Вдохновлённые открытием Урана, астрономы бросились искать новые планеты в Солнечной системе. В первую очередь, они стали искать их между Юпитером и Марсом. Известно правило Тициуса – Боде, по которому радиус орбиты у каждой планеты в полтора-два раза больше, чем у её внутренней соседки. Новичок Уран подтвердил это правило, двигаясь вокруг Солнца ровно в два раза дальше Сатурна.
Исключением являлся лишь Юпитер, который в три с лишним раза дальше Марса. Поэтому астрономы давно подозревали, что в пустоте между Марсом и Юпитером что-то прячется. И действительно, в 1801 году итальянский астроном Пиацци открыл в этой зоне небольшую планетку Цереру. За шесть лет было открыто ещё три планетки с похожими орбитами.
По предложению Гершеля эти планетки стали называть астероидами, так как при наблюдениях они были «звездоподобны» – то есть не имели диска, типичного для больших планет при телескопическом наблюдении. За двести лет в поясе астероидов были открыты сотни тысяч тел!
Открыв Уран, Гершель расширил размер Солнечной системы вдвое. На могиле астронома-музыканта написано: «Он разбил преграды неба».
Певица Каролина Гершель сама превратилась в опытного астронома: открыла четырнадцать туманностей, а также восемь новых комет, став первой в мире женщиной – открывательницей комет.
После смерти брата Каролина завершила работу по составлению каталога из двух с половиной тысяч звёздных туманностей, которые наблюдал Вильям.
За это Королевское астрономическое общество наградило Каролину золотой медалью. В её честь назван 281-й астероид – Лукреция.
– Какой замечательный человек, эта Каролина Гершель, я так рада за неё! – не утерпела Галатея. Дзинтара кивнула головой:
– Жизненный путь Каролины был долгим и полным событиями. Она вошла в историю как одна из самых знаменитых женщин-астрономов. Каролина прожила девяносто семь лет и стала свидетелем не только открытия Урана, но и того, как он вызвал волнение среди астрономов и указал им дальнейшую дорогу на неведомые окраины Солнечной системы.
Но это уже совсем другая история.
Примечания для любопытныхСветовой год – расстояние, которое свет проходит за год в вакууме без учёта гравитационного поля. Диаметр Млечного Пути составляет 100 тысяч световых лет. Расстояние от Солнца до Земли свет проходит всего за 500 секунд.
Вильгельм (Вильям) Гершель (1738–1822) – знаменитый астроном и музыкант, открыватель планеты Уран.
Каролина Лукреция Гершель (1750–1848) – астроном, сестра Вильяма Гершеля.
Андрей Иванович Лексель (1740–1784) – русский астроном, специалист по кометам.
Джузеппе Пиацци (1746–1826) – итальянский астроном, монах и открыватель Цереры.
Иоганн Тициус (1729–1796) – немецкий физик и математик. В 1766 году установил правило Тициуса – Боде.
Иоганн Боде (1747–1826) – немецкий астроном. Опубликовал в 1772 году правило Тициуса – Боде.
Правило Тициуса – Боде: радиусы орбит планет можно вычислить по простой формуле 0,4 + 0,3 × 2n (расчёты ведутся в а. е. – астрономических единицах). Получим (слева от черты – вычисленное по правилу Тициуса – Боде значение, справа – реальный радиус орбиты):
0,4/0,39 а. е. Меркурий (n = —`)
0,7/0,72 а. е. Венера (n = 0)
1,0/1,00 а. е. Земля (n = 1)
1,6/1,52 а. е. Марс (n = 2)
2,8/2,9 а. е. (Церера) (n = 3)
5,2/5,20 а. е. Юпитер (n = 4)
10,0/9,54 а. е. Сатурн (n = 5)
19,6/19,2 а. е. (Уран) (n = 6)
38,8/30,1 а. е. (Нептун) (n = 7)
В скобках указаны планеты, не открытые на момент формулировки правила Тициуса – Боде. Природа этого правила точно неизвестна. Видимо, такой порядок расположения планет отражает условия их формирования в газопылевом облаке.
Сказка об Адамсе и Леверье, поймавших Нептун на математический крючок
Дзинтара уселась в кресло и открыла книгу. Кресло было просторным, поэтому принцесса уютно устроилась в нём прямо с ногами. Дети уже лежали в своих постелях, но сна у них не было ни в одном глазу. Ничего, сейчас мы это поправим…
– Молодой студент Кембриджа Джон Адамс очень любил рыться на полках книжных магазинов. Такие магазины даже лучше библиотеки – в них можно не только читать, но и покупать самое интересное.
