Расширяя границы Вселенной: история астрономии в задачах - Евгений Гусев

4.120. В. Гершель первым, благодаря остроте зрения и хорошему качеству телескопического изображения, обнаружил у вновь открытого объекта диск. Другие наблюдатели видели планету в виде звездообразного объекта. Планетная орбита Урана была установлена петербургским астрономом А. И. Лекселем вскоре после открытия, в том же 1781 г.

4.121. При расчёте орбиты Урана были использованы позиционные наблюдения планеты, считавшейся в то время звездой, сделанные наблюдателями — предшественниками Гершеля, начиная с 1690 г., т. е. почти на протяжении целого века.

4.122. Галилей наблюдал в телескоп Нептун ещё в 1612 г., не зная, что этот объект — планета. Французский астроном Жозеф Ла- ланд также наблюдал Нептун 8 и 10 мая 1795 г. Он заметил, что положение объекта за двое суток изменилось, но посчитал первое из наблюдений неверным. Лишь в 1846 г. Урбен Леверье открыл Нептун путём вычислений. 31 августа он сообщил о вычисленных им параметрах орбиты Нептуна и указал, что объект должен иметь блеск около восьмой звёздной величины и заметный диск. Откликнувшись на просьбу Леверье, астроном Берлинской обсерватории Г. Галле в первую же ночь наблюдений, 23 сентября, обнаружил неизвестную планету с диаметром диска 8″. Движение объекта относительно звёзд подтвердило открытие. К теоретическому открытию Нептуна причастен и английский астроном и математик Джон Адамс, который на основании возмущений в движении Урана рассчитал элементы эллиптической орбиты и массу гипотетической планеты и осенью 1845 г. представил свои результаты английским наблюдателям, которые, однако, не откликнулись на его предложение организовать поиск планеты.

4.123. После успешного теоретического открытия Нептуна многие астрономы пытались обнаружить следующую за ним планету. Для прогноза её положения использовались разные подходы: правило Тициуса — Боде, расположение афелиев периодических комет, возмущения в движении Урана (поскольку его орбита была изучена значительно полнее, чем орбита Нептуна). Большую работу по анализу движения Урана проделал Персиваль Ловелл (1855–1916), американский предприниматель, путешественник и страстный любитель астрономии, в совершенстве овладевший математическим аппаратом небесной механики и на свои средства построивший прекрасную обсерваторию во Флагстаффе (штат Аризона). Он выявил в движения Урана некоторые возмущения, не объяснимые влиянием известных планет, и в 1905 г. впервые предположил вариант орбиты более далёкой, чем Нептун, планеты. Тогда же начались её поиски. Теоретическую работу по предсказанию положения гипотетической планеты Ловелл продолжал до 1915 г., когда был опубликован его наиболее полный «Трактат о транснептуновой планете».

После смерти Ловелла сотрудники его обсерватории продолжали поиск «планеты Х». Открытие было сделано молодым астрономом Клайдом Томбо (1906–1997) только в 1930 г. при помощи специально сконструированного 13–дюймового телескопа после 10–ти месяцев непрерывных фотографических наблюдений. Чтобы выявить медленно перемещающуюся на фоне звёзд планету, снимки эклиптикальной области неба, полученные с интервалом в 2–3 суток, сравнивались при помощи блинк — компаратора. Фактически для обнаружения Плутона пришлось исследовать почти всю широкую полосу вдоль эклиптики, так что теоретические прогнозы оказались бесполезными. История поисков Нептуна и Плутона описана в книгах Саймона (1966) и Уайта (1983).

4.124. Видимый блеск Солнца на Плутоне составляет —18,8m. Значит, Солнце освещает Плутон гораздо ярче, чем полная Луна — Землю.

4.125. Оба аппарата должны были достичь окрестностей Юпитера: «Галилео» — чтобы стать спутником планеты и сбросить в её атмосферу зонд, а «Улисс» — чтобы под действием притяжения Юпитера выйти из плоскости эклиптики и направиться к полярным областям Солнца. Поэтому для запуска этих аппаратов требовалось вполне определённое взаимное расположение Земли и Юпитера, которое повторяется через каждый синодический период Юпитера, равный 399d, или 13 месяцам.

4.126. Кеплер был первым, кто предположил, что между орбитами Марса и Юпитера должна находиться неизвестная планета. Он считал, что совершенству Солнечной системы мешает непомерно большой промежуток между орбитами этих двух планет. В 1772 г. в книге «Руководство по изучению неба» немецкий астроном Иоганн Боде после знакомства с законом планетных расстояний, открытым Тициусом, предсказал существование на расстоянии 2,8 а. е. от Солнца «большой планеты», которая должна совершать полный оборот вокруг светила за 4,5 года.

