3. Открытия Нептуна и Плутона

Замечательная история открытий Нептуна и Плутона начинается, собственно говоря, с открытия Урана, потому что если бы не было наблюдений Урана, то последующие открытия Нептуна и Плутона были бы задержаны на много лет. Открытие Урана знаменует собой начало новой эпохи в истории астрономии, так как Уран - это первая планета, которая была "открыта". Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн всегда были видимы невооружённому глазу человека, смотревшего на небо (если только глаза наших доисторических предков не были гораздо менее совершенны по сравнению с нашими).

Вильям Гершель, вероятно наиболее усердный гз наблюдателей всех времён, первый обнаружил небольшой диск (3 3/4 секунды дуги)) Урана в 1781 г. Его отчёт об этом открытии ясно показывает, что он не сразу с уверенностью определил истинную природу нового объекта. В "Philosophical Transactions" за 1781 г. мы читаем: "Во вторник 13 марта между десятью и одиннадцатью часами вечера, наблюдая слабые звёздочки в окрестности Н Близнецов, я обнаружил одну звезду, которая показалась мне заметно больше остальных; будучи поражён её необычайной величиной, я сравнил её с Н Близнецов и с небольшой звездой на участке между Возничим и Близнецами и, обнаружив, что она значительно больше обеих этих звёзд, я принял её за комету".

Заявление Гершеля, что новый объект является кометой, было с его стороны вполне естественным и осторожным поступком, какие бы сомнения он ни питал относительно истинной природы открытого им светила. Много месяцев наблюдений и вычислений потребовалось для того, чтобы показать, что никакое движение кометы не может удовлетворить наблюдениям и что открытая "комета" не может быть не чем иным, как новой планетой.

Лишь необычайная острота зрения и ясность суждения позволили Гершелю отличить планету от окружающих её звёзд только по её внешнему виду. Другие наблюдатели при измерении положений соседних звёзд семнадцать раз измеряли положение Урана и не заметили ничего необычного. Некоторым из крупных астрономов, современников Гершеля, с трудом удавалось найти планету даже после того, как им было сообщено её точное положение на небе.

В течение многих лет планета не носила официального названия "Уран". Сначала она была названа "Georgium Sidus" (звезда Георга -это название ей дал Гершель в честь короля Георга III); кроме того, её называли "Гершель" в честь открывшего её астронома. Теперешним своим именем она была названа по аналогии с названиями других планет.

Несмотря на медленность движения Урана (период его обращения составляет 84 года), орбита его могла быть хорошо определена уже через сравнительно небольшой промежуток времени после его открытия благодаря наличию семнадцати случайных наблюдений, произведённых ещё до того, как Гершелем был обнаружен диск планеты. Первое наблюдение, относящееся к 1690 г., опередило открытие Урана почти на целый период его обращения. Вычислители орбиты встретились с некоторыми затруднениями при приведении во взаимное соответствие всех наблюдений, но возможности ошибок наблюдений и отклонений, вызванных возмущающим действием других планет, казались достаточно большими, чтобы объяснить эти расхождения. Однако, когда Уран начал заметно отклоняться от своей вычисленной орбиты, несмотря на то что возмущающее действие

Юпитера и Сатурна было тщательно учтено, многие астрономы стали подозревать, что движение Урана может испытывать возмущения со стороны какой-то дотоле неизвестной планеты.

В двадцатых и тридцатых годах XIX в. отклонения были достаточно велики, чтобы вызвать подобные подозрения, но математические трудности предвычисления положения неизвестной планеты в то время казались непреодолимыми. К 1845 г. Уран отклонился от своего вычисленного положения на "недопустимую величину" - две минуты дуги, т. е. на угол, заметный даже для невооружённого глаза. В 1846 г. знаменитый французский астроном Леверрье показал, что невозможно найти такую орбиту Урана, которая удовлетворяла бы всем наблюдениям в пределах допустимых для них ошибок. Отсюда Леверрье заключил, что отклонения Урана можно объяснить, только предположив существование неизвестной до тех пор, достаточно большой планеты вне орбиты Урана. В том же 1846 г. Леверрье закончил свои вычисления по определению положения этой гипотетической планеты; он был так уверен в своих вычислениях, что осмелился предсказывать положение планеты, а также и то, что она будет обладать заметным диском. Леверрье послал свои вычисления немецкому астроному Галле, который е ту же ночь, как им было получено письмо Леверрье, действительно обнаружил искомую планету. Положение Нептуна на небе отличалось от положения, предсказанного Леверрье, всего на один градус, т. е. меньше чем на два лунных диаметра. Своим быстрым успехом Галле был обязан тому, что он имел возможность воспользоваться новой звёздной картой данной области неба. Беглый телескопический обзор позволил ему обнаружить новый объект в том месте неба, где до тех пор не значилось ни одной звезды. Более тщательное обследование подтвердило наличие диска, очень малого и потому трудно различимого.

