Книга: Большое космическое путешествие

Глава 9 Почему Плутон – не планета

Глава 9

Почему Плутон – не планета

Автор: Нил Деграсс Тайсон

Сейчас я расскажу, как Плутон утратил статус планеты и был разжалован в снежок на задворках Солнечной системы. Также расскажу, какую роль сыграл в этом я, работая в «Роуз-центре Земли и Космоса» при Американском музее естественной истории.

На территории Роуз-центра мы решили обустроить специальный корпус, где можно было бы не просто показывать красивые космические картинки – их и в Интернете хватает. Мы соорудили сферу диаметром 26,5 метра, расположенную в стеклянном кубе. Архитектура и экспонаты сочетаются таким образом, что вы ощущаете себя частью Вселенной – словно идете сквозь нее. У нас цельная сфера. В большинстве планетариев есть только купол, под которым установлен проектор звездного неба, а в коридорах вокруг проектора можно любоваться изображениями Вселенной. Именно таким образом устроено большинство планетариев. Да, космические картинки хороши, но мы думаем, что пора подробнее показать, как устроена Вселенная, а не просто собирать глубочайшие космические феномены и превращать их в экспонаты.

Мы принялись за дело, заручившись поддержкой архитекторов – Джима Польшека и партнеров, а также дизайнеров – Ральфа Аппельбаума и коллег. Пожалуй, Ральф наиболее известен проектом мемориального музея холокоста в Вашингтоне, округ Колумбия. Вселенная любит сферы. Можно многое понять о том, как она работает, просто осознав, что законы физики словно сговорились придавать телам форму шара: это правило действует от звезд и планет до атомов. Как правило, если тело не круглое, это означает, что какие-то силы мешают ему округлиться – например, если это тело быстро вращается. Если найти архитектурное решение округлой формы, то оно само сможет послужить элементом экспозиции и поможет соотносить размеры тел во Вселенной. Мы взяли купол, венчающий космический театр в планетарии Хейдена, и превратили его в полноценную сферу, внутренняя поверхность которой сразу сгодилась в качестве выставочного пространства. У нас получился театр Большого взрыва, посетители которого могут смотреть вниз и наблюдать модель зарождения Вселенной.

Вокруг двадцатишестиметровой сферы мы соорудили галерею, посетители которой могут воочию оценить масштабы Вселенной. Для начала вообразите, что сфера планетария – это вся наблюдаемая Вселенная. На ограждении установлена модель нашего сверхскопления, состоящего из тысяч галактик, одна из которых – Млечный Путь. Диаметр модели – около 10 сантиметров. Вы понимаете, что наша Вселенная намного, намного больше, чем наш родной уголок, для которого у нас есть название, словно строчка в адресе: Сверхскопление Девы. Вы делаете еще несколько шагов, и мы предлагаем вам перенастроиться на другой масштаб: теперь весь планетарий соответствует Сверхскоплению Девы. Его диаметр – 26,5 метра. На перилах установлена модель диаметром 60 сантиметров, в которой изображены Млечный Путь, туманность Андромеды и несколько галактик-спутников. Это наша Местная группа галактик. Далее мы уподобим сферу планетария Местной группе, а на ограждении видим модель Млечного Пути диаметром все те же 60 сантиметров. Галактика напоминает большое зажаренное яйцо: она плоская, со вздутием в центре (так называемый балдж). Пройдем еще немного – и теперь сфера планетария соответствует Млечному Пути, а на ограждении мы видим плексикгласовый шар диаметром всего сантиметров пять, а на нем – сотню тысяч пятнышек. Это шаровое звездное скопление в галактике Млечный Путь. Далее вся сфера планетария соответствует по размеру этому звездному скоплению, а на ограждении у нас установлен шар диаметром около 20 сантиметров. Это пространство, в котором умещаются все орбиты комет, окружающих Солнечную систему: они образуют Облако Оорта.

Бесчисленные кометы из этого облака, вторгающиеся во внутренние области Солнечной системы, – самые опасные для Земли космические тела. Каждая из них, прилетая с окраин Солнечной системы, начинена колоссальной кинетической энергией, и, приближаясь к Солнцу, она только разгоняется. В последний раз комета из Облака Оорта, вероятно, побывала во внутренней части Солнечной системы более 40 тысяч лет назад – никаких исторических свидетельств о таких событиях не сохранилось[7]. Если какая-нибудь комета оттуда полетит прямо к Земле, у нас почти не будет времени что-нибудь предпринять. Когда рядом пролетает обычный астероид, мы обычно можем заранее спрогнозировать его траекторию на сотни оборотов вперед. Можно начертить, как его орбита соотносится с земной, и определить, столкнемся мы через несколько сотен оборотов или нет. В таком случае у нас в запасе будет лет сто, чтобы подготовить космическую экспедицию и отклонить астероид с этой траектории. Но если комета прилетает из-за орбиты Нептуна и направляется прямо на нас, то почти ни на какое раннее оповещение рассчитывать не приходится[8].

На следующей остановке в галерее «Масштабы Вселенной» большая сфера соответствует Солнцу, а вокруг нее расположены планеты, причем размеры планет выполнены в правильном масштабе относительно Солнца. Процесс продолжается, масштабы шаг за шагом уменьшаются, пока мы не достигаем центра атома. Когда большая сфера соответствует атому водорода, мы показываем точку, соответствующую по размеру его ядру, – диаметр такой точки не более 0,02 сантиметра. Атом водорода – практически пустота.

Сфера планетария оказалась отличным наглядным пособием, чтобы оценить относительные размеры тел во Вселенной.