…Тихо шелестят страницы. В солнечном луче золотятся бумажные пылинки. Каждый том на полке сгустил в себе и тайну, и знание. Книжная обложка – это дверь в другой мир. Ты открываешь её и окунаешься в новое захватывающее приключение…
Вдруг студент увидел на полке брошюру, написанную главным астрономом Англии – королевским астрономом Эйри. Адамс открыл её и узнал об интригующей космической загадке.
Планета Уран, открытая Гершелем с помощью личного телескопа, оказалась очень строптивой планетой. Она плохо подчинялась ньютоновскому закону гравитации! По сравнению с вычисленным положением, эта непокорная планета то забегала вперёд, то резко отставала.
Мнения учёных разделились. Одни заявили, что Ньютон вывел неточный закон. Другие сочли, что в орбите Урана неправильно учтена гравитация Юпитера и Сатурна.
«Хм!» – Адамс недоверчиво покачал головой. Он доверял теории Ньютона и знал, что знаменитые математики и механики – Эйлер, Даламбер, Лагранж, Лаплас и Гаусс – к девятнадцатому веку развили ньютоновскую теорию движения планет до очень высокого уровня. Она работала прекрасно для всех планет – за исключением Урана.
Молодой человек снова уткнулся в книжку Эйри.
Астроном Бувар, исследовавший аномальное поведение Урана, выдвинул гипотезу, что на Уран влияет неоткрытая внешняя планета.
Но где её искать?
Учёные стали обсуждать возможность теоретического вычисления положения невидимой планеты. Но знаменитый Джордж Эйри, который тогда возглавлял Гринвичскую обсерваторию, скептически рассматривал такие идеи как совершенно нереальные. Это охлаждало многие горячие головы.
Проблема строптивого Урана так захватила воображение Адамса, что он твёрдо решил сам взяться за неё и определить координаты планеты, которая так возмущает движение Урана.
И конечно, уходя из лавки, он купил книгу Эйри.
Адамс был загружен учёбой до предела, но часто думал о невидимой планете. Она, должно быть, расположена дальше Урана и двигается по орбите медленнее, чем он. Когда Уран догоняет невидимку, то испытывает сильное притяжение к ней. Земной наблюдатель видит в это время, что Уран движется быстрее обычного. Потом Уран обгоняет более медленную соседку – и она начинает его тянуть назад. Астрономы в это время замечают, что Уран тормозится, нарушая кеплеровские законы движения космических тел по орбите.
Адамс понимает – чтобы из наблюдений Урана найти координаты невидимки, нужно провести множество сложных расчётов. Он занят учёбой, но следит за публикациями об Уране. Из научных журналов Адамс узнаёт, что Эйри не верит в возможность решения этой задачи, но известный математик Бессель решил-таки определить координаты невидимой планеты (правда, Бессель был уже пожилым человеком, и болезнь не дала ему провести нужные расчёты).
Блестяще окончив Кембриджский университет, летом 1843 года 24-летний Адамс уезжает к родителям на каникулы и получает, наконец, возможность приступить к расчётам координат невидимой планеты. К октябрю Адамс уже находит первое решение, в котором основные проблемы теории движения Урана хорошо объяснялись наличием внешней планеты, которая располагалась в два раза дальше Урана (это значение орбиты невидимой планеты Адамс выбрал, следуя правилу Тициуса – Боде).
Адамс был скромным и робким молодым человеком. Он никому не сообщил о полученных результатах, считая их предварительными, и принялся уточнять свою теорию – в частности уменьшать радиус орбиты планеты-невидимки, чтобы достичь лучшего совпадения с наблюдениями. Два года он упорно работал и получил к сентябрю 1845 года уже пятое решение для параметров невидимой планеты, включая её небесные координаты.
Последнее, самое точное решение Адамс решил показать двум знаменитым астрономам – директору Гринвичской обсерватории Эйри и директору Кембриджской обсерватории Чэллису. Он надеялся, что эти астрономы проверят его предсказание с помощью своих телескопов.
Ну и какая была реакция пожилых и маститых учёных на столь сенсационное сообщение свежеиспечённого и никому не известного выпускника колледжа?
– Пф! – фыркнула Галатея.
Дзинтара согласилась:
– Верно – предельно скептическая. Чэллис позже признался, что «постановка вопроса о проведении наблюдений только на основании теоретических выводов представлялась новой и необычной». Короче, Чэллис, директор Кембриджской обсерватории, получив письмо от Адамса, вовсе не бросился к своему прекрасному телескопу с диаметром зеркала в тридцать сантиметров и не навёл его на указанный Адамсом участок неба.