Замечательное открытие новой планеты на основании математической дедукции представляет собой веху в истории астрономии. Подобно многим другим великим открытиям, честь открытия Нептуна нельзя приписать одному учёному. В то время как Леверрье производил свои блестящие вычисления, молодой и неизвестный английский математик Адаме независимо от Леверрье получил тот же результат несколько другим методом. Хотя Адаме закончил свои вычисления несколькими неделями раньше Леверрье, но несчастливое стечение обстоятельств не позволило английскому наблюдателю опередить Галле в его открытии. В Англии нельзя было достать звёздной карты, которая сослужила такую службу Галле. Поэтому астроном Чэллис в Кембридже приступил к поискам планеты, пользуясь весьма трудным и длительным способом: он нанёс на карту все звёзды дайной области неба и намеревался через некоторое время повторить свои наблюдения С тем, чтобы открыть планету по её движению. Но он был занят также наблюдениями комет и не приступал к исследованию и сравнению результатов, связанных с поисками планеты, до тех пор, пока Галле не обнародовал своего открытия. Тогда он с великим огорчением убедился, что если бы он безотлагательно обрабатывал свои наблюдения, то мог бы найти Нептун уже на четвёртую ночь! Предполагаемая трудность и 'длительность предстоящей работы побудили Чэллиса подождать, пока не соберётся достаточное количество наблюдений, чтобы анализ мог быть более эффективным, и таким образом он упустил представившийся ему случай.

Нептун мог бы также быть открыт на Гринвичской обсерватории, если бы не необъяснимая летаргия, охватившая это учреждение. Правда, Королевский астроном (Директор Гринвичской обсерватории. (Прим. ред.))) был необычайно занят, главным образом практическими проблемами, стоящими перед правительством. Занимаясь разрешением вопроса о том, какая железнодорожная колея должна быть принята в Англии в качестве стандарта, он не мог сосредоточить своё внимание на текущих проблемах изучения планет.

Такой оборот событий должен был весьма тяжело восприниматься Адамсом, который, повидимому, наметил проведение своих исследований за несколько лет до того, как получил возможность осуществить их. После его смерти среди его вещей была найдена следующая заметка: "1841, 3 июля. В начале этой недели решил возможно скорее после получения степени приступить к исследованию неправильностей движения Урана, которые до сих пор не были объяснены, чтобы установить, можно ли их приписать влиянию ещё не открытой планеты, находящейся за Ураном, и, если возможно, приблизительно определить элементы её орбиты и пр., что, вероятно, поведёт к открытию этой планеты".

Очень приятно отметить, что в настоящее время честь предсказания существования и положения Нептуна признаётся и за Леверрье и за Адамсом. Галле, конечно, целиком принадлежит честь обнаружения планеты на небе. Подобно Урану, Нептун также принимался за звезду при прежних измерениях положений звёзд.

Изучение солнечной системы на основе закона всемирного тяготения Ньютона и посредством тщательных наблюдений продолжалось и в текущем столетии. Завершением этой работы явилось открытие Плутона при обстоятельствах, удивительно напоминающих обстоятельства открытия Нептуна. Как и тогда, почти одинаковые предсказания были сделаны одновременно двумя учёными и, как и тогда, планета была фактически найдена при одном из ранних исследований, но превратность судьбы задержала её открытие на очень долгое время.

В начале текущего столетия Персиваль Лоуэлл заинтересовался возможностью существования планеты за пределами орбиты Нептуна. Лоуэлл снова исследовал орбиту Урана и заключил, что кажущиеся ошибки наблюдений могут быть устранены, если допустить наличие возмущающего действия со стороны некоторой неизвестной планеты. Лоуэлл не опубликовал своих вычислений орбиты и положений планеты X до 1914 г., хотя поиски планеты были начаты им с 1905 г. Двадцать четыре года спустя, в 1929 г., для проведения этих поисков был сконструирован и установлен на обсерватории Лоуэлла новый 13-дюймовый рефрактор.

Молодому помощнику Лоуэлла, Клайду Томбо, было поручено систематически фотографировать области неба вдоль эклиптики. Для каждой области он делал два снимка с длительной экспозицией; промежуток между снимками составлял 2-3 дня. Затем в поисках планеты, существование которой было предсказано, он очень тщательно сравнивал между собой оба полученных снимка. Сравнение производилось с помощью блинк-микроскопа, позволяющего наблюдателю рассматривать одну и ту же область неба попеременно на двух пластинках. Всякий предмет, двигающийся на небе за время между двумя экспозициями, кажется прыгающим взад и вперёд среди звёзд, которые представляются неподвижными.