Сегодня Роуз-центр выглядит роскошно, особенно ночью (рис. 9.1). Слева видна галерея, стоя в которой можно сравнить большую сферу-Солнце с масштабными моделями планет. На картинке заметны Сатурн (с кольцами), а рядом с ним – Юпитер. Разумеется, там видны и Уран, и Нептун. Меркурий, Венера, Земля и Марс слишком маленькие, на этой картинке их не увидишь. По размеру эти модели варьируются от бейсбольного мяча до грейпфрута, и все они установлены на галерейном ограждении, а не свисают с потолка. Вот я и подхожу к рассказу о злоключениях Плутона. Мы не поставили на этом ограждении масштабную модель Плутона рядом с Меркурием, Венерой, Землей и Марсом. И у нас были на то причины.

Мы оказались в эпицентре спора, начатого не нами. Через год после открытия выставки ее посетил один журналист, заметивший, что среди масштабных моделей планет не хватает Плутона. Он решил раздуть из этого большую новость и опубликовал на тему Плутона целую передовицу в газете New York Times. Тогда и началась свистопляска. Рассказываю, что именно мы сделали и почему.

Рис. 9.1. Так выглядит ночью «Роуз-центр Земли и Космоса». Сфера диаметром 26 метров утопает в голубом свете, она хорошо заметна внутри стеклянного куба. Масштабные модели Юпитера и Сатурна хорошо заметны рядом с большой сферой, которая в данном случае обозначает Солнце. Среди этих моделей не было Плутона, из-за чего и разгорелись споры. Снимок предоставлен Alfredo Gracombe

История Плутона начинается с Персиваля Лоуэлла, утонченного джентльмена из Новой Англии. Ему нравилась астрономия, он был богат, поэтому он выстроил обсерваторию, которая называлась (вы угадали) Обсерваторией Лоуэлла. Обсерватория располагалась в Аризоне на высоте 2175 метров. Она так там и сохранилась, а само место называется «Марсианский холм». Лоуэлл фанатично увлекался Марсом; он любил его так беззаветно и так жаждал, чтобы там обнаружилась жизнь, что даже написал три книги на эту тему. Допустим, можно написать книгу о возможности жизни на Марсе, но по свидетельству Лоуэлла, одного лишь Лоуэлла, он наблюдал в телескоп признаки жизни на Марсе. Он видел там растительный покров, изменявшийся в зависимости от времени года, а также видел каналы. Лоуэлл полагал, что на месте пересечения каналов раскинулись оазисы. Он считал, что марсиане страдают от нехватки воды, поскольку увиденные им каналы протянулись от полюсов в те районы, где была заметна растительность. На Марсе есть полярные ледяные шапки. Лоуэлл представлял, что они подтаивают и вода доставляется по каналам везде, где она нужна. Без такого масштабного инженерного проекта марсианская жизнь была бы обречена на гибель от засухи. Сила человеческого воображения удивительна, вот почему мы проверяем наши гипотезы научным методом. Когда в 1877 году Земля и Марс особенно сблизились, Джовании Скиапарелли увидел на Марсе длинные русла, которые назвал итальянским словом canali. Это слово ошибочно перевели на другие языки как «каналы». Русла – естественные формы рельефа. Каналы же могут быть проложены только разумной цивилизацией. Это два совершенно разных слова. Но было поздно. Лоуэлл ухватился за эту идею, начертив затейливую систему каналов. Наконец, когда никому больше не удалось увидеть их в телескопы, пришло понимание, что каналы могут быть обычным обманом зрения, когда глаз выстраивает из случайных черточек длинные линии. На современных снимках не видно никакой системы каналов. Регионы с «растительностью» оказались темными скоплениями базальтовых скал, которые выглядят зеленоватыми на фоне красных пустынь Марса. В разные сезоны эти скалы то покрываются слоем песка во время бурь, то вновь обнажаются.

Персиваль Лоуэлл не только интересовался Марсом, но и инициировал поиски планеты Икс. На рубеже XIX и XX веков были известны восемь планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Оказалось, что законы Ньютона красиво описывают движения всех планет в Солнечной системе – кроме Нептуна. Предполагалось, что может существовать неизвестный и незамеченный источник тяготения, который влияет на его траекторию, – то есть неоткрытая планета. Лоуэлл был убежден, что такая планета есть, и назвал ее «планета Икс». Для поисков этой планеты он пригласил на работу Клайда Томбо. Поиски начались близ эклиптики – той плоскости, в которой вращаются известные планеты. Томбо искал объект, который бы заметно сдвигался при сравнении двух снимков одной и той же области неба, сделанных с интервалом в несколько дней или недель. Если бы такой объект обнаружился, это была бы далекая планета, вращающаяся вокруг Солнца. Томбо пользовался прибором под названием «блинк-компаратор» – это важный инструмент, сыгравший значительную роль в истории астрономии, хотя сегодня такие сравнения делаются при помощи компьютера. Первый снимок прикрепляется по одну сторону прибора, второй – по другую, и в компараторе имеется один окуляр с двумя линзами. Наблюдатель быстро просматривает два изображения, которые сменяют друг друга. При этом перебрасывается специальная заслонка, благодаря которой освещается то один, то другой снимок. Любые элементы, положение которых от снимка к снимку изменяется, при этом хорошо заметны. Именно таким образом Клайд Томбо и открыл Плутон в 1930 году.

