У границ планетной системы

В ночь на 14 марта 1930 года телеграф передал всем обсерваториям мира следующее сообщение:

«Планета, открытая на Ловелловской обсерватории, согласуется с транснептунной планетой Ловелла. Положение 12 марта в 3 часа 00 минут 00 секунд мирового времени: 7 секунд времени к западу от Дельты Близнецов, 15-й величины».

Многолетние поиски транснептунной планеты увенчались успехом. Как и за восемьдесят четыре года до этого, был открыт новый мир, причем история, обессмертившая в свое время имена Леверье и английского астронома Адамса, снова повторилась.

Существование транснептунной планеты было доказано сначала теоретическими расчетами, а затем и прямыми наблюдениями.

А произошло это так.

Еще в 70-х годах прошлого века ряд астрономов, в том числе Фламмарион, выступили с предположением, что за орбитой Нептуна вокруг Солнца должна обращаться еще какая-то более далекая планета. Основанием для этого послужили факты, касающиеся орбит комет.

Оказывается, среди множества комет, обращающихся вокруг Солнца, можно выделить несколько групп, или, как их называют, семейств, имеющих почти одинаковые орбиты1.

Одно из таких кометных семейств связано с Юпитером — афелии комет этого семейства, то есть наиболее далекие от Солнца точки орбит, расположены вблизи орбиты Юпитера.

Другое кометное семейство имеет афелии своих орбит сравнительно недалеко от орбиты Сатурна. По-видимому, эти огромные планеты благодаря своему притяжению так воздействуют на кометы, что некоторые из них в конце концов становятся связанными с Юпитером и Сатурном.

Первоначально огромные эллиптические орбиты комет сильно уменьшаются до тех пор, пока кометы не начнут обращаться вокруг Солнца почти с тем же периодом, что и захватившая их планета. К такому выводу приводят законы небесной механики, об этом же говорят и факты.

В прошлом веке было известно, что за орбитой Нептуна на расстоянии 40–50 а. е. от Солнца группируются афелии ряда комет. Поэтому и можно было заподозрить, что на том же расстоянии от Солнца должна находиться неизвестная и, по-видимому, массивная планета.

Точнее говоря, почти одинаковые большие оси орбит.

С другой стороны, выяснилось, что в движении Урана наблюдаются такие неправильности, которые не могут быть удовлетворительно объяснены действием только известных планет.

Значит, можно было предполагать, что эти невязки вызваны притяжением транснептунной планеты. Уран, оказавшись уже однажды в роли сигнализатора невидимого, и на этот раз упорно свидетельствовал о существовании никем еще не наблюдавшейся планеты.

Задача заключалась в том, чтобы по невязкам в движении Урана, пользуясь законами небесной механики, вычислить, где же на небе следует искать новое светило. Эта задача была намного сложнее той, которую решали Леверье и Адамс. Неизвестная планета находилась от Урана дальше, чем Нептун, поэтому и воздействие ее оказалось значительно меньшим. Невязка от транснептунной планеты была в двадцать пять раз меньше, чем от Нептуна. Пропорционально этому возросли и трудности.

Человеку, далекому от астрономии, нелегко себе представить, о каких ничтожно малых величинах идет речь. Теоретическое положение Урана на небе отличалось от наблюдаемого в среднем на 2 секунды дуги. Это составляет почти тысячную долю видимого поперечника Луны и равно углу, под которым человеческий волос виден с расстояния 10 метров!

При любых измерениях всегда неизбежны некоторые ошибки. Поэтому необходимо было учесть и те ошибки, которые происходили при наблюдении Урана, что также осложняло задачу.

Однако желание открыть новый мир было так сильно, что еще в 1878 году астрономы начали поиски транснептунной планеты.

Одновременно с наблюдениями в телескоп производились вычисления возможной орбиты неизвестного небесного тела.

Но проходили долгие годы, а Нептун по-прежнему оставался крайней из известных планет солнечной системы. Новая планета, уверенность в существовании которой была почти повсеместной, почему-то скрывалась от астрономов.

В 1906 году к поискам транснептунной планеты приступил Персиваль Ловелл — знаменитый американский исследователь Марса. В Аризонской пустыне на принадлежащей лично ему обсерватории началось систематическое фотографирование неба. Попутно Ловелл принялся за вычисления наиболее вероятной орбиты неизвестной планеты.

Вычисления продолжались в течение шести лет. Поэтически восторженный пропагандист марсиан и их удивительной техники оказался на редкость трудоспособным вычислителем.

После кропотливых проб и сложнейших расчетов Ловелл опубликовал окончательные результаты. Они были даны в виде небольшой таблички, где указывались числа, характеризующие орбиту транснептунной планеты и ее положение на орбите для некоторого определенного момента.

Ловелл считал, что расстояние планеты от Солнца составляет 43 а. е. При такой удаленности можно было ожидать, что неизвестная планета имеет ничтожно малые видимые размеры и яркость, так что отличить ее среди множества слабых звезд будет нелегко. К тому же, по его расчетам, за час планета должна переместиться (среди звезд всего на 1–2 секунды, что заметить при обычных визуальных наблюдениях в телескоп совершенно невозможно.