4.127. Верхние планеты описывают петли около противостояния. В это время они имеют наибольший видимый блеск. Церера была вновь найдена ровно через год после своего открытия — 31 декабря 1801 г. — благодаря эфемеридам, рассчитанным Карлом Гауссом. 23–летний учёный смог вычислить орбиту новой планеты, разработав для этого математический метод определения эллиптической орбиты по трём наблюдениям.

4.128. Речь идёт о малых планетах («планетоидах» Пиацци). Часто эти объекты называют астероидами (термин Гершеля). Орбиты большинства астероидов подобны орбитам больших планет, но из‑за отсутствия у них при наблюдении в телескоп видимого диска они названы «звездоподобными».

4.129. Марс в римской мифологии — бог войны. В мифах его сопровождают Фобос и Деймос, по одним мифам — сыновья Марса, по другим — его псы. Война несёт с собой страх и ужас.

4.130. Спутники Марса представляются с Земли слабыми «звёздочками», движущимися вместе с планетой относительно истинных звёзд. Заметить их визуально удалось лишь потому, что наблюдения проводились в период великого противостояния Марса. К тому же, Холл использовал 26–дюймовый рефрактор Вашингтонской обсерватории, который был тогда сильнейшим инструментом в мире.

4.131. Поскольку угловая скорость вращения Земли больше угловой скорости обращения Луны, приливное влияние Луны тормозит нашу планету. Но в системе Марс — Фобос ситуация иная: в своём вращении Марс отстаёт от Фобоса, поэтому их приливное взаимодействие ускоряет вращение Марса и тормозит Фобос, который из‑за этого постепенно приближается к Марсу. Вследствие малости массы Фобоса данный эффект оказывает ничтожное влияние на вращение Марса.

4.132. Галилей заметил, что обнаруженные им объекты совершают периодические движения относительно Юпитера.

4.133. В 1676 г. Рёмер объяснил кажущуюся неравномерность движения спутников Юпитера конечной скоростью распространения света. Из этих наблюдений Рёмер с неплохой точностью определил скорость света.

4.134. Определив из наблюдения момент затмения спутника Юпитера по местному времени и сравнив его с моментом этого же явления, заранее вычисленным по всемирному времени (эти моменты астрономы публиковали в виде эфемерид), навигатор мог найти долготу своего места наблюдения. Сейчас этот метод имеет лишь исторический интерес.

4.135. Кажущееся изменение яркости спутников Юпитера на фоне разных участков диска планеты можно объяснить эффектом сравнения: диск Юпитера ярче в середине, чем по краям, а его спутники не меняют своей яркости, поскольку из‑за малого фазового угла для земного наблюдателя всегда одинаково освещены Солнцем. Меркурий же при прохождении по диску Солнца обращён к Земле своей неосвещённой стороной, поэтому он темнее любой точки солнечного диска, даже пятен.

4.136. Спутники Урана движутся в плоскости экватора планеты, ось вращения которой лежит почти в плоскости её орбиты (i=98°). В 1901 г. и в 1944 г. ось вращения Урана находилась на луче зрения земного наблюдателя, но планета располагалась в диаметрально противоположных частях орбиты. Астрономы в эти годы наблюдали систему Урана с противоположных полюсов вращения планеты и обращения её спутников.

4.137. Согласно третьему обобщённому закону Кеплера, меньший, чем у Луны, орбитальный период Тритона указывает на большую массу Нептуна по сравнению с Землёй.

4.138. Рассмотрим простой случай: ось вращения астероида параллельна его орбитальной оси. Тогда прямое вращение астероида (в направлении орбитального обращения) отклоняет его «фотонный двигатель» назад по курсу и таким образом ускоряет движение астероида, поднимая его орбиту и уводя его в сторону Юпитера.

Соответственно, обратное вращение астероида за счёт фотонной отдачи приближает его к Марсу.

Влияние эффекта Ярковского на движение спутников планет ослаблено тем, что при медленно меняющемся направлении фотонного импульса отдачи (с орбитальным периодом планеты) направление движения спутника меняется быстро (с орбитальным периодом спутника). Вероятно, наиболее сильное влияние этот эффект оказывает на мелкие спутники Сатурна, входящие в состав его кольца. Тень планеты, в которую на каждом обороте попадают частицы кольца, даёт преимущество обращённой к Солнцу дуге орбиты. Поскольку вблизи планеты приливные силы синхронизуют орбитальное и осевое вращение частиц, влияние эффекта Ярковского на этой дуге орбиты тормозит движение спутника. Следовательно, в целом эффект Ярковского вызывает приближение таких спутников к поверхностям их планет.