Открытие Нептуна, Урана и Плутона

Замечательная история открытий Нептуна и Плутона в действительности начинается с открытия Урана, потому что, не будь наблюдений Урана, два поздних открытия могли бы задержаться на многие годы. Вместе с тем открытие Урана знаменует начало новой эпохи в истории астрономии, так как Уран был первой планетой, которая была «открыта». Ведь Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн всегда были видны невооруженным глазом любому человеку, посмотревшему на небо (если только глаза наших доисторических предков не были гораздо несовершеннее наших глаз).
Вильям Гершель (1738 - 1822), может быть, самый прилежный наблюдатель всех времен, в 1781 г. первым заметил небольшой диск (3",6) Урана. Его сообщение об этом открытии ясно показывает, что он не сразу разобрался в истинном характере нового объекта. В Philosophical Transaction (1781 г.) мы читаем: «Во вторник 13 марта между 10 и 11 часами вечера, наблюдая небольшие по соседству с η Близнецов, я различил одну, которая на глаз выглядела крупнее остальных; будучи поражен ее необычной звездной величиной, я сравнил ее с η Близнецов и небольшой в области между Возничим и Близнецами и, обнаружив, что она гораздо больше каждой из них, заподозрил, что это комета».
Объявление Гершелем нового объекта кометой было вполне естественным и осторожным шагом, что бы он ни думал о его истинной природе. Потребовалось несколько месяцев наблюдений и вычислений, чтобы убедиться, что кометообразное движение не может удовлетворить наблюдениям и что «комета» не может быть ничем иным, кроме новой планеты.
Лишь благодаря выдающейся остроте зрения и умению правильно разбираться в фактах Гершелю удалось по одному виду отличить планету от соседних звезд. Другие наблюдатели, занимавшееся в то время измерением положений соседних звезд, 17 раз измеряли положение Урана и не заметили ничего необычного. Некоторые из крупных астрономов того времени с трудом отождествляли планету даже после того, как им было сообщено о ее точном положении на небе.

