Йэн Стюарт - Математика космоса [Как современная наука расшифровывает Вселенную]

Вскоре после этого, однако, Иоганн Галле разглядел слабую светящуюся точку примерно в градусе от предсказания Леверье и в 12° от предсказания Адамса. Позже Чаллис обнаружил, что и сам дважды наблюдал новую планету, но у него не оказалось под рукой новейшей звездной карты, да и вообще он отличался некоторой небрежностью и не заметил своего открытия. Точка Галле оказалась еще одной планетой, которую позже назвали Нептуном. Открытие этой планеты стало крупным успехом небесной механики. Теперь математика не только помогала фиксировать орбиты существующих планет, но и являла людям новые миры.

Теперь Солнечная система могла похвастать уже восемью планетами и стремительно растущим числом «малых планет», или астероидов (см. главу 5). Но еще до открытия Нептуна некоторые астрономы, среди них Бувар и Петер Ганзен, были убеждены, что одного-единственного нового тела недостаточно, чтобы объяснить аномалии в движении Урана. Вместо этого они были убеждены, что наблюдаемые неувязки говорят о присутствии двух новых планет. На протяжении следующих 90 лет эта идея то и дело мелькала в научных дискуссиях.

В 1894 году Персиваль Лоуэлл основал обсерваторию в городке Флагстафф в штате Аризона, а через 12 лет, решив раз и навсегда разобраться с аномалиями орбиты Урана, он начал реализацию проекта, названного им «Планета X». Здесь X — математическое неизвестное, а не римская цифра (тем более что порядковым номером очередной планеты был бы IX). Лоуэлл несколько подпортил собственную научную репутацию тем, что продвигал идею «каналов» на Марсе, и теперь хотел восстановить свое реноме: для этого идеально подошла бы новая планета. Он воспользовался математическими методами, чтобы предсказать, где должен находиться этот гипотетический мир, а затем провел систематический поиск, но безрезультатно. В 1914–1916 годах Лоуэлл повторил свою попытку, но снова ничего не обнаружил.

Тем временем директор обсерватории Гарвардского колледжа Эдвард Пикеринг опубликовал собственное предсказание на этот счет: он предположил существование планеты O на расстоянии 52 а.е. от Солнца. Но к тому моменту британский астроном Филип Коуэлл объявил все эти поиски пустой и сумасбродной идеей: он считал, что предполагаемые аномалии в движении Урана можно объяснить иными способами.

В 1916 году Лоуэлл умер. Юридический спор между его вдовой и обсерваторией прервал всякую работу по поиску планеты X до 1925 года, когда брат Лоуэлла Джордж оплатил сооружение нового телескопа. Клайду Томбо поручили фотографировать определенные области ночного неба дважды с интервалом в две недели. Некое оптическое устройство использовалось, чтобы сравнить два изображения, и все объекты, изменившие свое положение за это время, начинали мигать, привлекая внимание исследователя. Чтобы устранить всякие сомнения, он делал еще и третий снимок. В начале 1930 года, когда Томбо исследовал область в Близнецах, на снимке возникла мерцающая точка. Она отстояла от точки, указанной Лоуэллом, не более чем на 6°; похоже было, что его предсказание подтвердилось. Когда необычный объект был идентифицирован как новая планета, проверка архивов показала, что в 1915 году он уже попадал на фотографии, но не был распознан.

Этот новый мир назвали Плутоном, причем две первые буквы названия представляли собой инициалы Персиваля Лоуэлла.

Со временем стало понятно, что Плутон намного меньше, чем ожидалось; его масса в 10 раз меньше массы Земли. Из этого следует, что его присутствием на самом деле невозможно объяснить те аномалии, которые заставили Лоуэлла и других астрономов предсказать его существование. Когда в 1978 году данные о малой массе Плутона получили подтверждение, кое-кто из астрономов решил возобновить поиски планеты X; эти ученые предполагали, что Плутон всего лишь ложный след, а настоящая массивная планета, должно быть, по-прежнему скрывается «где-то там». Однако, когда Майлз Стэндиш, воспользовавшись данными пролета аппарата Voyager 2 мимо Нептуна в 1989 году, уточнил массу Нептуна, аномалии орбиты Урана попросту испарились. Предсказание Лоуэлла оказалось всего лишь удачным совпадением.

Плутон — очень необычный мир. Его орбита наклонена к эклиптике на 17° и настолько вытянута, что иногда Плутон подходит к Солнцу ближе, чем Нептун. Однако столкнуться эти два тела никак не могут по двум причинам. Одна из причин — угол между орбитальными плоскостями: их орбиты пересекаются только на прямой, которая является общей для обеих плоскостей, и оба мира должны оказаться в одной и той же точке этой прямой в один и тот же момент. Вот здесь-то и вступает в игру вторая причина. Плутон и Нептун находятся в резонансе 2:3 друг с другом. Это значит, что оба тела каждые два оборота Плутона и три — Нептуна (то есть каждые 495 лет) повторяют, по существу, одни и те же движения. Раз уж они не столкнулись в прошлом, не столкнутся и в будущем — по крайней мере до тех пор, пока какая-нибудь крупномасштабная реорганизация других тел Солнечной системы не потревожит их уютные и довольно близкие отношения.

Астрономы продолжали исследовать внешние области Солнечной системы в поисках новых тел. Они выяснили, что у Плутона имеется сравнительно большая луна — Харон, но больше за пределами орбиты Нептуна не удавалось ничего обнаружить до 1992 года, когда было зарегистрировано небольшое тело, обозначенное как (15760) 1992 QB 1 [28] Здесь 1992 — год открытия, QB 1 — условное обозначение объекта в ряду найденных в указанном году, а 15760 — постоянный номер малой планеты, присвоенный объекту 1992 QB 1 после надежного определения его орбиты. — Прим. ред. . Оно было настолько незначительным, что так и не получило с тех пор другого названия (высказывалось предложение назвать его «Смайли», но оно было отвергнуто, поскольку это название уже получил один из традиционных астероидов). Оказалось, однако, что это тело — первое из целой стаи занептунных объектов (TNO, Trans-Neptunian Objects), которых известно на сегодняшний день более 1500. Среди них имеется несколько более крупных тел, уступающих все же по размерам Плутону: самый крупный среди них объект — Эрида, затем идут Макемаке, Хаумея и 2007 OR 10.

Все эти объекты слишком легковесны и далеки, чтобы их можно было предсказать по гравитационному воздействию на другие тела, поэтому находят их при внимательном просмотре фотоизображений. Но есть кое-какие достойные внимания математические особенности того, как на них воздействуют другие тела. Между 30 и 55 а.е. лежит так называемый «пояс Койпера», объекты которого в большинстве своем располагаются на примерно круговых орбитах вблизи эклиптики. Орбиты некоторых из этих TNO находятся в резонансе с орбитой Нептуна. Те объекты, резонанс которых составляет 2:3, называют плутино, поскольку в их число входит и Плутон. Те, что состоят с Нептуном в резонансе 1:2, то есть период обращения которых вдвое больше периода Нептуна, называют тутино. Остальные — классические объекты пояса Койпера, или кьюбивано [29] Название происходит от побуквенного прочтения символов QB 1 и дано в честь первого после Плутона занептунного объекта. ; они также обращаются по приблизительно круговым орбитам, но не испытывают значительных возмущений со стороны Нептуна. Дальше, за поясом Койпера, располагается так называемый рассеянный диск. Здесь астероидоподобные тела движутся по вытянутым орбитам, часто наклоненным к эклиптике под большим углом. Именно к этой категории относятся Эрида и Седна.