Пролог: Наше "место под Солнцем"

Солнечная система - это большой дом человечества. Поэтому, прежде чем говорить о сравнительно небольших ее "деталях", которыми, по существу, являются спутники планет, следует рассказать об ее общем устройстве и закономерностях, правящих ею.

Главным телом здесь служит Солнце, которое своей гигантской массой, в 331 940 раз превышающей земную, контролирует движение всех небесных тел в пределах нашей системы. Названия больших планет сегодня знакомы всем со школьных лет: это Меркурий, Венера. Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Сравнительные сведения о них читатель найдет в табл. 1, в конце книги, здесь же необходимо сказать, что спутники (а они-то и являются главными героями нашей книги) есть не у всех этих планет. К тому же у разных планет их число очень различно. Так, если Меркурий и Венера совсем "лишены свиты", то у Юпитера количество спутников перевалило за дюжину, у Сатурна - тоже. При этом, если количество известных больших планет вот уже полвека остается постоянным и вряд ли теперь изменится, то на вопрос, сколько всего спутников в Солнечной системе, уверенно ответить пока нельзя. На сегодня их насчитывается более сорока, но не исключено открытие новых и даже "закрытие" ошибочно обнаруженных ранее. Кроме того, у Сатурна есть кольца, а недавно кольца открыли также у Урана и Юпитера.

Сложная "карусель" движений планет вокруг Солнца, спутников и колец вокруг планет подчиняется строгим законам. Один из основателей современной астрономии Иоганн Кеплер (1571-1630) первым установил эти законы. О них мы расскажем несколько ниже.

Появились они не на пустом месте. Им предшествовали события, происходившие в глухом уголке северо-восточной Европы...

В майский день 1543 г. в тихий провинциальный городок Фромборк была из Нюрнберга доставлена книга, принадлежавшая перу юриста, каноника и врача Николая Коперника. За плечами автора была долгая жизнь, исполненная мысли и научных трудов. После учебы в университетах Кракова, Болоньи, Падуи, Феррары, после ведения епископальных дел - добровольное уединение в башне фромборкской крепостной стены. Когда фолиант с латинским названием "De Revolutionibus Orbium Coelestium" ("Об обращениях небесных сфер") принесли автору, он уже лежал на смертном одре и не мог прочитать свои строки, которым суждено было стать бессмертными: "...Все замечаемые нами у Солнца движения не свойственны ему, но принадлежат Земле и нашей сфере, вместе с которой мы вращаемся вокруг Солнца, как и всякая другая планета..."

Одна эта фраза нанесла Средневековью тяжелейший удар. Ведь она, помимо своего астрономического смысла, значила и то, что видимое нами - лишь одно из проявлений действительности, что истина не может быть плодом одних лишь спекулятивных рассуждений; она достижима лишь путем многосторонних наблюдений и экспериментов.

Гелиоцентрическая система Коперника - его "мир с Солнцем, а не Землей посередине" - завоевала себе признание далеко не сразу. Когда в 1514 г. мало кому известный за пределами родного города каноник Фромборкский разослал свой рукописный труд "Малый комментарий" (предварительное сжатое изложение гелиоцентрического учения) видным астрономам Европы, впервые выдвигая мнение, что не Солнце вращается вокруг Земли, а наоборот, лишь немногие прислушались к нему.

Однако один союзник - и очень активный, все же нашелся. Это был Георг Иоахим фон Лаухен, более известный под латинизированным именем Ретик (1514-1576), двадцатипятилетний профессор математики, преподаватель университетов в Виттенберге, Лейпциге, в Венгрии. Прибыв специально в Фромборк, он в конце концов получил от Коперника согласие на издание его главного труда. Уезжая, Ретик увозил с собой бесценную рукопись, которую он немедленно сдал в типографию в Нюрнберге, городе немецкого первопечатника Иоганна Гутенберга. Город стал центром, из которого распространялись многие революционизирующие идеи Возрождения, в том числе и гелиоцентрическая система Коперника.

Надо сказать, что в своем первоначальном виде труд Коперника был не свободен от ошибок. Вероятно, это тоже послужило причиной отказа в поддержке его многими астрономами того времени. Но когда Кеплер сформулировал свои замечательные законы, определяющие движение планет, коперниковское учение стало повсеместно одерживать победу.