Менее чем через год после принятия новой программы наблюдений обсерватория Лоуэлла передала по телеграфу следующее заявление: "Начатые много лет назад на основе вычислений Лоуэлла систематические поиски планеты за орбитой Нептуна привели к открытию объекта, скорость движения и орбита которого в течение семи недель вполне соответствовали вычислениям и который находился примерно на предсказанном Лоуэллом расстоянии. Пятнадцатая величина. Положение двенадцатого марта в три часа по среднему гринвичскому времени было семь секунд к западу от δ Близнецов, что вполне совпадало с предсказанной Лоуэллом долготой". (Послано 12 марта 1930 г.)

Эта новая планета получает от Солнца так мало тепла и света, что для неё единодушно было принято название Плутон (Плутон в древнегреческой мифологии - бог подземного мира. (Прим. ред.))). Кроме того, первые две буквы этого имени представляют собой инициалы Персиваля Лоуэлла, который умер в 1916 г., спустя лишь два года после того, как было опубликовано его подробное предсказание. Символ независимо предложенный для Плутона многими астрономами,был немедленно принят официально.

Однако Лоуэлл не был единственным астрономом, который предсказал положение Плутона. Вильям Пиккеринг также вычислил положения новой планеты. В 1909 г. он опубликовал свои вычисления, основанные на возмущениях орбиты Урана, а в 1919 г. - пересмотренные вычисления, в которых были учтены также возмущения орбиты Нептуна. Пиккеринг заключил, что неизвестная планета должна обладать массой вдвое большей массы Земли и казаться 14,5 звёздной величины (См. Приложение IV, в котором дано объяснение системы звёздных величин)) (почти точно наблюдаемая звёздная величина). По расчётам Лоуэлла масса Плутона должна была в семь раз превосходить массу Земли [на самом деле масса планеты меньше массы Земли (глава 4)]. Ко времени открытия планеты положения её, предсказанные обоими учёными, находились почти в полном согласии между собой, но оба они были ошибочны приблизительно на 5° вдоль плоскости эклиптики.

Снимки новой планеты, сделанные ещё до её открытия, показывают, что она движется вокруг Солнца с периодом 248 лет по орбите, наклонённой на 17° к средней плоскости орбит других планет. В перигелии орбита Плутона проходит внутри орбиты Нептуна, но благодаря большому углу наклона эти два небесных тела никогда не столкнутся.

Только вследствие превратности судьбы Плутон не был открыт астрономами Маунт Вилсоновской обсерватории в 1919 г. В это время Мильтон Юмасон по поручению профессора Пиккеринга фотографировал области неба вокруг предсказанного Пиккерингом положения планеты и действительно получил изображение планеты на некоторых пластинках. Однако изображение Плутона на одной из двух лучших пластинок попало как раз на небольшой изъян в эмульсии - с первого взгляда оно казалось частью этого изъяна, а на другой пластинке оно было частично наложено на изображение звезды! Даже в 1930 г., когда положение Плутона в 1919 г. могло быть с достаточной точностью вычислено по известной орбите, было довольно трудно отождествить изображения планеты, полученные одиннадцать лет тому назад.

Было бы несправедливо и, вероятно, бесполезно пытаться доказывать, что успешные предсказания Лоуэлла и Пиккеринга были случайными. Их предсказания привели к открытию Плутона. Неустанные поиски планеты, увенчавшиеся её открытием, представляют собой блестящее достижение науки.

Продолжение поисков, начатых Лоуэлловской обсерваторией и покрывающих теперь всё небо, показывает, что больше не существует планет, которые могли бы быть открыты с помощью 13-дюймового телескопа. Если другие планеты существуют, то они должны быть значительно слабее Плутона, т. е. либо должны находиться дальше Плутона, либо обладать меньшими размерами. Продолжение поисков более слабых планет с помощью какого-либо большого телескопа, например 100-дюймового рефлектора Маунт Вилсоновской обсерватории, было бы непрактично. При увеличении размеров телескопов они фотографируют всё меньшие и меньшие участки неба. Обследование всего неба до самых слабых объектов, которые ещё легко могут наблюдаться с помощью 100-дюймового телескопа, потребовало бы его постоянного и непрерывного применения в каждый час каждой ясной безлунной ночи в течение примерно столетия. Открытие планет, возможно находящихся за Плутоном, будет очень трудной задачей, если не придёт на помощь случай или если не будет выработана новая техника наблюдений.