Выход был один: получить как можно больше фотоснимков тех участков неба, где должна была находиться орбита транснептунной планеты и затем с помощью точных измерительных приборов попытаться выяснить, не сместилась ли какая-нибудь из сотен и тысяч слабых звездочек.

После опубликования работы Ловелла в 1912 году поиски неизвестной планеты были продолжены обсерваториями всех стран мира с еще большим усердием, чем раньше.

Нептун был обнаружен 23 сентября 1846 года через полчаса после того, как Леверье указал немецкому астроному Галле место планеты на небе. Ловелл не мог повторить этот исторический жест Леверье. Вычисления, произведенные им, были безупречны. Но точность исходных данных была гораздо меньшая, чем у Леверье. Поэтому Ловелл мог указать лишь грубо приближенно тот участок неба, где следует искать транснептунную планету.

Галле, направив телескоп в указанную Леверье точку неба, почти сразу увидел заметный диск Нептуна, рассеявший всякие сомнения. При поисках его неуловимого соседа приходилось внимательно рассматривать тысячи слабеньких звездочек, от которых искомая планета внешне ничем не отличалась.

Снова побежали годы — годы напряженного труда и, увы, безуспешных поисков.

В 1929 году, через тринадцать лет после смерти Ловелла, на его обсерватории был установлен новый инструмент прекрасного качества. Это был 13-дюймовый короткофокусный телескоп, предназначенный специально для фотографирования неба. Если к тому же вспомнить, что местность, где находится Ловелловская обсерватория, отличается исключительно хорошими атмосферными условиями, то легко понять тот энтузиазм, с которым сотрудники обсерватории снова принялись за поиски транснептунной планеты.

С апреля 1929 года возобновилось систематическое фотографирование звездного неба. Снимки каждой области неба повторялись через несколько дней, а затем сравнивались между собой на особом приборе (блинк-микроскопе).

Если на снимках оказалась бы заснятой искомая планета, то ее смещение среди звезд можно было бы обнаружить.

Сравнивал снимки бывший фермер, молодой любитель астрономии Клайд Томбаф, приглашенный на эту работу весной 1929 года. Ему повезло — на снимках от 21, 23 и 29 января 1930 года Томбаф заметил еле различимую звездочку 15-й звездной величины, которая очень медленно перемещалась среди других звезд. Находилась она в 3 градусах 30 минутах от места, предсказанного Ловеллом.

Неуверенный еще в сделанном открытии, Томбаф сообщил о странной звездочке своим коллегам по обсерватории.

С 19 февраля она стала наблюдаться непрерывно до тех пор, пока не скрылась в лучах Солнца. Тогда, убедившись, что действительно открыта новая планета, Ловелловская обсерватория оповестила об этом весь научный мир.

Вскоре после открытия новой планеты обнаружилось, что ее изображения встречаются на снимках, полученных еще в 1921, 1919 и даже в 1914 годах. Но случайные обстоятельства и недостаточно внимательное изучение пластинок помешало найти транснептунную планету еще при жизни Ловелла. Впрочем, эти старые снимки пришлись очень кстати. По ним можно было узнать перемещение планеты за шестнадцать лет и потому сравнительно точно вычислить ее фактическую орбиту.

Вот табличка, по которой вы можете судить, насколько теоретическая планета Ловелла отличалась от реальной.

Из таблицы видно, в чем ошибался Ловелл. Новая планета оказалась значительно меньше и по массе и по яркости, чем он предполагал.

Но сходство открытой планеты с той теоретической планетой, о которой писал Ловелл, несомненно. Не счастливый случай, а настойчивые, продуманные поиски по указаниям Ловелла привели к открытию нового мира. Поэтому астрономическая общественность единодушно приняла предложение Ловелловской обсерватории назвать новую планету Плутоном.

Это имя удачно в двух отношениях: во-первых, сохраняется традиция — новая планета получает имя мифического бога Плутона, и, во-вторых, две первые буквы этого имени, «П» и «Л», увековечивают заслугу Персиваля Ловелла.

Кстати сказать, астрономический значок планеты Плутон — «PL» — преследует, по-видимому, ту же вполне оправданную цель.

Прошло почти три десятилетия со дня открытия Плутона, но знания наши об этой планете пока еще очень скудны. За это время уточнены данные об орбите Плутона. Подтвердились необычные для остальных больших планет ее свойства. Плоскость орбиты Плутона наклонена к плоскости орбит остальных планет под большим углом, близким к 17 градусам. Кроме того, она настолько вытянута, что в некоторые периоды Плутон подходит к Солнцу на расстояние более близкое, чем Нептун. На рисунках солнечной системы пути обеих планет кажутся пересекающимися. Но так они выглядят только в проекции на плоскость чертежа. На самом деле наикратчайшее расстояние, на которое Плутон может подойти к Нептуну, равно 450 миллионам километров!

