Открытие Вселенной - прошлое, настоящее, будущее - Александр Потупа

Уильям Гершель стал одним из первых астрономов, смутно почувствовавших, что за разнообразием звездного населения кроется какая-то генетическая связь звездных объектов.

Главное дело его жизни было подхвачено сыном, а впоследствии значительно развито голландским астрономом Якобусом Корнелисом Каптейном (1851–1922). Уточнив подсчеты звезд и тщательно классифицировав их величины, Каптейн пришел к заметно большим размерам Галактики. И к началу 20 века модель Гершеля-Каптейна — Галактика как дискообразное сверхскопление звезд с Солнцем в центре — стала практически общепринятой.

Итак, деятельность Уильяма Гершеля переопределила ориентацию астрономии, углубив и конкретизировав последовательную программу Галлея.

Открытие Урана послужило сильнейшим толчком для развития математических методов небесной механики и поиска новых объектов.

Открытие двойных звезд, обладающих переменным блеском, привлекло внимание ко всем вообще переменным явлениям звездного мира — не к звездам как статическим телам, а к происходящим там процессам. Именно благодаря этому интересу в течение последующих десятилетий астрономы сумели построить хорошую модель Галактики и подтвердить гипотезу Райта о множественности звездных миров. Глубокий интерес Гершеля к туманностям сработал в этом же направлении, одновременно стимулировав четкую постановку космогонической проблемы. Все эти линии развития мы и рассмотрим в следующих разделах.

Открытие Солнечной системы — 3 акт

Обнаруженный Вильямом Гершелем Уран оказался своеобразной копилкой сюрпризов.

Прежде всего, выяснилось, что задолго до Гершеля эту планету наблюдали другие астрономы, причем регистрировали ее не менее 19 раз. Первым это сделал Джон Флемстид в самом конце 1690 года. В течение последующих 25 лет он повторял этот результат еще четырежды. В 1750–1771 гг. целых 12 наблюдений Урана провел французский астроном Пьер Лемонье (1715–1799), уже современник Гершеля. В общем, видели ее многие, но до поры до времени никому не пришло в голову выделить ее среди слабых звезд.

Но это полбеды — новые явления нередко исчезают из поля восприятия. Главное то, что Уран очень быстро продемонстрировал необычное поведение. Строгое вычисление его орбиты в рамках ньютоновской теории тяготения, даже с учетом поправок на влияние гигантов — Юпитера и Сатурна, не привело к успеху. Уран ускользал с предназначенной ему траектории. В 20-х годах 19 века астрономы пришли к выводу, что такая модель не описывает наблюдаемых положений новой планеты.

Естественно, появились гипотезы, подчас весьма причудливые, но лишь две из них оказались жизнеспособны и некоторое время конкурировали друг с другом. Реальный выбор свелся к тому, что либо закон тяготения неверен, например, сила убывает не как квадрат расстояния, а более сложным образом, либо существует какая-то новая планета, сбивающая Уран с пути. Первый вариант весьма авторитетно поддерживался директором Гринвичской обсерватории Джорджем Бидделом Эри (1801–1892). Однако столь радикальное решение привлекало немногих — модификация закона Ньютона вела к перестройке всей теории движения планет, а для этого нужны были более веские экспериментальные и теоретические причины.

Реальное решение проблемы Урана было найдено в рамках второго подхода. Тут и развернулась отчасти забавная и отчасти драматическая история открытия Нептуна, история, описанию которой посвящены целые книги.

Вкратце она выглядит так. К 1820 году французский астроном Алексис Бювар (1767–1843) четко показал, что все старые (догершелевские) и последующие наблюдения не согласуются с теорией движения Урана. И даже поправки на влияние Юпитера и Сатурна, модель движения которых он только что завершил, не спасают дела. Видимо, Бювар первым и высказал гипотезу о влиянии на Уран какого-то неизвестного тела. Однако сам он первоначально больше склонялся к версии катастрофического воздействия — то есть кратковременного влияния некой кометы, столкнувшейся с Ураном или очень сильно сблизившейся с ним как раз в промежутке между ранними и поздними наблюдениями Лемонье.