Название «Плутон» придумала одиннадцатилетняя девочка Венеция Берни, как раз изучавшая в школе древнеримскую мифологию. Планеты именуются в честь римских богов, а Плутон был богом подземного мира. Официальное обозначение Плутона состоит из букв P и L, случайно совпавших с инициалами Персиваля Лоуэлла. Спустя почти полвека был открыт спутник Плутона. Это тело напоминало маленький бугорок на нечетком снимке Плутона, сделанном в 1978 году. Спустя много лет, когда система Плутона расположилась под более удобным углом к лучу зрения, удалось зафиксировать затмения и прохождения спутника по диску планеты. В эти моменты, когда Плутон и его спутник заслоняли друг друга, их совокупная яркость немного снижалась. Когда космический телескоп «Хаббл» сделал снимки в более высоком разрешении, мы смогли непосредственно рассмотреть и сам спутник Плутона, который назвали Харон (по имени паромщика, перевозившего души усопших через реку Стикс в Аид). У Плутона есть спутник, хорошо. Если он претендует на членство в клубе планет, то для начала неплохо. Никаких проблем, думали мы.

Но проблема была. Во-первых, после открытия Плутона считалось, что это и есть недостающая планета Икс, воздействующая на Нептун. Но в таком случае планета Икс должна была оказаться массивной, а не крошечной по сравнению с Нептуном и Ураном. Тем не менее чем больше информации о Плутоне мы добывали и чем точнее его измеряли, тем меньше и легче он казался. Десятилетие за десятилетием Плутон все уменьшался и уменьшался. Только после открытия Харона удалось в точности измерить массу Плутона – по силе тяготения, с которой он удерживает Харон. Что выяснилось? Плутон в 500 раз легче Земли, это просто мизер по сравнению с массой, которая могла бы заметно изменить орбиту Нептуна. Плутон больше не годился для объяснения траектории Нептуна. Что же его отклоняет? Другая планета Икс? Мы продолжали всматриваться в небо. Так и смотрели, пока в 1992 году Майлс Стэндиш, прямой потомок Майлса Стэндиша (одного из отцов-пилигримов) в 12-м поколении, не проанализировал исторические данные, на основании которых орбита Нептуна считалась изменчивой. Наш Майлс Стэндиш – астрофизик из Лаборатории реактивного движения (Пасадена, штат Калифорния). Он опирался на уточненные оценки масс Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, полученные в 1980-е годы, когда эти планеты облетал «Вояджер». При этом он исключил одну сомнительную подборку данных, полученных Военно-морской обсерваторией США в период с 1895 по 1905 год. В результате он пришел к выводу, что орбита Нептуна полностью согласуется с законами Ньютона, и для ее описания не требуется учитывать никаких дополнительных гравитационных воздействий со стороны неких таинственных тел. На следующее утро планета Икс отправилась на свалку истории.

Что же насчет Плутона? Получалось, что Плутон – самая маленькая известная планета. В Солнечной системе существует семь спутников, которые крупнее него, в том числе наша Луна. Плутон – единственная планета, чья орбита пересекает орбиту другой планеты, настолько это вытянутый эллипс. Плутон состоит в основном изо льда – на 55 % по объему. Для ледяных глыб в Солнечной системе уже есть названия. Их можно было бы назвать «ледяные шары», но гораздо раньше (когда еще не было известно, что они ледяные) за ними закрепилось другое название: кометы. В древности люди любили подбирать поэтические названия для небесных тел. Кометы считались «косматыми светилами», поскольку если у вас копна волос, то на бегу они будут развеваться подобно «хвосту». «Копна волос» по-древнегречески будет «комета». Кометы. Именно так и называются ледяные объекты в Солнечной системе. Плутон во многом схож с кометами. Но он такой один. Он не подлетал к Солнцу с огромной скоростью, а потом не улетал обратно, как положено комете. Когда ледяная комета приближается к Солнцу, ее вещество испаряется, и у нее вырастает длинный хвост. Плутон никогда не приближается к Солнцу, поэтому и хвоста у него нет. Несмотря на все странности Плутона, все мирились с его статусом и готовы были считать его планетой.

Но мы в Роуз-центре стремились, чтобы наши экспонаты как можно дольше сохраняли научную точность. Поэтому мы придавали большое значение тем тенденциям, что прослеживались в изучении планет. Плутон сильнее отличается от Меркурия, Венеры, Земли и Марса, чем все они – друг от друга. Меркурий, Венера, Земля и Марс – небольшие «твердые планеты» (рис. 9.2). Все они относятся к одному семейству.

Меркурий – ближайшая к Солнцу планета. У него большое железное ядро и изрытая кратерами поверхность, атмосферы почти нет. Венера укрыта облаками. На рис. 9.2 она изображена без облаков, мы хотели показать ее рельеф: грандиозные горные хребты и несколько кратеров. У Венеры плотная атмосфера, состоящая из углекислого газа (CO₂), там царит чудовищный парниковый эффект, и на поверхности невыносимо жарко. Марс меньше Венеры и Земли, но больше Меркурия. У него есть тонкая атмосфера из углекислого газа, поддерживающая слабенький парниковый эффект. По этой причине, а также потому, что сам Марс находится достаточно далеко от Солнца, на Марсе гораздо холоднее, чем на Земле. Атмосферное давление на поверхности Марса примерно в 100 раз ниже, чем на поверхности Земли. Темные области на изображении Марса – это обнаженные базальтовые породы, не покрытые песком. Красные области (Марс и называют «красной планетой») – это песчаные пустыни. На Марсе есть огромная и длинная рифтовая долина, которая протянулась бы через всю территорию США, от океана до океана. На Марсе есть потухший вулкан Олимп высотой 27 километров. На полюсах Марса – две ледяные шапки, состоящие в основном из водяного льда и припорошенные замерзшим углекислым газом (сухим льдом). Если не считать Земли, Марс наиболее пригоден для жизни по сравнению с остальными планетами.