На протяжении ряда лет название «Уран» не было официальным названием планеты. Сначала она носила титул Georgium Sidus (название, данное Гершелем в честь короля Георга III). Называли ее также и «Гершель» в честь ее первооткрывателя. Наконец было принято существующее теперь название в соответствии с наименованием других планет.
Несмотря на медлительность движения Урана (его период обращения составляет 84 года),его орбиту удалось хорошо определить за сравнительно не большой интервал времени после открытия планеты благодаря 17 случайным наблюдениям, которые были сделаны до того, как Гершель заметил диск планеты. Первое наблюдение было сделано в 1690 г., т. е. почти на полный период обращения Урана раньше его открытия. Вычислители орбиты столкнулись при попытке согласовать все наблюдения, но возможности ошибок в наблюдениях или отклонений в движении в следствии возмущения Урана другими планетами казались вполне достаточными, чтобы ими объяснять эти расхождения. Однако, когда Уран начал значительно откланяться от вычисленной для него траектории даже после тщательного учета возмущений Юпитером и Сатурном, некоторые астрономы заподозрили, что движение Урана могло возмущаться неизвестной планетой.
В двадцатые и тридцатые годы 19 в. отклонения стали достаточно большими, чтобы возбудить такие подозрения, но математические трудности в предвычислении положения неизвестной планеты казались в то время непреодолимыми. К 1845 г. Уран отошел от предвычисленного положения на нетерпимую величину - 2', т. е. на угол, почти различимый невооруженным глазом. В 1846 г. великий французский астроном Леверье (1811 - 1877) показал, что в пределах приемлемых ошибок наблюдений наблюдения Урана нельзя согласовать с какой-либо орбитой. Леверье пришел к выводу, что отклонения в движении Урана можно объяснить, только предположив, что за орбитой Урана существует какая-то неизвестная массивная планета.
Позднее, в 1846 г. Леверье завершил вычисления положения этой гипотетической планеты и был столь уверен в своем анализе, что рискнул предсказать ее положение и то, что она должна иметь различимый диск. Он послал свои вычисления молодому немецкому астроному Галле (1812-1910), который получив их, в ту же самую ночь действительно открыл планету. Положение Нептуна на небе с точностью до 1° (менее двух диаметров Луны) совпало с местом, предсказанным Леверье. Своим мгновенным успехом Галле был обязан тем, что в его распоряжении в Берлине была новая звездная карта соответствующей области неба. Уже беглый телескопический обзор неба обнаружил новый объект там, где раньше не наблюдалось никаких звезд. Тщательная проверка подтвердила и наличие диска, правда, слишком малого и поэтому трудно различимого.
Это знаменитое открытие новой планеты методом математической дедукции является своего рода вехой в истории астрономии. Подобно многим великим открытиям, его следует приписать не одному человеку. В то время как Леверье осуществлял свои блестящие вычисления, молодой и никому не известный английский математик Адамс (1819-1892) независимо пришел к тому же результату несколько иным методом. В действительности вычисления Адамса были закончены примерно на 8 месяцев раньше, чем Леверье, но несчастливое стечение обстоятельств помешало английскому наблюдателю, предвосхитить открытие Галле. Берлинскую звездную карту, которая так существенно помогла Галле в его открытии, в Англии тогда нельзя было достать. Поэтому астроном Чаллис (1804-1883) без особого энтузиазма начал в Кембридже поиски планеты трудоемким методом - путем нанесения на карту всех звезд в этой области, намереваясь наблюдать за ними в дальнейшем с тем, чтобы обнаружить планету по ее движению. Нептун также мог быть обнаружен на Гринвичской обсерватории, если бы не отрицательно относившийся ко всякой теории королевский астроном Эри, который попросту не поверил, что Адамс мог сделать предвычисление, имеющее реальную ценность.
Весь поворот событий был весьма печальным для Адамса, который, видимо, запланировал свое исследование на несколько лет ранее, чем получил возможность осуществлять его. После его смерти среди его вещей была найдена заметка: «1841, июля 3. В начале этой недели наметил план, как можно скорее после получения мной степени исследовать пока еще не объяснимые неправильности в движении Урана, с тем чтобы выяснить, нельзя ли их приписать влиянию находящейся за Ураном неизвестной планеты, и если возможно, то затем приближенно определить элементы ее орбиты и пр., которые, вероятно, могли бы привести к открытию этой планеты».
Приятно отметить, что ныне Леверье и Адамс поровну делят славу предсказателей существования и положения Нептуна. Галле же, конечно, целиком принадлежит честь действительного обнаружения планеты на небе. При более ранних измерениях положений звезд Нептун подобно Урану ошибочно принимали за звезду.

Проникновение в тайны солнечной системы на основе использования ньютоновского закона всемирного тяготения и тщательнейших наблюдений продолжалось и нашем веке. Кульминацией этих усилий было открытие Плутона, причем обстоятельства этого открытия были удивительно похожи на обстоятельства Нептуна. Как и тогда, планета фактически была обнаружена во время одного из ранних поисков, но в силу превратностей судьбы ее отожествление произошло гораздо позднее.
В начале нашего столетия Персиваль Лоуэлл (1855-1916), основавший во Флагстаффе (Аризона) обсерваторию с целью наблюдения планет, и в особенности Марса, активно заинтересовался возможностью планеты еще более далекой, чем Нептун. Он заново исследовал орбиту Урана и пришел к выводу, что кажущиеся ошибки наблюдений могли бы существенно уменьшиться, если учесть возмущения Урана неизвестной планетой. Вычисленные Лоуэллом орбита и положение планеты не были опубликованы до 1914 г., хотя поиски планеты он начал с 1905 г. было завершено сооружение нового 13-дюймового рефрактора, который был установлен на обсерватории Лоуэлла для ускорения розыска новой планеты.
Молодому ассистенту Клайду Томбо было поручено систематически фотографировать области неба вдоль эклиптики. Для каждой области он делал две фотографии с длительными экспозициями, разделенные по времени в на 2 - 3 дня. Затем в поисках ожидаемой планеты он очень тщательно сравнивал полученные фотографические пластинки. Сравнение делалось при помощи блинк-компаратора - прибора, снабженного двойным микроскопом, что позволяет наблюдателю попеременно видеть одну и ту же область неба на двух пластинках. Любой объект, который в течение интервала между двумя экспозициями перемещался по небу, кажется прыгающим «туда - сюда», в то время как звезды выглядят неподвижными.
12 марта 1930 г., т. е. меньше чем через год после осуществления новой программы, обсерватория Лоуэлла через Гарвардское бюро протелеграфировала астрономическим обсерваториям следующее сообщение: «Систематически начатые много лет назад поиски в связи с исследованиями Лоуэллом планеты за орбитой Нептуна привели к открытию объекта, скорость движения и траектория которого в течение семи недель последовательно соответствовали телу, находящемуся за орбитой Нептуна приблизительно на том расстоянии, которое ему предписывал Лоуэлл. Пятнадцатая звездная величина. Положение на 3 часа всемирного времени 12 марта было 7" к западу от δ Близнецов, что согласуется с предсказанной Лоуэллом долготой».

