Маркус Чаун - Гравитация. Последнее искушение Эйнштейна

Используя записи вавилонских коллег, Гиппарх точно рассчитал скорость, с которой двигались звёзды. Судя по всему, земная ось каждые 72 года изменяла своё положение в пространстве примерно на один градус. Из-за этой прецессии ось вращения нашей планеты (всё ещё наклонённая на 23,5 градуса) раз в 26 000 лет поворачивается по вертикали. Звезда, находящаяся сейчас прямо над Северным полюсом, отличается от той, которую наблюдали древние египтяне. Мы видим Полярную звезду из созвездия Малой Медведицы, а 5000 лет назад жители Египта видели на её месте звезду Тубан из созвездия Дракона.

Именно прецессия объясняет предварение равноденствий, однако никому из учёных прошлого это не приходило в голову. Никому до Ньютона.

Ньютон понял, что форма Земли изменяется не только под влиянием притяжения Солнца и Луны, но и из-за её собственного вращения. Тела на экваторе перемещаются со скоростью около 1670 километров в час. Гравитация Земли не обеспечивает достаточной центростремительной силы, чтобы удерживать всю эту материю на месте, и она разбегается. Сегодня Земля вытянута в сторону от идеально шарообразной формы на 23 километра.

Ньютон понял, что притяжение Солнца и Луны, с которым они влияют на этот «экваториальный горб», заставляет вращающуюся Землю дрожать, как юлу. Она вращается по кругу в том направлении, в котором смотрит её ось. Приняв во внимание силы, воздействующие на Землю, Ньютон подсчитал, что прецессия должна занять 26 000 лет. Точно такое же значение приводили и его античные коллеги.

Закон всемирного тяготения стал источником постоянных сюрпризов. Оказалось, воздействие гравитации имеет множество последствий, и я ещё не рассказал вам обо всех.

При формулировании закона обратных квадратов Ньютон рассматривал Солнце и планеты как точки, обладающие массой. По его мнению, Земля влияет на Луну, как если бы каждая из них была лишь точкой с заданной массой. Но и Земля, и Луна имеют большую площадь, и именно это является основанием для таких явлений, как приливы и предварение равноденствий.

Ньютон сделал ещё одно допущение: он предположил, что на Землю воздействует только Солнце, а на Луну — только Земля. В случае с приливами мы видим, что это не так, ведь влияние на Землю оказывают и Луна, и Солнце. Так часто происходит в природе: на одно тело одновременно воздействуют несколько. Такое влияние приводит к тому, что космические тела вроде планет не всегда движутся ровно по эллиптическим орбитам. Кроме того, зная это, мы можем предугадать существование ещё не известных нам тел, основываясь на хаотическом движении известных.

The Severn Bore: A natural wonder of the world ( https://www.severn-bore.co.uk).

Ekman M. A concise history of the theories of tides, precession-nutation and polar motion (from antiquity to 1950) // Surveys in Geophysics. — 1993. — Vol. 14. — Issue 6. — P. 585–617 ( http://www.afhalifax.ca/magazine/wp-content/sciences/vignettes/supernova/nature/MAREES/HistoireMarees.pdf).

Shu F. The Physical Universe. — Mill Valley: University Science Books, 1982.

Simanek D. Tidal Misconceptions. — 2003 ( https://www.lockhaven.edu/~dsimanek/scenario/tides.htm).

Поиски продолжались уже почти целый час, и все действия их участников стали автоматическими. Иоганн Галле всматривался через огромный медный телескоп-рефрактор в небо над Берлином, поворачивая ручки настройки до тех пор, пока в перекрестье не появлялась звезда, а затем выкрикивал её координаты. Его молодой ассистент Генрих Д’Арре, сидевший за деревянным столом в другом конце помещения под куполом обсерватории, просматривал карту звёздного неба, освещённую масляной лампой, и кричал в ответ: «Эта звезда нам известна». Галле снова принимался крутить ручки, направляя телескоп на следующую звезду. Из-за холодного ночного воздуха у него уже побаливала шея, и он начинал сомневаться в успехе предприятия.

Галле и Д’Арре находились в Королевской обсерватории в Берлине из-за необычного письма, которое они получили днём. Оно было подписано Урбеном Леверье, математиком и астрономом из парижской Политехнической школы. За год до этого Галле отправил Леверье копию своей научной работы, но ответа не получил. Теперь Леверье, очевидно, жалел об этом, ведь ему требовалась помощь прусских коллег. Поэтому текст письма был полон запоздалых благодарностей.

Галле мог бы отомстить коллеге, сказав, что его письмо случайно затерялось в куче бумаг у него на столе. Судя по всему, астрономы из Парижской обсерватории так и поступили, иначе зачем Леверье было писать в Берлин? Но Галле был выше этого, а кроме того, услуга, о которой просил Леверье, заинтересовала его. Леверье просил коллегу с помощью знаменитого телескопа Фраунгофера, установленного в Берлинской обсерватории, посмотреть на область между созвездиями Козерога и Водолея и поискать там объекты, которых нет на картах звёздного неба.

Директор обсерватории Иоганн Франц Энке считал это задание просто потерей времени. Но в ту ночь он собирался праздновать свой 55-й день рождения, а не пользоваться рефрактором, поэтому решил, что вреда не будет, и разрешил Галле выполнить странную просьбу Леверье. Галле быстро привлёк к делу студента-астронома Д’Арре. Вот так эти двое оказались в одной обсерватории ночью 24 сентября 1846 года, рассматривая небо в огромный механический телескоп Фраунгофера, самый точный астрономический инструмент того времени во всём мире.

Они начали поиски в полночь, когда на улицах Берлина погасли газовые фонари и город погрузился во мрак. Сейчас был уже почти час ночи. Галле навёл перекрестье телескопа на очередную звезду и выкрикнул её координаты. Ожидая ответа Д’Арре, он мечтал поскорее отправиться домой, к жене и тёплой постели. Но Д’Арре молчал. Чем, интересно знать, он там занимается?

Галле вырвал из размышлений грохот упавшего стула. Оторвавшись от окуляра, он увидел силуэт своего помощника в свете масляной лампы. Д’Арре бежал к нему, размахивая картой звёздного неба, как обезумевшая птица. Было слишком темно, чтобы разглядеть лицо Д’Арре, но Галле на всю жизнь запомнил его слова в тот миг: «Этой звезды нет на карте!».