В жизни Кеплера, как в капле воды, отразились все трагические противоречия его времени, и пронизанного свежими ветрами эпохи Возрождения, и по-средневековому удушливого.

Когда Кеплер был еще юношей, пораженный его незаурядными способностями профессор Тюбингенской академии М. Мёстлин стал давать ему частные уроки математики. Он же и познакомил молодого человека с учением Коперника.

Семя пало на плодороднейшую почву: двадцатипятилетний профессор "математики и нравственной философии" (так назывались тогда естественные науки), выкроив время, свободное от укрощения непослушных гимназистов в Граце (Австрия), написал труд, озаглавленный "Космографическая тайна" |(1596 г.). В нем автор полностью соглашался с теорией Коперника.

Даром это ему не прошло. Внушать юношеству, что не Земля лежит в центре мироздания?.. И Кеплер покидает Грац в поисках более гостеприимного уголка.

Приглашенный в качестве помощника к Тихо Браге (1546-1601), жившему в Праге, Кеплер унаследовал огромный архив наблюдений звездного неба, принадлежавший великому астроному-датчанину. Девять лет, применяя самые совершенные математические методы своего времени, обрабатывал он материалы наблюдения Марса. Плодом этого титанического труда стала его монография с названием: "Новая астрономия, причинно обусловленная, или Физика неба, изложенная в исследованиях о движении звезды Марс по наблюдениям благороднейшего мужа Тихо Браге" (1609 г.). В ней он исправлял ошибку Коперника: Красная планета (так часто называют Марс) обращается вокруг Солнца не по окружности, как думал тот, а по эллипсу, в одном из фокусов которого и находится светило. В этом состоит первый закон Кеплера, которому подчиняются движения всех планет.

Несколько позже, в книге под характерным названием "Сокращение Коперниковой астрономии" Кеплер сделал вывод, согласно которому движение любой планеты по эллипсовидной орбите имеет переменную скорость, и площади, которые очерчиваются радиусом-вектором планеты (линией, соединяющей планету с центральным светилом) в равные периоды времени, должны обязательно быть равными между собой. Теперь мы называем это вторым законом Кеплера. Из него следует, что в области перигелия (ближайшей к Солнцу точки орбиты) планета перемещается быстрее, а в области афелия (самой удаленной от Солнца точки) медленнее.

Третий закон Кеплера, утверждающий, что отношение квадратов времени обращения планет вокруг Солнца равно отношению кубов их средних расстояний от него, по существу, в значительной мере лег в основу закона всемирного тяготения Исаака Ньютона (1643-1727): "Любая частица материи во Вселенной притягивает любую другую с силой, которая прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату разделяющего их расстояния".

Так и возникли первые "правила поведения", которым обязаны "подчиняться" в своем околосолнечном движении все планеты, а также и единственный известный тогда спутник - Луна, обращающаяся вокруг Земли.

События в эпоху Возрождения развиваются сравнительно быстро. Еще примерно за год до того, как Кеплер опубликовал свою "Новую астрономию", было сделано незаурядное изобретение. Имя изобретателя мы, по-видимому, уже никогда не узнаем, как не узнаем и великого конструктора первого колеса.

Очевидно только, что произошло это в Голландии и не позже 1608 г.: в это время стало известно, что отшлифованное определенным образом чечевицеобразное (а чечевица по-немецки называется "линзе") стекло становится "линзой" и приобретает способность "приближать" объекты к глазу наблюдателя!

Как только эта весть достигла Италии, она буквально воспламенила профессора механики Падуанского университета Галилео Галилея (1564-1642). Сорокачетырехлетний ученый к тому времени уже был автором законов, определяющих колебания маятника, свободное падение тел, движения тел, брошенных под углом к горизонту. Казалось бы, уже этого достаточно для бессмертия. Но универсальный гений эпохи Возрождения пределов не знал.

Своими руками Галилей немедленно изготовил себе телескоп. Этот, по нашим нынешним представлениям, детский прибор (он давал лишь трехкратное увеличение) Галилей впервые в истории направил на небо и... заново открыл его.