Рис. 9.2. Сравнительные масштабы планет земной группы («твердых» планет), а также Луны, естественного спутника Земли. Венера показана без густых облаков, так, чтобы был виден ее рельеф (данные получены с радаров, которые были установлены на космическом аппарате «Магеллан»). Снимки адаптированы по материалам статьи J. Richard Gott, Robert J. Vanderbei, Sizing Up the Universe, National Geographic, 2011

Рис. 9.3. Сравнительные масштабы газовых гигантов (для сравнения показаны Земля и Солнце). Снимки адаптированы по материалам статьи J. Richard Gott, Robert J. Vanderbei, Sizing Up the Universe, National Geographic, 2011

Какие планеты еще остались? Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Все это газовые гиганты (рис. 9.3), иное семейство планет. Опять же, они гораздо более похожи друг на друга, чем на Плутон.

Юпитер вращается по орбите, следующей после Марса. Он состоит в основном из водорода и гелия. Во внешних слоях юпитерианской атмосферы есть метановые и аммиачные облака. Полосы на Юпитере – это облачные пояса, а Большое красное пятно, хорошо заметное на картинке, – это вихрь, бушующий уже более 300 лет. Сатурн похож на Юпитер, но его окружают величественные кольца. Эти кольца состоят из частиц льда, вращающихся на орбите планеты. Уран и Нептун похожи на них, но не такие крупные. У Урана есть тонкие кольца (как и у Юпитера, но у нас на картинке они не показаны). В 1989 году космический аппарат «Вояджер-2» обнаружил, что на Нептуне также есть огромный вихрь, Большое темное пятно, скорость ветра в котором превышает 2400 километров в час. Повторные наблюдения, выполненные космическим телескопом «Хаббл» пять лет спустя, показали, что Большое темное пятно исчезло.

Планеты земной группы образовались во внутренней части Солнечной системы. Там было достаточно тепло, чтобы легкие элементы, гелий и водород, разогрелись до высоких температур и преодолели гравитацию планет. Газовые гиганты, сформировавшиеся во внешней части Солнечной системы, холоднее, поэтому они удержали свой водород и гелий и получились очень массивными. Планеты земной группы и газовые гиганты – это два разных семейства планет. Их свойства сравниваются в табл. 9.1.

Таблица 9.1. Планеты Солнечной системы

Примечание. Дана температура (в градусах Цельсия) на поверхности твердых планет (весь наблюдаемый диапазон) и в верхних слоях атмосферы газовых гигантов.

Плутон никуда не вписывается. Все эти десятилетия мы просто не обижали Плутон, сохраняя за ним место в компании планет, хотя в глубине души понимали, что ему там делать нечего. Достаточно посмотреть в книги конца 1970-х годов (когда мы наконец определились с размерами и массой Плутона) и 1980-х годов – и сразу видно, что Плутон начинают сравнивать с кометами, астероидами и прочими «отбросами» Солнечной системы. Это были первые предвестники полноценного разжалования Плутона из числа планет.

Орбита Плутона также небезупречна. Во-первых, как уже отмечалось, она пересекает орбиту Нептуна. Планеты так не летают. Никаких но. Во-вторых, его орбита существенно наклонена к плоскости, в которой лежат орбиты всех других планет. Это тоже вопиющий факт. Свойства орбиты Плутона просто неприменимы к орбитам планет. Затем, в 1992 году, на одном из блинк-компараторных снимков удалось заметить на окраине Солнечной системы еще один объект, постепенно перемещающийся со временем, – еще одно ледяное тело за орбитой Нептуна. С тех пор было открыто более тысячи таких объектов. На что похожи их орбиты? Все они расположены за орбитой Нептуна, причем по склонению и эксцентриситету многие из них напоминают орбиту Плутона (эксцентриситет – это мера, характеризующая степень отклонения формы орбиты от окружности). Эти свежеобнаруженные ледяные тела образуют абсолютно новый класс объектов в нашей Солнечной системе. Поскольку все они мелкие и льдистые, как предсказал в свое время Джерард Койпер[9], их совокупность именуется поясом Койпера. Орбита Плутона частично проходит по внутреннему краю этого пояса, как и орбиты большинства других ледяных тел. Теперь стало понятнее, откуда взялся Плутон. У него есть братишки. Дом. Плутон родом из пояса Койпера.

Учитывая, что Плутон – самый крупный из известных объектов пояса Койпера, разве не логично, что первым из всего этого пояса был обнаружен наиболее заметный и яркий представитель? Церера была открыта первой из астероидов – и до сих пор более крупных астероидов не найдено. Сторонники Плутона поначалу настаивали, что он слишком велик, чтобы считаться одним из объектов пояса Койпера. Но он вращается рядом с остальными подобными объектами, имеет такой же состав и схожие орбитальные свойства. Смотрим на пояс Койпера и отмечаем среднее расстояние от каждого из объектов до Солнца, а затем соотносим расстояние с эксцентриситетом. Находим скопление таких объектов, период вращения находится в орбитальном резонансе 3:2 с Нептуном. Это соотношение означает, что за каждые три оборота Нептуна вокруг Солнца такой объект из пояса Койпера успевает совершить два оборота вокруг Солнца – точно как Плутон. Все объекты из пояса Койпера, для которых характерно такое соотношение, называются плутино. Они схожи с Плутоном даже сильнее, чем с остальными объектами из пояса Койпера.

Итак, мы на нашей выставке в Роуз-центре поместили Плутон в одном ряду с другими объектами из пояса Койпера. Мы даже не утверждали, что Плутон – не планета. Просто физические свойства значили для нас больше, чем ярлыки.

