Книга: Мир математики. т.30. Музыка сфер. Астрономия и математика

Охотники за планетами

<<< Назад
Вперед >>>

Охотники за планетами

Помимо парсеков и кратных им единиц, которые мы определили выше, также используются световые года (св. г). Один световой год равен расстоянию, которое свет проходит за один год. Так как скорость света составляет 300 000 километров в секунду, световой год равен 9,46 трлн километров. Если в качестве точки отсчета используется Солнечная система, то, как вы уже знаете, в качестве единицы длины выступает астрономическая единица, равная 150 млн километров. Мы не способны представить себе расстояния в миллиарды километров, однако будет намного понятнее, если мы скажем, что Юпитер находится в 5 раз дальше от Солнца, чем Земля, то есть на расстоянии в 5 астрономических единиц (а. е.), а Сатурн — на расстоянии в 10 а. е.

Выбор подходящих единиц измерения позволяет упростить работу и лучше понять полученные результаты. Ярким подтверждением этому служит правило Тициуса — Боде, согласно которому расстояния между планетами Солнечной системы связаны фиксированным соотношением. С открытием этого правила началась настоящая охота за новыми небесными телами.

Правило Тициуса — Боде предложил Иоганн Даниэль Тициус в 1766 году, однако длительное время его авторство приписывалось главе Берлинской обсерватории Иоганну Элерту Боде, усилиями которого оно стало широко известным.



Иоганн Даниэль Тициус (слева) и Иоганн Элерт Боде.

Правило Тициуса — Боде можно представить в виде последовательности, общий член которой описывается следующим образом:

аn= 0,4 + 0,3?2n-2 для n= 2,3,4… При n = 1 а1 = 0,4.

Следовательно, это правило описывает последовательность планет, удаленных друг от друга на следующие расстояния.



Последовательность планет Солнечной системы, известных в конце XVIII века, описываемая правилом Тициуса — Боде.

Как видите, в первом приближении это правило достаточно точное. В классической формулировке знаменатель прогрессии равен 2, однако более точные результаты достигаются при использовании значения 1,71.

На момент открытия правила Тициуса — Боде были известны только планеты, указанные в таблице. Представьте себе, какой интерес научного сообщества вызвала предполагаемая планета, расположенная между Марсом и Юпитером. Другие ученые принялись за поиски следующей планеты после Сатурна. В 1781 году, вскоре после публикации правила Тициуса — Боде, британский ученый Уильям Гершель открыл Уран, удаленный от Солнца на 19,81 а. е., что было всего на несколько миллионов километров больше, чем теоретический результат в 19,6 а.е., следующий из правила. Это открытие Урана в значительной степени подтвердило корректность работ Тициуса и Боде.

На астрономическом конгрессе в немецком городе Гота в 1796 году выдающийся французский астроном Жозеф Жером Лефрансуа де Лаланд убедил коллег приняться за поиски затерянной планеты, и в 1800 году немецкий ученый Франц Ксавер фон Цах с группой из 24 астрономов, которые называли себя звездной полицией, начал тщательное наблюдение зодиакальной полосы. Фон Цах и его коллеги открыли множество астероидов (сам термин «астероид» появился позднее), однако главный приз достался астроному, не входившему в группу фон Цаха: итальянский ученый Джузеппе Пиацци 1 января 1801 года обнаружил недостающую планету, которую назвал Церерой. Эта планета располагалась на расстоянии 2,8 а. е. от Солнца. После 24 дней наблюдений Пиацци написал Боде письмо, где рассказал о своем открытии. Письмо попало в руки Боде лишь в конце марта, когда новая планета находилась так близко к Солнцу, что ее нельзя было увидеть в телескоп. Пиацци попытался определить положение этой планеты, однако в то время были известны только методы расчета круговых и параболических орбит, поэтому итальянский астроном, который не считал открытое небесное тело кометой, вычислил его круговую орбиту. После того как Церера достаточно удалилась от Солнца, Пиацци вновь начал ее поиски, однако не обнаружил планету в расчетном месте.

В это же время юный немецкий математик Карл Фридрих Гаусс работал над методом расчета эллиптических орбит по трем известным параметрам. В октябре 1801 года Гаусс получил письмо фон Цаха, в котором тот подробно описывал результаты наблюдений Пиацци и объяснял, сколь сложно вновь отыскать потерянную планету. Гаусс применил свой новый метод к полученным данным, и 7 декабря 1801 года фон Цах увидел Цереру в месте, указанном Гауссом.