Адамс испытывал глубокое уважение к Эйри и поехал к нему лично, чтобы рассказать о своих результатах. Он не застал его дома и передал через слугу визитку и письмо с кратким изложением своих результатов. На словах он сказал, что зайдёт попозже. Но когда через некоторое время Адамс вернулся к резиденции Эйри, то величественный дворецкий не впустил молодого человека в дом, заявив, что королевский астроном обедает, и тревожить его нельзя.
Оскорблённый Адамс решил, что ему отказано в приёме, и вернулся в Кембридж.
Надо ли говорить, что после своего длинного обеда Эйри, получивший от Адамса письмо с координатами новой планеты, тоже не бросился к своему телескопу, чтобы проверить идеи какого-то молокососа? Да этот парень мог сделать кучу ошибок в своих вычислениях! Надо сказать, что консерватизм и скептицизм Эйри были просто выдающимися: он был одним из немногих астрономов, которые к середине девятнадцатого века всё ещё сомневались в теории Ньютона!
– Почти двести лет прошло после опубликования теории Ньютона, а Эйри всё ещё не верил в неё?! – не поверил своим ушам Андрей.
– Через пару недель королевский астроном всё-таки написал Адамсу письмо с каким-то не очень серьёзным вопросом о расчётах, который показывал, что Эйри поверхностно понимал небесную механику. То ли обиженный холодным приёмом, то ли удивлённый несущественностью вопроса, Адамс не ответил королевскому астроному.
Не найдя понимания у ведущих учёных, робкий Адамс не решается опубликовать своё решение в научном журнале и начинает работать над очередным, более точным решением – уже шестым по счёту.
А великие астрономы Эйри и Чэллис выбросили эту историю из своих утомлённых голов.
Но ненадолго – потому что вскоре началось второе действие этой драматической истории.
В июне 1846 года во Франции вышла подробная статья астронома Леверье, который независимо от Адамса провёл необходимые математические расчёты и тоже определил координаты невидимой планеты, влияющей на движение Урана!
Эти координаты были близки к тем, которые нашёл Адамс, но никто в мире ещё не слышал про работу Адамса – кроме астрономов Эйри и Чэллиса.
Прочитав статью француза Леверье, английский королевский астроном Эйри сразу понял, что сел в глубокую лужу.
29 июня он встречается с Чэллисом, чей кембриджский телескоп был гораздо лучше гринвичского, и предлагает ему начать поиски новой планеты – ведь если планету откроют французские наблюдатели, то лужа станет просто бездонной.
Чэллис не отказывается, но не горит. Он занят, и ему не хочется начинать новую программу наблюдений. Эйри настаивает и пишет Чэллису ещё два письма – 9 и 13 июля, предлагая план поиска новой планеты.
Только 29 июля Чэллис раскачивается и начинает искать новую заурановую планету.
План наблюдений, который составили Эйри и Чэллис, ясно показывает: хотя статья Леверье и подтвердила принципиальную правоту молодого нахала Адамса, в его конкретные числа они верят очень мало.
Адамс дал Эйри и Чэллису наиболее вероятное положение планеты на небе. Вместо того чтобы начать наблюдение вокруг этой точки, Эйри и Чэллис выделяют вдоль эклиптики огромную полосу размером десять на тридцать градусов – и собираются дважды перебрать тысячи звёзд в этой полосе, чтобы найти планету по смещению среди неподвижных звёзд.
Адамс оценил размер и яркость новой планеты, откуда понятно, что она должна иметь – в отличие от звезды – заметный диск. Эйри и Чэллис и этому не верят – поэтому Чэллис не ищет объекты с диском, а захватывает при наблюдении гораздо более слабые и точечные звёзды, увеличивая список просматриваемых объектов во много-много раз.
Итак, Чэллис наконец-то двинулся вперёд с методичностью трактора, пашущего огромное поле. За два месяца он просмотрел три тысячи звёзд – и все они оказались на месте! Так он и знал – нет здесь планеты, предсказанной этим юнцом!
29 сентября Чэллис прочитал очередную статью теоретика Леверье, который прямо советовал тугодумам-наблюдателям искать новую планету по диску. Чэллис, ворча, начинает искать планету новым способом – просто высматривая диск среди звёзд. Всего лишь после трёх часов поисков он замечает объект с небольшим диском и говорит об этом своему ассистенту. Чтобы проверить – планета ли это? – нужно просто надеть на телескоп окуляр с большим разрешением.
Но Чэллис не горит. В эту ночь он не стал монтировать новый окуляр, который бы подтвердил наличие диска.