Целый год нас никто не трогал, пока 21 января 2001 года в газете New York Times не вышла судьбоносная статья «Плутон – не планета? Только в Нью-Йорке». Написал ее научный журналист Кеннет Чанг:

Памела Кёртис из Атланты прогуливалась по Роуз-центру мимо выставки планет и вдруг… озадаченно почесала бровь. Планет не хватало. Она стала считать по пальцам, припоминая мнемоническую фразу, которую сынишка год назад выучил в школе: «Мама Варит Земляничный Морс, а Юный Сын Уже Не Плачет». Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. «Я всю ее обошла, недоумевая, которая из них потерялась. Плутон! Плутона не хватало», – рассказывает она. «Теперь я знаю, что Юный Сын Уже Не… что? Фраза обрывается», – говорит миссис Кёртис. Американский институт естественной истории тайком исключил Плутон из числа планет… по-видимому, так больше не поступили ни в одном крупном научном учреждении… «Мы не собираемся об этом спорить, – заявил доктор Нил Деграсс Тайсон, директор Хейденского планетария, – кстати, вы довольно внимательны, раз заметили недостачу.

Я старался быть дипломатичным. Мы не говорили «планет всего восемь», или «мы выперли Плутон из Солнечной системы», или «Плутон мелковат, чтобы мы тут, в Нью-Йорке, его ваяли». Нет. Мы просто чуть изменили подачу информации – вот и всё. А газета New York Times устроила нам всенародное судилище.

Статья продолжалась так:

Все-таки странный поступок: по-видимому, музейщики в одностороннем порядке занизили статус Плутона, приравняв его к трем с лишним сотням ледяных глыб, чьи орбиты расположены за Нептуном, в так называемом поясе Койпера.

Да, Плутон вращается там в кругу подобных ему ледяных глыб. Он там живет. Мы узнали об этом в 1990-е годы, когда было открыто множество других ледяных тел, похожих на Плутон. У нас появились новые данные, и мы стали лучше понимать, как устроена Солнечная система.

Автор статьи цитирует моего коллегу, доктора Ричарда Бинзеля, профессора из Массачусетского технологического института, – мы вместе учились в аспирантуре – и Бинзель был расстроен, так как посвятил часть своей научной карьеры исследованию Плутона. В статье он заявил: «Они перегнули палку, разжаловав Плутон, большинство серьезных астрономов их мнения не разделяет». Затем директор отделения планетологии Американского астрономического общества, доктор Марк Сайкс, позвонил в New York Times и сообщил, что собирается в Нью-Йорк, чтобы подискутировать со мной, и пригласил журналистов на эти дебаты. Они согласились. Прислали другого репортера и другого фотографа, чтобы запечатлеть и записать нашу с Сайксом беседу, назначенную у меня в кабинете, а затем дословно процитировали ее в статье от 13 февраля 2001 года. Кстати, мы, захватив с собой фотографа, наведались в галерею, где вывешены модели газовых гигантов, и доктор Сайкс в шутку напал на меня, игриво ухватив за шею. Подпись к снимку гласила: «Доктор Марк Сайкс требует от доктора Тайсона объяснений, почему тот так обошелся с Плутоном на выставке планет в планетарии Хейдена».

Новость попала в Интернет, засветилась на сайте журнала Wired, на сайте boston.com. «Центр усомнился, правомерно ли считать Плутон планетой». Повсюду об этом говорили. Я потратил три месяца жизни на перелопачивание новостей, больше ничего не делая. Вот вам избранные комментарии из чатов:

«Плутон – подлинно американская планета, открытая американцем». Это написал ученый из NASA. Кто-то в этом чате ему ответил: «Романтике не место в науке, ведь романтика – это система, противопоказанная при поисках объективной истины. Национализму тоже не место». Вот еще один комментарий в нашу пользу: «Признаюсь, меня разочаровывает такое сообщество грамотных людей, члены которого упрямо цепляются за устаревшую классификацию, словно астрологи». Хотите разозлить астронома – сравните его с астрологом. Это как вызов на дуэль.

Следующий собеседник постарался выкрутиться: «Лично я считаю, что Плутон заслуживает двойного гражданства». Это был президент комиссии по наименованию планет в составе Международного астрономического союза – он не хотел никого обижать. Еще? «Я не согласен с двойным статусом, поскольку в таком случае проблема станет слишком запутанной для широкой общественности». Это был не кто иной, как Дэвид Леви. Воплощенный кумир всех охотников за кометами. Он открыл более 20 комет, и все они названы в его честь. Даже знаменитая комета, которая врезалась в Юпитер в 1994 году, была открыта с его участием и называлась комета «Шумейкеров – Леви 9[10]». Дэвид Леви переживал, что плохо вводить широкую общественность в замешательство. Я думаю, мы ведем немало запутанных исследований, но не должны переделывать науку лишь для того, чтобы не смущать публику. Еще кто-то прокомментировал: «Право, удивительно, что астрофизик Тайсон вообще сунулся в эту область. Я специализируюсь на геологии планет, но разве я вправе лишать Магеллановы Облака их текущего статуса и разжаловать их из галактики – спутника Млечного Пути в обычное звездное скопление… Поэтому я думаю, что Тайсон несет чушь». Это был еще один специалист из NASA.

А вот еще один комментарий: «Вполне представляю себе таких же современников Галилея, которые говорили: “Меня с детства учили, что Земля – центр Вселенной. Почему я должен это пересматривать? Меня и так все устраивает”».

