Глава 3. Открытие Плутона. 1928-1930

Согласно Пикерингу (1928с), "наиболее продуктивной орбиты в Солнечной системе для поисков неизвестных планет являются, без сомнения, орбита Урана". С помощью графических изображений возмущений Урана Пикеринг нашел новые свидетельства существования своей планеты О, а также свидетельства пользу существования еще одной планеты Р, расположенной долготе 294° на расстоянии от Солнца 61,7 а. е. и имеющей период 485 лет. Кроме того, он обнаружил свидетельства существования планеты S, расположенной на долготе 344°. Раз Пикеринг постулировал ее существование на основе анализа данных о кометных афелиях. В своей последующей работе Пикеринг (1928d) отметил, что из невязок в движении Урана нельзя извлечь много новой информации относительно планет и S. Однако он указал, что еще одним источником информации для определения элементов орбиты планеты Р может стать и значение кометных афелиев. На основе исследования этих данных Пикеринг нашел для планеты Р новые значения период (556,6 лет) и расстояния от Солнца (67,7 а. е.). На эпоху 1920,0 он определил ее положение координатами α=20h19m и δ = -51,5°. Он вычислил, что ее визуальная величина равна 11 и поэтому уверенно констатировал, что ее нетрудно будет обнаружить. Тот факт, что планета Р до сих пор не была открыта случайно, он приписывал ее южному склонению.

В отношении планеты S Пикеринг заметил, что поскольку ней связаны только четыре кометы, то его предвычисления наклона и узла являются недостаточно надежными. Тем не менее. на эпоху 1920,0 он дал ее пробные координаты α=22h04m и δ = +3,4°. Что касается планеты О, то ее орбита должна иметь по его мнению, большой наклон, как это часто бывает свойственно орбитам с большими эксцентриситетами. Для планеты Пикеринг предсказал значения 12,2m для визуальной величины и 13,5m для фотографической величины. Как отмечалось в предыдущей главе, неудача фотографических поисков планеты Пикеринга, предпринятых Хьюмасоном в 1919 г. на обсерватории Маунт-Вилсон, возможно, привела Пикеринга к утраты веры в собственные предвычисления и в существование одной такой планеты. Когда впервые было объявлено об открытии Плутона в марте 1930 г., Пикеринг (1930с) был, по-видимому, убежден, что это комета, а не планета. Он сетовал на то, что это объявление не было сделано сразу же по открытии (в феврале 1930 г.), как это было принято раньше, так как тогда можно было бы быстрее определить орбиту планеты.

Изготовленный 32,5-сантиметровый объектив, предназначенный для поисков планет на Ловелловской обсерватории, поступил во Флагстафф в начале 1929 г. Как только линзы были смонтированы, начались предварительные работы по юстировке и контролю. Когда была закончена первоначальная пробная серия фотографий предсказанной Ловеллом подходящей области в Близнецах, Клайд Томбо, который незадолго до этого вошел в штат обсерватории, был назначен ответственным за поиски планеты X. Обнаружилось, что пластинки размером 35Х42 см позволяют получить достаточно большое поле хороших изображений. Фокусное расстояние 32,5-сантиметрового объектива составляло 169 см, что давало масштаб 122" на 1 мм, или 2,95 см на 1°. Таким образом, каждая пластинка покрывала на небе площадь ≈12°Х14°. Для установки пластинок в фокальной плоскости большой линзы были предусмотрены специальные приспособления.

Программа наблюдений началась 1 апреля 1929 г. с фотографирования области Близнецов. Вскоре выяснилось, что для выявления различий между далекими планетами и астероидами вблизи их точек стояния существенно фотографирование областей около точки оппозиции. Вблизи точки оппозиции угловые движения астероидов гораздо больше и их следы на изображениях с одночасовой выдержкой выделяются с первого взгляда.

К сентябрю 1929 г. фотографирование в окрестности точки оппозиции на эклиптике шло полным ходом. При этом с особым вниманием и тщательностью производилось исследование пластинок на блинк-компараторе. Однако, как бы аккуратно ни обрабатывались пластинки, нельзя было избежать ряда дефектов, вызванных наличием частиц грязи или других примесей в эмульсии. Исследовались только негативы; позитивы содержали значительно больше дефектов.