Однако Церера вызывала подозрения — расчеты показывали, что она была меньше Луны. Кроме того, годом позже соотечественник Гаусса Генрих Ольберс открыл еще одно небесное тело с похожей орбитой, которое назвал Паллада, а в 1807 году — еще два: Весту и Юнону. Все они напоминали планеты, но были еще меньше, чем Церера. Гершель счел, что из-за малых размеров эти небесные тела не могут считаться планетами, и назвал их астероидами. Ввиду технических ограничений телескопов того времени обнаружить другие астероиды было невозможно, и Цереру стали считать недостающей планетой.

С возникновением астрономической фотографии ситуация изменилась, в 1900 году было известно уже 436 астероидов, и Церера лишилась статуса планеты. Сегодня мы знаем, что пояс астероидов, расположенный между орбитами Марса и Юпитера, содержит примерно 400 тысяч астероидов общей массой 4 % от массы Луны. Это не остатки какой-то планеты, разрушенной катаклизмом, как считалось ранее, а фрагменты недосформированного небесного тела.

В 1846 году был открыт Нептун, который находился на расстоянии 30 а.е. от Солнца, в то время как по правилу Тициуса — Боде расстояние должно было составлять 38,8 а. е. Таким образом, спустя более ста лет это правило стало считаться не более чем математической диковинкой, хотя именно оно было одним из главных стимулов развития астрономии с конца XVIII до начала XIX века.

Нептун: планета, открытая на бумаге

Гершель сконструировал лучший телескоп своего времени и принялся наблюдать за небосводом с таким упорством, что открытие Урана было лишь вопросом времени. Произошло это в 1781 году. Открытие Нептуна, в отличие от Урана, стало результатом не наблюдений, а математических расчетов.



Крупнейший телескоп Уильяма Гэршеля имел апертуру в 1,2 м. Его постройка длилась около 2 лет и завершилась в 1789 году.

После открытия Гершеля орбита Урана была подробно изучена. Появились таблицы, указывающие, где должна была находиться эта планета в определенные дни. Однако со временем астрономы заметили, что Уран отклоняется от вычисленной орбиты. Интерес научного сообщества к этой загадке был столь велик, что в 1842 году Гёттингенская академия наук учредила премию тому, кто решит ее.

История открытия Нептуна напоминает телесериал. Два математика, авторитетный француз Урбен Жан Жозеф Леверье и молодой, никому в то время не известный англичанин Джон Куч Адамс, проанализировали небольшие отклонения Урана от расчетной орбиты и совершенно независимо друг от друга выдвинули одну и ту же гипотезу: отклонение Урана было следствием притяжения неизвестной планеты, расположенной еще дальше от Солнца. И Леверье, и Адамс указали примерно одно и то же место, где эта планета может находиться.



Литография Урбена Жана Жозефа Леверье (слева) и портрет юного Джона Куча Адамса.

Сегодня обоим ученым приписывают открытие последней планеты Солнечной системы.

В октябре 1843 года Адамс нашел математическое решение задачи и попросил королевского астронома Джорджа Бидделя Эйри предоставить ему самые подробные данные о движении Урана, чтобы произвести расчеты максимально точно.

В сентябре 1843 года Адамс отправил Эйри результаты своих расчетов, однако тот ими не заинтересовался и предложил Адамсу обратиться к Джеймсу Чэллису, главе Кембриджской обсерватории, чтобы тот сам обнаружил новую планету.

В конце концов Чэллис начал поиски и действительно увидел Нептун, однако не зафиксировал на нем внимание, потому что прежде всего наблюдал за изменением траектории Урана.

В сентябре 1846 года свои расчеты закончил и Леверье. Он обратился к астроному Иоганну Готтфриду Галле из Берлинской обсерватории, в распоряжении которого находились лучшие телескопы того времени. Леверье попросил Галле провести наблюдения за участком неба, в котором предположительно находится новая планета. Галле немедленно принялся за работу, и спустя пять дней, 23 сентября, планета была обнаружена совсем рядом с расчетной точкой.

К еще большему разочарованию Адамса, в следующем, 1847 году, Леверье получил премию Британского королевского астрономического общества за проведение расчетов, которые привели к открытию Нептуна. К счастью, в следующем году справедливость восторжествовала, и аналогичная премия была присуждена Адамсу.

Сегодня честь открытия в равной степени принадлежит обоим ученым. Позднее высказывались предположения, что Нептун наблюдал еще Галилей, однако ввиду несовершенства телескопа принял его за звезду. На рисунках Галилея от 28 декабря 1612 года и 27 января 1613 года Нептун изображен как ближайшая к Юпитеру звезда.

Можно утверждать, что Нептун был открыт благодаря математике. Сделанные на бумаге расчеты указали, куда следует направить телескоп, и наблюдения подтвердили правильность этих расчетов. Открытие стало настоящим триумфом, однако повторить его еще раз математикам не удалось.

<<< Назад
Вперед >>>

Генерация: 1.484. Запросов К БД/Cache: 3 / 1
Вверх Вниз