Но результаты последующего десятилетия показали, что непоседливая планета продолжает все дальше уходить от предписанной орбиты. Значит, дело не в катастрофе, а в каком-то систематическом влиянии. Так сложилась конкретная гипотеза о трансурановой планете, фактически общепринятая к концу 30-х годов. Поиск трансурановой планеты несколько затягивался многие полагали, что расчет ее орбиты по очень неполным данным преждевременен и нужны тщательные наблюдения на протяжении одного-двух полных оборотов Урана. Эта точка зрения подкреплялась и сомнениями в точности старых данных Флемстида и других астрономов, посеянными Бюваром.

Чтобы поверить в достаточную точность всех данных и предпринять на этой основе трудоемкую работу по расчету орбиты возмутителя, нужна была немалая смелость и вера в свои силы.

Всем этим в избытке обладал молодой английский математик и астроном Джон Кауч Адаме (1819–1892), который летом 1843 года приступил к вычислениям. Необычайно тщательная и самокритичная деятельность Адамса увенчалась успехом — к сентябрю 1845 года он получил удовлетворившие его результаты с конкретным указанием ожидаемого положения трансурановой планеты на 30 сентября 1845 года. Эти результаты были переданы директору Кембриджской обсерватории Джеймсу Челлису, который тогда же имел возможность провести успешный поиск на своем 12-дюймовом рефлекторе предсказание Адамса расходилось с истинным положением Нептуна менее чем на 2°. Но Челлис переадресовал молодого математика к лидеру английской астрономии Джорджу Эри. Эри, по-видимому, не сразу поверил в возможность открытия, но главное — он сам искал причину отклонений Урана совсем в ином, и вычисления Адамса не показались ему достаточно убедительными.

В результате до лета 1846 года официальные руководители английской астрономии никаких попыток наблюдения трансурановой планеты не предприняли. Адамc же, понадеявшись на них, ограничился «донесением по инстанции» и не сделал необходимой публикации.

Лишь летом 1845 года во Франции к анализу проблемы приступает Урбен Жан Жозеф Леверье (1811–1877) и блестяще формулирует решение в двух статьях, опубликованных к весне 1846 года. Эти работы сразу же привлекли внимание не только соотечественников, но и англичан. Срабатывает известный принцип социальной психологии — нет пророков в своем Отечестве. Благодаря работам Леверье (а не Адамса!) меняет свою веру сам Эри, который обратился к Челлису с просьбой начать наблюдения.

Челлис в течение 2 месяцев (до 29 сентября) проводит необычайно громоздкую регистрацию положений почти 3 тысяч звезд в заданной области неба площадью в 300 кв. градусов, надеясь найти среди них подвижный объект. По ряду несчастливых совпадений он трижды наблюдает Нептун, но не фиксирует свое открытие и вообще завершает серию наблюдений в уверенности, что планета не обнаружена. И буквально сразу же — 1 октября — узнает из газеты, что трансурановая планета открыта молодым ассистентом Берлинской обсерватории Иоганном Готфридом Галле (1812–1910) и его помощником Генрихом Луи д'Аррестом 23 сентября на том же участке неба.

Леверье оказался гораздо практичней Адамса и не стал обращаться к руководителям обсерваторий, ибо уже тогда включить ту или иную работу в планы научного учреждения было не так-то просто. Инициативный Галле буквально отвоевал право на внеочередные наблюдения и провел их с блеском Нептун был обнаружен в первую же ночь. Этому очень способствовала идея д'Арреста — непосредственно сопоставлять вид звездного неба с картами астрономического атласа Берлинской Академии наук, изданного в конце предыдущего года. Это давало фантастическую экономию времени. Дополнительно Галле и д'Аррест (в отличие от Челлиса) ориентировались на то, что Нептун должен иметь угловой размер около 3.

История подпольной первопроходческой деятельности Адамса всплыла как раз в момент величайшего триумфа Леверье и наделала много шума[70]. Не слишком благожелательно воспринятая в научных кругах Франции весть о том, что некий безвестный Адаме опередил их кумира Леверье, превратилась прессой в проблему покушения на национальную честь.

Но время — линза истины. Оба ученых, несмотря на ажиотаж, стали друзьями.

Леверье впоследствии возглавил Парижскую обсерваторию и много сделал для расцвета астрономии и небесной механики у себя на родине. Он провел в жизнь гигантскую программу по составлению таблиц планетных орбит — многими его данными успешно пользуются до сих пор. Он же впервые обратил внимание на вековое смещение перигелия Меркурия, необъяснимое в рамках теории Ньютона.