Астрономический мир вскоре единодушно принял для этой планеты название Плутон, которое подходит ей, так как она движется во внешних не освещенных Солнцем областях солнечной системы. Кроме того, первые две буквы названия соответствуют инициалам Персерваля Лоуэлла, умершего в 1916 г., т. е. всего через два года после того , как им было опубликовано подробное предсказания движения новой планеты.
Последующие вычисления орбиты, выполненные на основании фотографий новой планеты, сделанных еще до ее открытия, показали, что она движется вокруг Солнца с периодом 246,5 года по орбите, наклонной на 17° к средней плоскости других планет. В перигелии орбита Плутона проходит внутри орбиты Нептуна, но вследствие большого наклона орбиты эти два тела столкнуться не могут.
Только несчастливая случайность помешала открыть Плутон в 1919 г. астрономам обсерватории Маунт Вилсон. В это время Милтон Хьюмасон по поручению Уильяма Пикеринга (1858-1938), который независимо осуществил вычисления предполагаемого положения планеты, сфотографировал области вокруг предсказанного положения планеты и действительно получил изображение планеты на нескольких пластинках. Однако изображение Плутона на одной из двух лучших пластинок попало как раз на небольшой брак эмульсии (на первый взгляд оно казалось частью этого брака), в то время как на другой пластинке изображение планеты оказалось частично наложенным на какую-то звезду! Даже в 1930 г., когда положение планеты в 1919 г. было хорошо известно из вычисленной орбиты, с трудом удалось отождествить те изображения Плутона, которые были получены 11 лет назад.

Если только Плутон не обладает фантастически большей плотностью или же не является исключительно плохим отражателем света, то его масса недостаточно велика, чтобы вызвать те отклонения в движении Нептуна, на основе которых было предсказано существование Плутона. Вот почему многие астрономы ныне полагают, что открытие Плутона было случайным. Тем не менее открытие, последовавшее в результате неустанных поисков планеты, представляет собой еще один шаг на пути прогресса науки. Все сотрудники обсерватории Лоуэлла достойны высшей похвалы за свою кропотливую работу и полученные результаты.
Томбо распространил начатые на обсерватории Лоуэлла поиски на все небо, но установил, что в пределах, доступных наблюдениям 13-дюймовым телескопом, больше планет нет. Если другие планеты и существуют, то они должны быть гораздо или быть гораздо меньше. Продолжение поисков гораздо более слабых планет с одним из больших телескопов, например, с 5-метровым, неоправданно с практической точки зрения. Чем больше телескоп, тем пропорционально меньшую область неба он фотографирует. Поиски по всему небу с охватом всех объектов, блеск которых является предельным для наблюдения с 5-метровым телескопом, потребовали бы его непрерывно использовать в течении всех без лунных ночей на протяжении долгих веков. Поэтому открытие планет, возможно, и существующих за орбитой Плутона, представляется весьма трудным делом, если только не сыграет роли какой-либо счастливый случай или же не будут применены новые методы наблюдений. Для радиолокационных телескопов такие расстояния слишком велики. Большой оптический телескоп, запущенный в межпланетное пространство или установленный на Луне и работающий в сочетании с телевизионной техникой и автоматической аппаратурой, предназначенной для поисков планет, возможно, и мог бы способствовать успеху, однако некоторые астрономы вообще сомневаются, что будут найдены еще какие-то планеты значительных размеров.