эллипса в своей плоскости, четвертый и пятый определяют положение орбитальной плоскости относительно основной координатной плоскости (в качестве которой чаще всего берется плоскость эклиптики), и, наконец, шестой элемент определяет положение объекта на орбите в некий начальный момент времени. Гаусс блистательно решил увлекшую его математическую задачу: определить, по скольким наблюдениям движущегося небесного тела можно вычислить все шесть элементов его орбиты. Он математически доказал, что необходимы всего три наблюдения.

Понятное дело, желательно, чтобы эти три наблюдения проводились с достаточно большой разницей во времени, иначе неизбежные погрешности в определении небесных координат объекта приведут к значительной ошибке в вычислении орбиты, – но как раз с этим у астрономов-наблюдателей дело не всегда обстоит хорошо. Впрочем, Пиацци следил за перемещением своей звездочки достаточно долго, чтобы можно было уверенно вычислить орбиту. Она оказалась не кометной, а планетной, правда, со значительным наклоном к эклиптике (более 10°), но зато с эксцентриситетом, равным 0,0789, что меньше, чем у орбиты Марса. При этом орбита нового тела находилась между орбитами Марса и Юпитера и очень хорошо соответствовала правилу Тициуса – Боде.

Почти весь 1801 год новую планету не удавалось найти – мешала погода. К величайшей досаде астрономов, на свете есть такие явления, как сплошная облачность, дождь и снег. Европа вообще не лучшее место для астрономических наблюдений, но в 1801 году погода просто-напросто издевалась над астрономами, испытывая их терпение на прочность. Лишь в последнюю ночь 1801 года небо расчистилось, и уже на следующую ночь утерянная планета была найдена Цахом и – независимо от него – немецким астрономом Генрихом Ольберсом примерно в том месте, где ей и полагалось быть согласно вычислениям по методу Гаусса. «Нет ничего практичнее хорошей теории» – эти слова могли быть сказаны уже в начале XIX века.

Ну что ж, планета была найдена, обе теории – истинная (Гаусса) и ложная (Тициуса – Боде) торжествовали. Пиацци как первооткрывателю была предоставлена честь дать новой планете имя. Верный традиции давать планетам имена античных богов, Пиацци назвал ее Церерой – богиней плодородия и покровительницей Сицилии в древнеримские времена. Казалось, в поисках планеты между Марсом и Юпитером можно поставить жирную точку.

Но! Астрономов все-таки смущали малые размеры планеты – около 960 на 932 км, по современным данным. Но еще важнее было то, что уже 28 марта 1802 года Ольберс открыл вторую планету между Марсом и Юпитером! Ее назвали Палладой. Имея почти такой же период обращения вокруг Солнца (4,613 и 4,619 года соответственно), Паллада удивила значительным углом наклона своей орбиты к эклиптике (34,84°) и орбитой, более эксцентричной, чем у Меркурия. Размеры Паллады оцениваются в настоящее время в 570 на 482 км. Но на этом сюрпризы не закончились. В 1804 году немецкий астроном Хардинг открыл Юнону (240 км), а в 1807 году все тот же Ольберс открыл еще одну малую планету – Весту (530 км). Удивительно, что Веста не была открыта раньше: эта планетка, во-первых, имеет небольшой наклон орбиты к эклиптике (7,135°), а во-вторых, в своем орбитальном движении время от времени подходит к Земле ближе, чем любая другая малая планета (из числа крупных), становясь видна даже невооруженным глазом как слабая звездочка примерно 5,7 звездной величины. Кроме того, поверхность Весты более светлая, и если Весту и Цереру поместить рядышком на одинаковом расстоянии от нас, то более скромная по размерам Веста окажется чуточку ярче Цереры. По идее именно Веста, а не Церера должна была стать первой из открытых малых планет. Хорошая иллюстрация к справедливому утверждению о том, что открытие почти всегда есть явление вероятностное. Открытие Весты в качестве первой малой планеты было вероятнее – но первой была открыта менее яркая Церера. Что ж, порой случаются и менее вероятные события.

Новонайденные тела были названы (Гершелем) астероидами, то есть звездоподобными. На тот момент времени никакой, даже самый мощный телескоп не мог позволить различить у них диск, и даже при максимальных увеличениях эти планетки все равно выглядели звездами. Название прижилось, хотя и название «малые планеты» также осталось. Впрочем, теперь, говоря о малых планетах, обычно имеют в виду лишь крупнейшие из этого класса небесных тел.

Итак, вместо одной ожидаемой планеты внезапно объявились четыре. Правило Тициуса – Боде подверглось «испытанию на прочность», но пока устояло. Спас его Ольберс, предположив, что некогда между Марсом и Юпитером действительно находилась планета с орбитой, соответствующей правилу Тициуса – Боде, однако в результате какого-то древнего катаклизма она была раздроблена на куски, наиболее крупными из которых и являются четыре новооткрытых объекта. А коли так, то наверняка есть и другие осколки, и следует их поискать.