Горы на Луне, пятна на Солнце, которое, оказывается, вращается вокруг собственной оси, звездная россыпь, образующая, ко всеобщему изумлению, Млечный Путь,- все это предстало миру со страниц вышедшей в 1610 г. книги Галилея, соответственно и озаглавленной: "Звездный вестник, открывающий великие и в высшей степени удивительные зрелища...".

...Вечер 7 января 1610 г. Галилей решает повернуть свою трубу в сторону Юпитера. Вот она, эта яркая звезда, знакомая не только людям античного мира, давшим ей нынешнее название, но, вероятно, еще и пещерному человеку, также легко различавшему ее без всяких искусственных приспособлений.

Но что это? Рядом с Юпитером три какие-то маленькие блестящие точки... Они движутся?.. В следующие же ночи к трем точкам присоединилась четвертая, и стало ясно, что все они сопровождают Юпитер в его движении вокруг Солнца, сами одновременно обращаясь вокруг этой планеты. Крупнейшая планета нашей системы обладает собственными лунами!

Так родился тот раздел астрономии, которому посвящена эта книга, и который можно было бы назвать "спутниковедением".

С течением времени стало ясно, что движение любого спутника вокруг "его" планеты подчиняется тем же законам, что и движение планет вокруг Солнца, и вообще законам Кеплера и Ньютона подчиняется движение любых тел во Вселенной.

Конечно, эти законы следует прилагать лишь к такой гипотетической ситуации, при которой во всей Вселенной только эти два тела и существуют - планета и ее спутник. В действительности же здесь вмешивается притяжение и всех остальных тел Вселенной, но так как, согласно закону Ньютона, их влияние убывает с расстоянием довольно быстро, то в большинстве случаев их воздействием можно и пренебречь.

Представим себе, что мы летим, удаляясь по прямой от Солнца. В этом движении мы поочередно пересечем орбиты Меркурия, Венеры, Земли и Марса. Затем следует большой "пробел", который еще в старину обращал на себя внимание астрономов, высказывавших по этому поводу немало разнообразных догадок.

Когда "пробел" кончится, мы приблизимся к орбите гигантской планеты Юпитер, а затем к орбите Сатурна. Все упомянутые небесные тела с Земли можно наблюдать невооруженным глазом, так что об их существовании было известно задолго до изобретения телескопа.

За орбитой Сатурна лежит Уран. Он был открыт в 1781 г. уже благодаря телескопу. К этому времени скромный немецкий учитель музыки и органист Фридрих Вильгельм Гершель (1738-1822), переехавший из родного ему Ганновера в чужую Британию, давно уже превратился не только в "англичанина" по имени Уильям, но и во всемирно известного математика и астронома.

Гершель был прямо-таки одержим идеей создания астрономических приборов. Из-под его рук выходили десятки - нет, сотни все более совершенных зеркал и оптических систем. Так, ему принадлежала конструкция уникального по тому времени 12-метрового рефлектора с диаметром зеркала 122 см.

31 марта 1781 г. он направил свой астрономический прибор в ночное небо и стал первым человеком, увидевшим планету Уран. Не всякому суждено расширить пределы известного мира более чем вдвое! А именно настолько, по подсчетам восхищенного Пьера Симона Лапласа (1749-1827), великого математика, создателя небесной механики, которого цифрами не удивишь, "раздвинул" Гершель Солнечную систему, достигнув взглядом орбиты Урана, отстоящей от нас более чем на 3 миллиарда километров,

Гершель был озадачен "неисчерпаемостью" Вселенной, невозможностью познать ее бесчисленные звезды. Поэтому он разработал такой подход к делу, который сам назвал "методом черпков". "Зачерпывая" в разных уголках бездонного неба хранящиеся там тайны мироздания и статистически усредняя полученные результаты, астроном пытается создать общую картину Вселенной.

Уран был открыт случайно, когда он ненароком был "зачерпнут" Гершелем. Совсем другое дело - следующая планета на нашем воображаемом пути от Солнца - Нептун. Закон всемирного тяготения позволил разработать теорию движения планет. Но вот оказалось, что Уран "нарушает правила": он движется так, как будто в некоторой степени игнорирует закон Ньютона. Кто же или что же оказывает "дурное влияние" на него?

