Планета, открытая на кончике пера

Есть два средства открывать новые планеты – везение и логика. Первая со времен Античности вновь открытая планета была обнаружена благодаря везению. Немецкий музыкант Фридрих Вильгельм Гершель[71] переехал из Ганновера в Англию, пытаясь сделать там карьеру в музыке. Но, кроме того, он был своего рода астрономом-любителем и по ночам изучал небо при помощи своей внушительной коллекции телескопов.

13 марта 1781 г. Гершель заметил нечто необычное. То, что сначала показалось ему звездой, изменяло размер в зависимости от увеличения телескопа. Как правило, это говорит о том, что данный объект находится настолько близко к наблюдателю, что масштаб его изображения может быть ощутимо изменен. Далее следовало проверить, движется ли этот объект. Действительно, четыре дня спустя Гершель увидел, что положение объекта относительно звезд изменилось. Учитывая количество комет, обнаруженных на тот момент, мысль об открытии новой планеты пришла ему в голову не сразу.

Но после того, как он сообщил о своей находке королевскому астроному и за найденным объектом стали следить, выяснилось, что он имеет орбиту не параболическую, как можно было бы ожидать у кометы, а практически круглую. Кроме того, объект был слишком ярок для кометы и не имел видимого хвоста. Астрономы заключили, что речь все-таки идет о новой планете. Гершель хотел назвать ее в честь короля Георга III, но классическая мифология одержала верх. Сатурн был отцом Юпитера, и новую планету, орбита которой была расположена еще дальше, назвали по имени отца Сатурна – Ураном.

Идея новой планеты привела астрономов в сильнейший восторг. Они начали наносить на карты ее траекторию, искать ее луны и рассчитывать период ее обращения вокруг Солнца. Но Уран оказался вовсе не столь послушным, как ожидали некоторые астрономы. Ньютонова теория гравитации, столь успешно предсказавшая орбиты других планет, то и дело не срабатывала, когда дело доходило до предсказаний положения Урана. К 1788 г. планета отклонялась от расчетного положения на 1/120°. Стало понятно, что необходимо учесть гравитационное воздействие на нее Юпитера и Сатурна.

Новая траектория была опубликована в 1791 г., но к 1800-му обнаружились отклонения и от нее. К 1825 г. Уран ушел далеко вперед от предсказанного положения, но затем начал замедляться и к 1832 г. отстал от математических предсказаний. Могло ли дело быть в том, что его движению мешает некое таинственное вещество? Или же законы гравитации Ньютона на таком большом расстоянии от Солнца начинают нарушаться? Некоторые предполагали, что может существовать еще одна планета, замедляющая и ускоряющая движение Урана подобно тому, как Юпитер и Сатурн создают воздействующее на него гравитационное притяжение. Но если такая планета существует, где же она?

Если открытие Урана было удачей, то эту новую планету нужно было найти силой чистой логики, воплощенной в математике Ньютона. До сих пор астрономы брали известное положение планет и использовали математические формулы для расчета их орбит. Теперь эту процедуру нужно было запустить в обратном направлении. За движением Урана следили несколько десятилетий, и задача состояла в определении такого места, в котором могла бы находиться планета, объясняющая странности траектории Урана.

С математической точки зрения задача была чрезвычайно непростой, но нашлись два теоретика, которые приняли этот вызов: это были Джон Куч Адамс в Англии и Урбен Леверье во Франции. Им обоим удалось обратить задачу и определить, где, по их мнению, могла находиться новая планета. К сентябрю 1845 г. Адамс завершил свои вычисления и обратился к английским астрономам, чтобы они попытались найти новую планету. Видимо, отсутствие у Адамса солидной репутации и его довольно нелюбезные манеры (возможно, проявление синдрома Аспергера) не внушали авторитетным ученым особого доверия. Королевский астроном был к тому же отвлечен скандальным делом об убийстве, в котором был замешан один из его ассистентов. В результате на английском берегу Ла-Манша предсказания Адамса оставили без внимания. Леверье закончил свои расчеты только в июне 1846 г. и также натолкнулся на невозможность убедить руководство французских обсерваторий в необходимости тратить ценное время работы телескопов на поиски гипотетической планеты. Поэтому Леверье обратился за помощью в Берлинскую обсерваторию.

Немецкие астрономы оказались более отзывчивыми. 23 сентября 1846 г. Иоганн Готфрид Галле направил свой телескоп, изготовленный компанией Фраунгофера, в то место ночного неба, в котором, по расчетам Леверье, должна была находиться новая планета. И благополучно обнаружил в нем светящуюся точку, не нанесенную ни на какую из звездных карт, бывших в обсерватории. На следующую ночь точка переместилась… в точности на то расстояние, которое предсказывали вычисления Леверье.

Многие встретили сообщение об открытии очередной планеты с энтузиазмом, но английские астрономы, не сумевшие развить успех Адамса, выглядели довольно глупо. Гершель[72], ставший к этому времени членом Наблюдательного совета Королевской обсерватории в Гринвиче, попытался собрать доказательства того, что Адамс сделал свое предсказание первым. Это привело к еще более яростному спору за приоритет. Наименование планеты превратилось в политический футбол: французы хотели назвать ее в честь Леверье, а англичане возражали против нарушения традиции наименования планет именами римских богов. В конце концов международное сообщество сошлось на названии Нептун.

Могущество математики, позволяющее ей делать подобные предсказания, удивительно. Как иронично заметил астроном Франсуа Араго, Леверье открыл Нептун «на кончике своего пера». Разумеется, для подтверждения соответствия его теории реальности потребовались наблюдения, которые Галле произвел в Берлинской обсерватории.

Будучи прикованы к поверхности Земли, мы тем не менее смогли достичь края Солнечной системы. На какое же расстояние можно исследовать дальнейшее пространство? Хотя телескопы позволили нам дойти до этой точки, они также выявили, что у дальности нашего зрения существуют теоретические пределы, поскольку, как выяснилось, свету требуется некоторое время, чтобы добраться до нас.