Первое исследование пластинок, снятых в оппозиции, началось с сентябрьских снимков области Водолея и продолжалось месяц за месяцем с продвижением в восточном направлении через созвездия Рыбы, Овен и Телец. К тому времени фотографирование участков неба выполнялось уже в районе Млечного Пути. Когда завершилась обработка фотографий созвездия Тельца, фотографировалась область Близнецов. Сначала Томбо исследовал на цейссовском блинк-компараторе пару снимков окрестности δ Близнецов. Обычно делались три снимка каждой области с интервалами в два дня. Однако интервал между датой первого снимка окрестности δ Близнецов (январь, 21.1930) и датой третьей пластинки (январь, 29) был на четыре дня длиннее обычного. Когда четверть снимка области δ Близнецов была исследована, 18 февраля Томбо открыл "подозреваемую планету". Изображения отстояли друг от друга на 3,5 мм, что указывало на расположение объекта за орбитой Нептуна. Изображения были также обнаружены на пластинках, сделанных 21, и 29 января на 12,5-сантиметровом когшеловском телескопе.

Рис. 3.1а. Британское астрономическое общество, №416. Пластинка с изображением Плутона, снятая Лампландом с помощью 105-сантиметрового рефлектора Ловелловской обсерватории (фокусное расстояние 550 см); 2 марта 930 г., 4 ч 56 мин

19 февраля Томбо смог получить четвертую пластинку и снова обнаружил изображение на предсказанном месте. Были опасения, что объект быстро переместится и окажется всего лишь каким-то необычным астероидом или кометой, как и предположили впоследствии Пикеринг и Джексон, но последующие пластинки неизменно обнаруживали объект на его предвычисленном месте. 20 февраля сотрудники обсерватории исследовали объект визуально с помощью 60-сантиметрового рефрактора целью обнаружения диска. Диска не оказалось, а так как Ловелл предсказывал диаметр диска 1", возникло подозрение, что главный объект еще не найден. Спустя несколько ночей Ламланд, используя 105-сантиметровый рефлектор, фотографически сравнил цвет объекта с цветом Нептуна. Его сравнение подтвердило визуальное впечатление, что цвет объекта явно желтоватый, а не голубоватый, как у Нептуна. Пластинки с одной часовой экспозицией, полученные 105-сантиметровым инструментом, не выявили никаких спутников; поэтому масса объекта не поддавалась непосредственному определению. Слайфер продолжал исследовать новую планету визуально на 60-сантимеровом рефракторе по ночам с прекрасной видимостью. Тем временем Лампланд на 105-сантиметровом рефлекторе начал длинную серию фотоснимков Плутона с небольшой экспозицией, предназначенных для астрометрических целей. Вплоть до своей смерти в 1951 г. Лампланд получал по возможности каждый месяц по одной пластинке (рис. 3.1).

Рис. 3.1б. Британское астрономическое общество, №416. Пластинка с изображением Плутона, снятая Лампландом с помощью 105-сантиметрового рефлектора Ловелловской обсерватории (фокусное расстояние 550 см); 5 марта 1930 г., 3 ч 44 мин (с разрешения Ловеллонской обсерватории)

Наконец, 12 марта 1930 г. была послана телеграмма попечителю Ловелловской обсерватории Путнаму для ее передачи Гарвардскую обсерваторию. На следующий день она была разослана многим астрономам и обсерваториям. Эта историческая телеграмма гласила:

"Систематические многолетние поиски, дополняющие исследования Ловелла по транснептуновой планете, привели к обнаружению объекта, который в течение семи недель имел скорость движения и траекторию, согласующиеся с данными транснепту нового тела на предписанном ему расстоянии. Пятнадцатая величина. Положение 12 марта в три часа Гринвичского среднего времени было 7 секунд к западу от δ Близнецов в согласии долготой, предвычисленной Ловеллом" (Слайфер, 1930).

Объявление об открытии новой планеты было, таким образом, сделано 13 марта, что совпало сразу с двумя событиями с днем рождения Ловелла, а также со 149-й годовщиной открытия Урана сэром Вильямом Гершелем. Харлоу Шепли послал телеграмму об открытии в Британское астрономическое общество, где она была прочитана на заседании на следующий день. За ней был прочитан официальный ответ общества, подготовленный по поручению его совета секретарем по иностранным связям:

"Президент, совет и члены Британского астрономического общества, собравшиеся на заседание, шлют Ловелловской обсерватории свои самые сердечные поздравления в связи с великим открытием транснептуновой планеты. - Тернер, секретарь по иностранным связям"^*.

^* (Meeting of the Royal Astronomical Society, Friday, 1930 March 14. Observatory, 53, 97, 1930.)

Реакция собрания была отмечена в протоколах как "бурные аплодисменты".

Публичное объявление об открытии было сделано также утром 13 марта вдовой Персиваля Ловелла миссис Констанцией Ловелл во время вручения премии, ежегодно присуждаемой в память Ловелла в Педагогическом колледже в Аризоне.