Плутон так далек от Солнца, что с его поверхности наше ослепительное дневное светило видно лишь как очень яркая звезда. Давая тепла в две тысячи пятьсот раз меньше, чем Земле, Солнце все же освещает поверхность Плутона в двести раз сильнее, чем Землю полная Луна.

Интересен вид неба с Плутона. Созвездия там такие же, что и на Земле. Но зато мир планет выглядит с Плутона совершенно иначе. Без помощи телескопа мы вряд ли смогли бы увидеть с Плутона не только Меркурий, Венеру, Землю, Марс, но, возможно, и Юпитер. Последний казался бы нам слабенькой звездочкой, отходящей от Солнца не больше чем на 7 градусов 30 минуг. Несколько заметнее выглядели бы Сатурн и Уран. И только Нептун всегда мог бы наблюдаться на Плутоновом небе. Он казался бы необычайной звездой: благодаря особенности орбиты Плутона видимая яркость Нептуна менялась бы в очень значительных пределах. При наибольшем сближении с Плутоном он казался бы в семьсот раз ярче, чем при наибольшем удалении.

В целом, небо на Плутоне представляет собой мрачную картину. Оно кажется однообразной черной бездной, усеянной только звездами.

О том, что делается на поверхности Плутона, мы ничего достоверного не знаем. По данным спектрального анализа получается, что если Плутон окружен атмосферой, то эта газовая оболочка не менее чем в десять раз разреженнее земной. Но, может быть, у Плутона атмосферы вовсе нет и его поверхность напоминает лунную.

В 1950 году на крупнейшем 5-метровом телескопе мира был измерен угловой поперечник крошечного диска Плутона. Он оказался равным 0»,23, что в линейной мере, учитывая расстояние до Плутона, дает 5870 километров, то есть 0,46 диаметра Земли.

Плутон — очень небольшая планета, занимающая по размерам промежуточное место между Меркурием и Марсом.

Тем удивительнее масса Плутона. По невязкам в движении Урана она получается близкой к массе Земли. Отсюда следует странный вывод: средняя плотность Плутона должна быть невероятно высокой — около 50 граммов на кубический сантиметр! Вряд ли можно считать, что Плутон состоит из вещества, которое по своей плотности в шесть раз превышает плотность железа.

Что-то здесь неладно, в чем-то допущена ошибка, но в чем именно, пока неизвестно.

Возможно, что невязки в движении Урана вызваны притяжением не только Нептуна и Плутона, но и еще более далекой неизвестной планеты. Такой точки зрения придерживаются многие астрономы. Они даже присвоили еще неоткрытой планете имя Трансплутон. Если это так, то масса Плутона меньше, чем теперь считается. Вину за «беспорядок» в движении Урана можно перенести на Трансплутон.

На расстоянии около 70 а.е. от Солнца группируются афелии восьми комет. Если считать, что это семейство связано с Трансплутоном, можно попытаться вычислить орбиту неизвестной планеты.

История повторяется в третий раз! Несколько лет назад начались поиски Трансплутона — пока теоретические, а потом и телескопические. Немецкий астроном Критцингер в 1959 году опубликовал вычисленные им данные об орбите Трансплутона. Вот они:

Долгота перигелия 358 градусов

Долгота восходящего узла 206 градусов

Наклонность 38 градусов

Расстояние от Солнца 77 а. е.

Период обращения 676 лет

Если верить этим результатам, то Трансплутон имеет совсем необычную орбиту — ее плоскость наклонена к плоскости орбиты Земли под углом 38 градусов. Такие большие наклонности характерны, как известно, для карликовых планет из пояса астероидов. Кто знает, быть может, за Нептуном начинается второе кольцо астероидов, а Плутон и Трансплутон — только наиболее крупные представители этих осколков второй, когда-то погибшей планеты?

Есть и другая точка зрения на происхождение Плутона.

В 1955 году были закончены измерения видимого блеска Плутона. Блеск не остается постоянным, а меняется, что можно объяснить вращением Плутона вокруг его оси. По данным, полученным на крупнейших телескопах мира, американский астроном Кейпер вычислил, что сутки на Плутоне продолжаются 6 дней 9 часов 21 минуту 30 секунд. Это еще одна черта, резко отличающая Плутон от планет-гигантов, у которых сутки в среднем близки к 10–15 часам.

Кейпер считает, что странности Плутона неслучайны. По его мнению, Плутон — бывший спутник Нептуна. Когда-то, в процессе развития всей планетной системы, масса Нептуна уменьшилась на значительную величину, и три спутника Нептуна покинули свою планету. Два из них затем снова были захвачены Нептуном, а третий — Плутон — превратился в самостоятельную планету.

Гипотеза Кейпера вызывает серьезные возражения. По расчетам советского астронома профессора И. С. Шкловского, Нептун и другие планеты не могли терять свою массу в том темпе и количестве, как это предполагает Кейпер. Особенности Плутона должны найти себе какие-то другие, более правдоподобные объяснения.

За современными границами планетной системы — орбитой Плутона, — вероятно, что-то есть. Придет время, и, возможно, снова, в третий раз сначала на «кончике пера», а потом и в телескоп будет открыт еще один неизвестный нам пока член планетной системы.