Этот вопрос в одно и то же время задали себе два человека, не знавшие друг друга: 24-летний преподаватель математики в Кембридже Джон Кауч Адамс (1819-1892) и 32-летний химик и астроном Урбен Жан Жозеф Леверье (1811-1877), работавший в парижской Политехнической школе.

В 1843 г. и Адаме, и Леверье, исследовав возмущения (неправильности) в движении Урана, догадались что их вызывает воздействие неизвестной планеты. Оба сформулировали задачу: зная массу тела и наблюдая его отклонения от "предписаний" Ньютона, найти, где находится другое тело, вызывающее эти отклонения. Оба, что называется, "не списывая" друг у друга, эту задачу решили, рассчитав орбиту незнакомца и его массу.

Далее пути исследователей расходятся. В октябре 1845 г. Адамс представил свои выводы Королевскому астроному - директору Гринвичской обсерватории Джорджу Бидделу Эри (1801-1892), но тот почему-то не поспешил с организацией поисков неведомой планеты в том месте, которое указал молодой коллега.

В те же дни Леверье, уже занимавший более независимое положение, чем Адамс, самостоятельно опубликовал свои совершенно аналогичные расчеты! Мало того, он послал личное письмо астроному Иоганну Готфриду Галле (1812-1910) в Берлинскую обсерваторию, прося его заняться поисками заурановой планеты по вычисленным им координатам. Письмо поступило к адресату 23 сентября 1846 г.; Галле сразу понял всю важность дела и в тот же вечер отыскал неизвестное небесное тело "на своем месте". Честь открытия восьмой планеты, получившей название Нептун, тем самым принадлежит в равной мере двум теоретикам и одному наблюдателю.

Тем же способом, "на кончике пера", был открыт девятый член солнечной семьи - Плутон. Роль теоретика-предсказателя в этом случае сыграл американец Персиваль Лоуэлл (1855-1916). Астрономия поначалу не являлась его специальностью; сперва он был очень активным бизнесменом. Как-то в его руки попала книга Джованни Скиапарелли (1835-1910). Этот профессор Миланского университета прославился страстностью, с которой он призывал к изучению Марса. Только что открытые "каналы" на Красной планете многим казались доказательством существования там разумной жизни. Увлеченность Скиапарелли оказалась заразительной: Лоуэлл стал активнейшим астрономом-профессионалом.

В городке Флагстафф (штат Аризона) он на свои средства возвел отлично оборудованную обсерваторию, где широко поставил наблюдения планет. Сам же, постигнув глубины математики, занялся небесной механикой. В 1905 г., изучив возмущения в движении Урана по его орбите, он решил, что за Нептуном должна находиться еще одна планета, и рассчитал ее предполагаемую орбиту.

Однако в этом случае поиски не ограничились одним вечером. Дело в том, что девятая планета, как впоследствии оказалось, обладает свечением в 600 раз меньшим, чем у Нептуна. Поэтому, несмотря на все усилия собранного во Флагстаффе коллектива, понадобилось почти тридцать лет, чтобы открыть Плутон. Удача пришла к молодому астроному Клайду Уильяму Томбо (род. 1906 г.). В 1930 г., когда Лоуэлла уже давно не был в живых, на обсерватории его имени, где за год до этого был установлен новый, совершенный 13-дюймовый (33 см) рефрактор, Томбо нашел девятую планету там, где ей и полагалось быть по расчетам Лоуэлла.

Мысленно обернувшись назад и осмотрев свой великий дом, мы снова заметим, что у первых двух планет - Меркурия и Венеры - спутников нет. У Земли - Луна. Но о ней наука теперь знает столь много, что потребовалась бы целая книга и даже не одна. К тому же подобные книги уже написаны. Поэтому Луне здесь мы не станем уделять того внимания, которое она, разумеется, заслужила.

С внешней стороны орбиты Земли, считая от Солнца, пролегает орбита Марса с его двумя лунами. С них-то мы и начнем рассказ.