Сотрудники Ловелловской обсерватории были сразу же завалены "огромным и настойчивым" потоком вопросов от представителей прессы. Большое число телеграмм и писем, полученных обсерваторией, а также широкое освещение открытия газетами и журналами явились дополнительным стимулом для сотрудников в деле быстрейшего определения элементов орбиты планеты. Циркуляр, в котором приводились предварительные значения элементов орбиты и некоторые дальнейшие результаты наблюдательной работы, был направлен Шепли в Гарвардскую обсерваторию. Затем Шепли (1930b) опубликовал эти данные в виде сообщения "Harvard College Observatory Announcement Card", No. 121:

"Предварительная орбита планеты X была вычислена сотрудниками Ловелловской обсерватории при участии доктора Джона А. Миллера, директора обсерватории Спрул, на основе положений 23 января, 23 февраля и 23 марта, определенных по пластинкам Ловелловской обсерватории Лампландом. Эти положения дали следующие элементы, отнесенные к среднему равноденствию 1930,0:

Положение, вычисленное на основании этой орбиты на 30 марта, совпало с наблюденным положением с точностью до долей секунды дуги по обеим координатам. Однако, поскольку наблюдавшаяся дуга орбиты очень коротка, а широта объекта чрезвычайно мала, существенного пересмотра некоторых элементов, в частности эксцентриситета, пока не ожидается. Наша первая предварительная круговая орбита, вычисленная по положениям 23 января и 23 марта, дала значения долготы узла и наклона, согласующиеся со значениями для эллиптической орбиты. Дальнейшие детали будут сообщаться в Циркулярах Ловелловской обсерватории. Слайфер."

Путнам, который направил извещение об открытии из Ловелловской обсерватории в Гарвардскую, считал, что заслуга открытия принадлежит Слайферу, директору Ловелловской обсерватории. Однако, по мнению Шепли, честь открытия принадлежала в первую очередь Персивалю Ловеллу, который математически предвычислил новую планету, "и лишь затем администраторам Ловелловской обсерватории и наблюдателям, выполнявшим свою обычную ночную работу". Для новой планеты Шепли предложил название Кронос. Шлезингер, директор Йельской обсерватории, предсказывал, что и другие, пока неизвестные большие планеты могут дополнить нашу картину Солнечной системы, хотя открыть их будет чрезвычайно трудно из-за слабого блеска. Капитан Фримэн из Морской обсерватории США заявил, что научное сообщество "очень удовлетворено и очень взволновано" открытием. Он добавил, что Морская обсерватория попытается наблюдать планету, хотя при 15-й звездной величине она может оказаться неуловимой, так как ее положение еще не определено с достаточной точностью. Отто Струве из Йеркской обсерватории охарактеризовал открытие как "одно из величайших в истории астрономии". Стьюард из астрономического факультета Принстонского университета назвал открытие "важным и интересным вкладом в наши знания о Солнечной системе". Сэр Джеймс Джинс сделал пророческое предсказание, что новая планета "возможно, обладает одним сравнительно большим спутником, подобно Нептуну и Земле".

Пикеринг (1930а) заметил, что, так как открытие новой планеты вызвало столь большой интерес, было бы желательно по возможности быстрее найти название для новой планеты. Он предложил назвать планету Плутоном в честь греческого бога мрака, который был способен в любое время по своему желанию становиться невидимым. Пикеринг отметил, что при прохождении через афелий новая планета получает менее 0,002 солнечного света, падающего на Землю, и ее блеск составляет только 1/19 от соответствующего значения в перигелии.

Через два дня после того, как миссис Ловелл впервые публично объявила об открытии новой планеты, она предложила назвать ее "Персиваль" в честь ее покойного мужа. Неделю спустя миссис Ловелл передумала и сказала, что она предпочитает для новой планеты название "Ловелл". Однако капитан Фримэн предположил, что Персиваль Ловелл, без сомнения, протестовал бы против использования его имени для новой планеты, подобно тому, как Гершель отверг аналогичные попытки назвать Уран в его честь. Фримэн предложил вместо этого название "Минерва", отметив, что названия "Кронос" и "Сатурн" идентичны, а название "Плутон" нежелательно в силу ассоциации с Сатаной. Слайфер (1930b) отметил, что из множества имен, предложенных для новой планеты, "Минерва" и "Плутон" наиболее популярны. Но он обратил внимание на то, что название "Минерва" уже использовалось для астероида. Название "Плутон" подходило во всех отношениях, и Ловелловская обсерватория предложила его Американскому астрономическому обществу и Королевскому астрономическому обществу Великобритании. Слайфер заметил, что, насколько ему известно, первым человеком, предложившим название "Плутон", была 11-летняя мисс Венеция Верней из Оксфорда, Англия. В качестве символа планеты Ловелловская обсерватория предложила знак В, легко запоминаемый, поскольку он образован из первых двух букв названия планеты. Новый символ являлся также, причем не случайно, монограммой инициалов Персиваля Ловелла.