В следующую ночь Чэллис решил вообще не ходить на наблюдения, так как Луна переместилась и стала, по его мнению, засвечивать нужный участок неба.
А вдруг засвечивает недостаточно и планета ещё видна? Может, стоит проверить?
Но Чэллис спокойно ложится спать.
Утром 1 октября он встаёт и с аппетитом завтракает, читая новую лондонскую газету «Таймс».
И вдруг его аппетит напрочь пропадает – он узнаёт, что новую планету уже открыли в Европе!!
В Европе – но не во Франции. Франция, как оказалось, стоит Англии. Когда француз Леверье опубликовал свою работу с предсказанием координат новой планеты – сколько французских наблюдателей бросились проверять указанное место неба?!
– Ни одного? – догадалась Галатея.
– Правильно! Справедливости ради нужно сказать, что молодежь Парижской и Вашингтонской обсерваторий рвалась к инструментам, но почтенные руководители этих учреждений, проявив замечательное интернациональное единодушие, быстро указали этим молодым сверчкам на их шестки.
В отличие от робкого и неопытного Адамса, Леверье был матёр, горяч и нетерпелив. Не найдя отклика у французских наблюдателей, он обращается к зарубежным астрономам, предлагая им поискать новую планету. В конце июня Леверье пишет письмо королевскому астроному Эйри, в Англию, предлагая тому… заняться поиском новой планеты.
– Неправильный ход! – захохотал Андрей.
– Верно. Ввиду «близкого отъезда в Европу» Эйри отклоняет предложение Леверье, который готов прислать детальные данные для наблюдений. Эйри попросту врёт – до его поездки ещё полтора месяца. Хитрый Эйри уже сам пробует организовать поиски планеты по данным Адамса и, из патриотических убеждений, не хочет принимать помощи от француза Леверье.
Леверье начинает понимать, что с этими стариками, сидящими во главе обсерваторий, никакой каши не сваришь. Теперь он делает умный ход. Леверье вспоминает, что в Берлинской обсерватории работает молодой астроном Иоганн Галле, приславший ему год назад свою диссертацию. Леверье пишет ему письмо, где сначала хвалит диссертацию Галле (хорошая она или плохая – какая сейчас разница!), а потом излагает главное дело – просьбу о поиске новой планеты. Леверье приводит в письме её координаты и оценку размера диска.
Иоганн Галле получил письмо днём 23 сентября.
Галле загорелся!
– Наконец-то! – облегчённо перевёл дух Андрей.
– Если бы Леверье написал напрямую директору Берлинской обсерватории – пожилому и заслуженному Энке, – то получил бы обычный пшик. Энке был против новых наблюдений вне утверждённого плана – и когда ассистент Галле пришёл к нему с просьбой разрешить поиск новой планеты, то он ему отказал. Но Галле – не письмо, его в мусорную корзину просто так не выбросишь. Галле был настойчив, а директору хотелось спать – и он махнул рукой на этих молодых безумцев.
В ту же ночь Галле садится за 23-сантиметровый телескоп. Ему вызвался помогать доброволец – молодой студент Генрих д’Аррест, который тоже мгновенно увлёкся идеей поиска новой планеты.
Галле стал просматривать звёзды в указанной Леверье области, но диска нигде не обнаруживалось – увеличивающей силы окуляра телескопа было недостаточно.
Что делать?
Студенту Генриху приходит в голову замечательная мысль – воспользоваться только что напечатанным и очень детальным берлинским атласом звёзд. Он предлагает сравнить небо с каталогом, чтобы проверить – не затесалась ли среди неподвижных звёзд лишняя – то есть подвижная планета.
Сказано – и сразу сделано. Галле смотрел в телескоп и называл координаты видимых светил, а д’Аррест искал их в каталоге. Уже в полночь Галле назвал координаты довольно яркой звезды, но д’Аррест не нашёл её в каталоге!
Эврика!
Всего за несколько часов энергичных наблюдений Галле и Аррест нашли предсказанную Леверье планету! Её наблюдаемое положение отстояло от вычисленного всего на один градус.
Студент Генрих немедленно побежал будить директора. Неслыханная дерзость! Но даже старые лошадки вскидываются, когда слышат такие новости.
Энке поспешил к телескопу – и три астронома наблюдали новое светило до утра. Чтобы исключить ошибку каталога, они продолжили наблюдение на следующую ночь. Ошибки не было – более сильный окуляр показал, что объект имеет заметный диск и сместился за ночь среди неподвижных звёзд как раз на предсказанную Леверье величину.