Каждый ученый должен нормально относиться к тому, что научные знания меняются. Постепенно научишься и полюбишь задавать себе вопросы. Харон, спутник Плутона, лишь вполовину меньше него по диаметру. Вполне можно утверждать, что Плутон не планета со спутником, а скорее двойная планета. На самом деле, их общий центр масс находится даже не внутри Плутона, а где-то между двумя телами. Просто для сравнения: центр масс системы Земля – Луна находится в недрах Земли, примерно в полутора тысячах километров под земной корой. Нет, нельзя сказать, что Земля стационарна, а Луна вращается вокруг нее. Оба тела вращаются вокруг общего центра масс, но Земля просто немного покачивается, а Луна описывает полноценную орбиту. Плутон достаточно массивен, чтобы иметь форму шара. Харон тоже. Если считать Плутон планетой, то и Харон нужно считать планетой, как и многие другие мелкие объекты, которые, однако, достаточно массивны и имеют форму шара.

Плуто, песик из мультфильмов Уолта Диснея, впервые появился на экране в 1930 году – в том самом году, когда Клайд Томбо открыл Плутон. Для американского духа они ровесники. Дисней – один из столпов нашей культуры, так что, думаю, если бы мы лишили Меркурий статуса планеты, никто бы не возмущался. Но мы разжаловали Плутон. Кто такой Плуто? Это собака Микки-Мауса. Это важный персонаж для американцев. Часть нашей культуры. Кстати, почему Плуто – собака Микки-Мауса, а не Микки-Маус – мышонок Плуто? Задумывались об этом? По законам диснеевского пантеона, если персонаж носит одежду, то у него могут быть животные, которые одежду не носят. Гуфи – собака, но он одевается и умеет разговаривать, так что он не чей-то домашний питомец. Микки-Маус носит штанишки. А у Плуто нет ничего, кроме ошейника, он обычно не разговаривает – поэтому может быть собакой у мыши. Таков диснеевский мир.

Позвольте мне завершить аргументацию. У меня большая библиотека, и некоторым книгам не одна сотня лет. По этим книгам отчетливо видно, как развивались представления о нашем месте в космосе. Есть книга 1802 года. Знаете, что тогда произошло? Люди размышляли о том, что расстояние между орбитами Марса и Юпитера в нашей Солнечной системе слишком велико, и полагали, что там должна быть еще одна планета. Такой промежуток не может пустовать. В 1801 году, изрядно постаравшись, итальянский астроном Джузеппе Пиацци нашел в этом промежутке планету. Он назвал ее Церера (в честь древнеримской богини урожая). Все воодушевились, еще бы – открыта новая планета! Вы слышали о такой планете? Нет. В одной из книг того времени есть иллюстрация, на которой изображены орбиты всех планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Церера, Юпитер, Сатурн и планета Гершель (ее еще не успели переименовать в Уран). Церера в списке есть.

В 1781 году, когда Уильям Гершель открыл Уран, большим вопросом было то, как его назвать, поскольку с глубокой древности никто никогда не обнаруживал новых планет (Майкл Лемоник в своей книге о Гершеле утверждает, что и Коперник заслуживает чести первооткрывателя одной из планет – ведь именно он доказал, что Земля является планетой). Будучи английским астрономом немецкого происхождения, Гершель хотел назвать свою планету в честь своего покровителя – короля Георга III. Он так и именовал ее: Georgium Sidus (Звезда Георга). Именно этому королю Георгу была адресована Декларация о независимости США. Король Георг отметил заслугу Гершеля, пожаловав ему довольствие в размере 200 фунтов в год, с условием, что тот будет устраивать астрономические вечера для короля и его гостей в Виндзорском дворце, чтобы гости могли посмотреть в телескоп. В те времена список планет был таким: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Церера, Юпитер, Сатурн, Георг.

К счастью, рассудок возобладал, и решили подобрать подходящего древнеримского бога, чьим именем можно было бы окрестить планету Георг. Иоганн Боде предложил «Уран» в честь древнегреческого бога небес, и это название закрепилось. Немецкий химик Мартин Клапрот так этим воодушевился, что назвал в честь новой планеты только что открытый элемент уран. Как правило, каждая планета именуется в честь древнеримского бога, а ее спутники – в честь персонажей, сыгравших заметные роли в жизни аналогичного ему древнегреческого бога. Возьмем, к примеру, Юпитер. Его крупнейшие спутники называются Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. Эти герои древнегреческой мифологии тесно связаны с Зевсом, верховным древнегреческим богом, а Юпитер – верховный древнеримский бог. Таким образом астрономы увековечивали персонажей как из древнегреческой, так и из древнеримской мифологии. Однако в случае с Ураном (чтобы задобрить британцев, чьего короля пришлось принизить) традиция была нарушена, и все спутники Урана называются в честь персонажей английской художественной литературы. Почти все имена – из Шекспира. Я назвал дочь Мирандой в честь одного из спутников Урана, но в ту пору я лишь знал, что у Урана есть такой спутник. Когда я предложил жене: «Давай назовем Мирандой», она ответила: «О, это же героиня шекспировской “Бури”!» Я ответил: «Да… и ее я тоже имел в виду!»