Через неделю после открытия Плутона Джексон из Королевской Гринвичской обсерватории, который раньше придерживался мнения, что "хотя пока имеется мало деталей, сам факт проведения наблюдений в течение семи недель дает уверенность в реальности объекта как очень отдаленной планеты", внезапно изменил свою точку зрения. Теперь Джексон заявил о своей неуверенности в том, что Плутон является планетой, поскольку, во-первых, он не был обнаружен в точности там, где предсказывал Ловелл, а во-вторых, он не имел предсказанную яркость. Кроме того, Джексон считал странным, что Ловелловская обсерватория обнародовала так мало подробностей. В ответ на скептицизм Джексона Шепли (1930а) сообщил, что Гарвардская обсерватория получила результаты дополнительных наблюдений из Йеркской обсерватории. Г. Струве из обсерватории в Потсдаме сообщил о визуальных и фотографических наблюдениях Плутона с помощью 65-сантиметрового рефрактора; Плутон был также обнаружен в обсерватории в Гейдельберге. Бианки из обсерватории Брера близ Милана в Италии информировал об обнаружении новой планеты на пластинках, снятых 16 марта. Капитан Фримэн из Морской обсерватории США сообщил, что Плутон был сфотографирован с помощью 25-сантиметрового фотографического телескопа и наблюдался визуально на 65-сантиметровом рефракторе. Параскевопулос (1930) на станции Гарвардской обсерватории в Бойдене (Южная Африка) сообщил о фотографировании новой планеты с помощью 60-сантиметрового рефрактора Брюса 18, 19 и 27 марта, а также 16 и 18 апреля.

Согласно сообщению Эсклангона (1930а), микрометрические измерения фотографий Плутона в Парижской обсерватории показали, что минимум прямого восхождения был пройден в момент март 30,5, 1930. Самые первые вычисления дали круговую орбиту с периодом 489 лет. Используя метод Лапласа, Минер и Канаваджия в Парижской обсерватории показали, что скорость Плутона была постоянной по величине и направлению в течение первых 18 дней наблюдений. С помощью параллактического метода Стойко нашел: 1) гелиоцентрические координаты планеты, отнесенные к эклиптике и равноденствию; 2) расстояние от Солнца R = 44,4 а. е.; 3) долготу узла Ω=108°55' и 4) наклон i=38°54'. По этому поводу Эсклангон заметил, что надежны только значения R и Ω и потребуется много месяцев и лет наблюдений для вычисления точной орбиты. Позднее, используя пары наблюдений по обе стороны от минимума, Стойко нашел модифицированным методом Лагранжа R = 41,524 а.е., Ω=109° 16' и i=19°51'.

Жеховский (1930) также вычислил гелиоцентрическое расстояние Плутона методом Лагранжа на основе ранних наблюдений и появившихся результатов новых наблюдений. Он получил значения R = 44,219 а. е. на момент март 25, 1930 и R = 41,595 а. е. на момент апрель 2. Стойко (1930а) вычислил новые элементы орбиты Плутона, используя наблюдения до открытия, сделанные 16 марта и 1 апреля 1926 г. Он нашел нижний предел эксцентриситета, равный 0,407, но отметил, что его фактическое значение точно еще не установлено.

Банахевич (1930с) заметил, что в силу сомнений относительно действительной траектории Плутона наблюдения в марте и апреле 1930 г. недостаточны для определения орбиты, если использовать три любых наблюдения. Он предложил новый метод, в котором выводятся линейные уравнения для определения координат и вектора скорости планеты путем рассмотрения проекции траектории планеты на земную сферу. По утверждению Банахевича, этот метод дает возможность определить характер орбиты Плутона из наблюдений первой половины 1930 г., в то время как все другие методы, основанные на трех наблюдениях, приводят к ошибочным результатам. Эсклангон (1930d) для перевычисления орбиты Плутона использовал фотографические наблюдения, сделанные между августом и октябрем 1930 г. в Парижской, Йеркской и Гейдельбергской обсерваториях, а также парижские наблюдения с января по май 1930 г. Он нашел, что расстояние планеты от Солнца меняется в течение одного оборота от 30 до 50 а. е., превышая расстояние Нептуна от Солнца всюду, кроме области перигелия. Он получил существенно улучшенные значения долготы узла и наклона, но отметил, что значения эксцентриситета и долготы перигелия должны быть в дальнейшем исправлены по мере накопления данных наблюдений.

Банахевичем (1930а) было отмечено, что определения орбиты Плутона, произведенные в Ловелловской и Парижской обсерваториях, были основаны на наиболее далеко отстоящих друг от друга наблюдениях 1930 г. Оба определения указывали на очень эксцентричную эллиптическую орбиту и движение планеты в направлении удаления от Земли. Однако положения, наблюдавшиеся в период с 1919 по 1927 г. свидетельствуют об эксцентриситете астероидного типа и приближении планеты к Земле. Банахевич обнаружил, что при использовании другого метода вычислений наблюдения 1930 г. подтверждают более ранние наблюдения. Отсюда он заключил, что орбита Плутона похожа на орбиту астероида и планета приближается к нам. Банахевич (1930b) вычислил орбиту Плутона по наблюдениям 23 января, 21 февраля, 21 марта и 17 мая 1930 г. и нашел, что его элементы хорошо согласуются с элементами, полученными Миллером (1930) и Стойко (1930b), за исключением эксцентриситета и большой полуоси. По мнению Банахевича, его результаты и вычисления Бауэра и Уиппла, а также Никольсона и Мейолла подтверждают заключение, что Плутон является транснептуновой планетой, предугаданной Ловеллом, или во всяком случае первой из нескольких планет, предсказанных Лау.

По сообщению Слайфера (1931), наблюдатели Ловелловской обсерватории, работавшие на 60-сантиметровом рефракторе, на основе наблюдений за удаленными земными объектами переменного диаметра и освещенности заключили, что в силу малой яркости Плутона его диск не может быть обнаружен, даже если он достигает размера 0,6". Их эксперимент был повторен Альтером (1952) и дал аналогичные результаты. Сотрудники Ликской обсерватории с помощью 90-сантиметрового рефрактора нашли, что максимальный диаметр Плутона, даже с учетом некоторого потемнения к краю диска, едва ли превышает 0,3" (Бауэр, 1931). Никольсону с помощью 250-сантиметрового рефлектора обсерватории Маунт-Вилсон не удалось обнаружить диск при плохих условиях видимости, и он смог только заключить, что диаметр Плутона не превышает 0,4". Однако, поскольку эффект потемнения к краю ослаблялся за счет большой светосилы 250-сантиметрового инструмента, Никольсои определил, что диаметр вряд ли может превышать 0,1".

Бауэр (1931), принимая значение видимого диаметра Земли на расстоянии Плутона равным 0,43" и предполагая одинаковую плотность Плутона и Земли, вычислил, что масса Плутона составляет 0,34 массы Земли. При этом он использовал оценку 0,3" для диаметра диска Плутона, полученную в Ликской обсерватории. Однако при использовании значения 0,1", полученного в обсерватории Маунт-Вилсон, масса Плутона должна составлять 0,01 массы Земли. Бауэр пришел к выводу, что масса Плутона не может быть уверенно определена динамическим путем. На основе наблюдений видимой звездной величины и при самых благоприятных предположениях относительно альбедо и плотности он установил верхний предел массы Плутона равным 07 массы Земли. Окончательный вывод Бауэра состоял в том, что, пока диск не будет окончательно измерен, наиболее вероятным значением массы Плутона останется значение 0,1 массы Земли.

Предчувствуя, возможно, будущее изменение своей позиции (см. гл. 4), Пикеринг (1930b) опубликовал "дополнительные замечания", в которых он прокомментировал исследования Ловелла, касающиеся новой планеты. Пикеринг писал, что, хотя работа Ловелла явилась "без сомнения, очень элегантным математическим исследованием, продемонстрировавшим математическое искусство и изобретательность", ему лично кажется, что математика здесь не к месту и должна быть заменена здравым смыслом. Далее Пикеринг продолжал:

"Одно время Ловелл и я были более или менее близкими друзьями и в течение всей его жизни я поддерживал его работу по Марсу, пожалуй, значительно больше, чем любой другой профессиональный астроном, так как я верил в его правоту. Только потому, что я не хотел поддерживать его во всех его теориях и открыто говорил об этом, мы позднее, к моему сожалению, отдалились друг от друга. Он радовался и ценил мои благоприятные замечания относительно своей работы, но обижался на мою критику".