Но вернемся к Церере. Возьмем другую книгу, которая вышла 30 лет спустя. «Начала теоретической астрономии» – сложный учебник. В нем много математики. Там перечислено уже десять известных планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Церера, Юнона, Паллада, Юпитер, Сатурн, Уран. Они обозначались соответствующими символами (– Венера, – Земля, – Марс и так далее). Нептун к тому моменту еще не открыли. Но новые планеты множились, и для каждой требовался собственный символ. Всего насчитывалось уже десять планет. В чем же проблема? У слова «планета» не было четкого определения. Этот термин недвусмысленно понимали в Древней Греции: «планета» в переводе с древнегреческого означает «странствующая». Если вы посмотрите на ночное небо и заметите объект, движущийся на фоне звезд, – то это планета. Какие видимые небесные тела движутся на фоне звезд? Это Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн и еще два – Луна и Солнце. Семь планет Вселенной. Это недвусмысленное определение. Но Коперник установил в центре Вселенной Солнце, а Землю поместил на околосолнечную орбиту. В таком случае, можно ли по-прежнему считать Солнце планетой? А что насчет Земли? Земля – планета? Если да, то планеты – это небесные тела, вращающиеся вокруг Солнца. Кометы также вращаются вокруг Солнца, но это тела неправильной формы, у которых вдобавок есть хвосты, так что мы не считаем их планетами. Но это решение во многом условное. Когда между Марсом и Юпитером были открыты четыре новых небесных тела – Веста, Юнона, Церера и Паллада, определенно не являющиеся кометами, – их также причислили к планетам. Через несколько лет обнаружилось уже 70 с лишним таких тел. И знаете, что оказалось? Они были схожи друг с другом более, чем с какими-либо иными телами Солнечной системы, и их орбиты лежали в одном и том же поясе. Мы открыли в Солнечной системе новый регион, в котором находятся объекты совершенно нового типа. Сегодня мы именуем их астероидами, это слово придумал Уильям Гершель. Он обнаружил, что астероиды просто крошечные по сравнению со «старыми» планетами, и настаивал, что они относятся к совершенно новому классу небесных тел. Объекты, которые ранее именовались «планетами», были переквалифицированы в новую категорию. Еще важнее, что при этом обогатились наши знания о структуре Солнечной системы. База знаний расширилась, соответственно углубилось и понимание. Все это произошло примерно через 10 лет после публикации «Начал теоретической астрономии». Плюс, полагаю, никому не хотелось выдумывать все новые символы.

Диаметр Плутона впятеро меньше диаметра Земли – Плутон маленький, как и все остальные объекты из пояса Койпера. На рис. 9.4 мы сравниваем с Землей оставшиеся объекты Солнечной системы, диаметр которых превышает 254 километра (кроме Солнца и планет). Здесь есть наша Луна, а также крупные спутники других планет. Показаны четыре крупнейших спутника Юпитера (их открыл Галилей, впервые направивший в небо свой телескоп). Ганимед, самая большая юпитерианская луна, немного превышает по размеру Меркурий, но по массе уступает Меркурию более чем вдвое. Ио и Европа испытывают гравитационное воздействие других спутников, а также сминаются и, соответственно, разогреваются под действием приливных сил Юпитера. Ио усеяна действующими вулканами. Под десятикилометровой ледяной коркой, покрывающей Европу, – водяной океан глубиной 80 километров. В океане Европы больше воды, чем во всех океанах Земли. По аналогичным причинам на южной оконечности Энцелада, небольшого спутника Сатурна, под полярной шапкой раскинулся океан, и там есть величественные водяные гейзеры. На Титане, самом крупном спутнике Сатурна, – метановые озера и атмосфера, состоящая преимущественно из азота. На Титане идут метановые дожди, там есть замерзшие русла метановых рек. Темные пятна – это области, покрытые метаново-этановым льдом, а светлые – водяной лед. На Тритоне, крупном ледяном спутнике Нептуна, есть великолепные гейзеры (вероятно, извергающие азот). Тритон вращается вокруг Нептуна в ретроградном направлении, возможно, это тело из пояса Койпера и Нептун его просто захватил. На рисунке также показаны крупнейшие астероиды и крупнейшие объекты из пояса Койпера, известные по состоянию на 2010 год. Цереру, самый большой астероид, открыли первой. Второй по величине астероид – Веста; она богата железом. Возможно, когда-то давно ее поверхностные слои просто снесло при столкновении с другим астероидом. Все астероиды каменные, а все объекты пояса Койпера – ледяные. Плутон и Харон показаны такими, какими их считали в 2010 году (исходя из колебаний их яркости при взаимных затмениях). Эрис изображен немного крупнее Плутона – в 2010 году считалось, что так и есть, однако уточненные измерения 2015 года показали, что Эрис (диаметром 2326 ± 12 км) немного меньше Плутона (диаметр 2374 ± 8 км). Все объекты из пояса Койпера меньше нашей Луны.

Я вкратце изложил научную подоплеку истории с Плутоном, но теперь давайте вернемся к нашей истории. Что было дальше? Нас заваливали письмами. «Если Плутон останется планетой, музею придется потратиться на конструирование модели. Люди могут жаловаться, что им придется покупать новые постеры, но кого это волнует? Они стоят по три доллара». Это написал семиклассник: «Что не так с Плутоном? Вам не нравится, что он особенный? Поэтому вы отказываете ему в праве считаться планетой? В таком случае это расизм». Расизм?

Вот другая тема: «Теперь учителям придется рассказывать на уроках, что планет восемь, хотя еще в прошлом году их было девять. Студенты, особенно младших курсов, запутаются – а я запомнил планеты при помощи мнемоники “Мама Варит Земляничный Морс, а Юный Сын Уже Не Плачет”. И мне, и многим другим ребятам эта мнемоника всегда помогала запоминать планеты. Как же теперь их заучивать? Я еще ребенок, но понимаю, что творится».

Мы в Роуз-центре не подсчитываем планеты. Вопрос вроде «Как называется четвертая планета от Солнца?» может встретиться на экзамене. Это не наука. Мы в Роуз-центре не говорили, что Плутон – не планета, мы даже не акцентировали слово «планета». Мы указываем, что все тела в Солнечной системе объединяются в семейства. Например, члены семейства «планеты земной группы» характеризуются общими признаками, которые отличают их от других небесных тел. Пояс астероидов – уже другое семейство, объединяющее небольшие каменные тела. Газовые гиганты – третье. Объекты пояса Койпера, и в том числе Плутон, орбита которого пролегает близ внутренней границы этого пояса, также обладают схожими свойствами. Далее расположена область, заполненная ледяными телами и окружающая Солнце со всех сторон, – это Облако Оорта, в котором обретаются кометы.

Рис. 9.4. Тела Солнечной системы (за исключением Солнца и планет) диаметром не менее 254 км, показанные с соблюдением масштаба (для сравнения – Земля). Снимки адаптированы по материалам статьи J. Richard Gott, Robert J. Vanderbei, Sizing Up the Universe, National Geographic, 2011

Все объекты, вращающиеся вокруг Солнца, мы разделили на пять семейств. Такова наша педагогическая парадигма. Важно, каковы общие свойства у объектов в каждом из этих семейств. Третьеклассник может выучить, что газовые гиганты большие и сравнительно неплотные. Они надуты, как пляжные мячи. Если взять кусочек Сатурна и бросить в ванну – он будет плавать. Когда я был маленьким, мне всегда хотелось купаться с игрушечным Сатурном, а не с резиновой уточкой – я думал: вот было бы круто!

Думаю, Плутону в поясе Койпера теперь уютнее – там он среди своих. Причисляя Плутон к настоящим планетам, мы упускали из виду его фундаментальные свойства. Если бы мы переместили Плутон на орбиту Земли, у него вырос бы хвост, как у кометы, – определенно, планеты так себя не ведут.

Пока Плутон не стал стесняться своей крохотности, вот вам урок смирения: Юпитер по сравнению с Землей еще крупнее, чем Земля по сравнению с Плутоном (сравните рис. 9.3 и 9.4). Таким образом, если бы вы провели опрос среди жителей Юпитера (юпитерианцев), поинтересовавшись у них, сколько планет в Солнечной системе, эти существа ответили бы: четыре. Вы бы спросили: «А как же все остальные планеты? Земля, например?», юпитерианец бы вам ответил: «Эти булыжники? Мусор? Шарики-бродяжки?». Итак, я веду к тому (мы ведем к тому), что Плутон нельзя считать планетой не только из-за размера. Гораздо весомее аргументы, связанные с его физическими и орбитальными свойствами.

В 2005 году Майк Браун и его коллеги из Калтеха (Калифорнийского технологического института) открыли в поясе Койпера объект под названием Эрида. По диаметру Эрида почти не уступает Плутону, но при этом на 27 % массивнее (см. рис. 9.4). У Эриды есть небольшой спутник Дисномия, параметры орбиты которого позволили точно определить массу Эриды, и Эрида несомненно тяжелее Плутона. Налицо спорная ситуация. Если Плутон – планета, то и Эриду нужно считать планетой. Два выхода: понизить статус Плутона или повысить статус Эриды. Международный астрономический союз (МАС) – официальный орган, принимающий такие решения – на своем съезде в 2006 году провел специальное заседание, где ставили на голосование вопрос о том, считать ли планетами Плутон, Эриду и другие тела из пояса Койпера. Что в итоге? Плутон разжаловали и причислили к карликовым планетам. Новости об этом событии разлетелись по всему миру. Авторы книг пометили себе, что настоящая планета должна: (1) вращаться вокруг Солнца, (2) быть достаточно массивной для поддержания гидростатического равновесия и (почти) круглой формы, а также (3) вымести весь мусор с орбиты. Плутон (как и Церера) не соответствует третьему критерию – он вращается в окружении других объектов, чья общая масса сопоставима с его собственной. Большинство астрономов, и Майк Браун в том числе, трактуют «очистить орбиту» таким образом: планета должна быть наиболее массивным телом в районе своей орбиты. В конце концов, Юпитер окружают более 5000 «троянских астероидов», сгруппированных в окрестностях точек Лагранжа на орбите Юпитера и либо опережающих его при вращении на 60°, либо запаздывающих за ним на 60°. Но общая масса таких астероидов просто мизерна по сравнению с массой Юпитера. МАС не разжаловал Юпитер. МАС подтвердил, что в Солнечной системе есть восемь планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун: «Мама Варит Земляничный Морс, а Юный Сын Уже Насытился». Плутон, Эрида и Церера, удовлетворяющие двум первым критериям, – это малые планеты, которые еще называют «карликовыми». Таким образом, Роуз-центр, исключивший Плутон из числа планет, опередил время на 6 лет. Я написал книгу «Секреты Плутона. Восход и закат любимой американской планеты» (2009), в которой рассказал об этих событиях в моей жизни. Майк Браун написал прекрасную книгу об открытии Эриды под названием «Как я убил Плутон и почему это было неизбежно» (2010). Сегодня кроме Харона у Плутона открыты еще четыре более мелких спутника. У Эриды один спутник, а у Хаумеа (это еще один объект из пояса Койпера, ныне также причисленный МАС к карликовым планетам) – два. В 2006 году к Плутону отправился космический аппарат NASA «Новые горизонты». На борту – щепотка праха Клайда Томбо. В 2015 году аппарат облетел Плутон и Харон, сделав красивые снимки обоих (рис. 9.5). На Плутоне заметен льдистый регион, напоминающий по форме сердечко, который предварительно назван «Область Томбо», а на полюсе Харона виднеется темное пятно, которое неофициально называется «Мордор» (это Страна Тьмы из книги «Властелин Колец»). Итак, с Плутоном все хорошо.

Рис. 9.5. Снимки Плутона и Харона, сделанные при облете космическим аппаратом «Новые горизонты». Фотография NASA