Разведка далеких планет - Владимир Сурдин

Сегодня изучение пояса Койпера — интереснейшая область астрономии. Каждые несколько месяцев приносят сенсационные открытия. Кроме большого количества новых объектов, поражает и их «качество». В 2002 г. Чедвик Трухильо и Майкл Браун из Калифорнийского технологического института, используя телескоп Шмидта Паломарской обсерватории, открыли объект 18,5m, обозначенный как 2002 LM60. Выяснилось, что он находится от нас на расстоянии около 43 а. е., что на 11 а. е. больше нынешнего расстояния до Плутона. Однако, в отличие от Плутона, орбита которого вытянута, орбита новой планетки оказалась близка к круговой. Применив самый зоркий инструмент нашего времени — космический телескоп «Хаббл», астрономы измерили угловой размер этого объекта. Он оказался равным 0,04", что на расстоянии в 43 а. е. соответствует диаметру около 1300 км. Планетка оказалась крупнейшим объектом, открытым в Солнечной системе за 72 года, прошедшие с момента открытия Плутона. Да и размером она оказалась в половину Плутона. Как было не дать столь выдающемуся объекту собственное имя! Первооткрыватели назвали этот ледяной мир Кваваром (Quaoar), что у индейцев племени тонгва, коренных жителей района Лос — Анджелеса, служит именем бога — создателя. Квавар сошел с небес и после превращения хаоса в порядок возложил Мир на спины семи гигантов, потом создал низших животных, а затем и людей, гласит легенда. Хотя Квавар по размеру меньше Плутона, по объему он больше, чем все астероиды Главного пояса вместе взятые. Правда, по массе он им уступает, поскольку сложен не из плотных скальных пород, а в основном изо льда. Более всего он, вероятно, похож на гигантское ядро кометы.

Прошло немногим более года после открытия Квавара, и вот — новый чемпион: объект диаметром около 1700 км, предварительно обозначенный как 2003 VB12 и после определения орбиты зарегистрированный под номером 90377 с именем Седна (Sedna). Это имя эскимосской богини моря, живущей в темных глубинах холодного северного океана. Очень подходящее имя для объекта, «живущего» вообще за пределами пояса Койпера, если считать его внешней границей расстояние в 50 а. е. Нынешнее гелиоцентрическое расстояние до Седны 90 а. е. Орбита у нее чрезвычайно вытянутая, но даже в перигелии она не подходит к Солнцу ближе, чем на 76 а. е. А в афелии Седна удаляется от Солнца на 961 а. е., совершая оборот вокруг него за 12 тыс. лет. Похоже, что Седна — первый представитель внутренней части облака Оорта.

Орбита Седны озадачила астрономов. Даже объекты пояса Койпера, достаточно удаленные от планет — гигантов, движутся по почти круговым орбитам. Что же заставило еще более далекую Седну лететь по столь вытянутому эллипсу? Такая орбита может быть результатом либо рассеяния на еще не открытой далекой трансплутоновой планете, либо возмущения со стороны прошедшей предельно близко звезды, либо, наконец, образования Солнечной системы в тесном звездном скоплении, где соседние звезды сильно влияли друг на друга и на окружающие их планеты.

Большие объекты за орбитой Нептуна теперь обнаруживаются регулярно. Крупнейшим среди них на середину 2010 г. является планета- карлик Эрида (136199 Eris), открытая в январе 2005 г. на снимках, полученных 21 октября 2003 г. (поэтому ее предварительное обозначение было 2003 UB313). Диаметр Эриды, измеренный разными методами, — от 2300 до 2600 км. Скорее всего, она превосходит Плутон по размеру и наверняка превосходит его по массе. Именно открытие Эриды подвигло астрономов пересмотреть классификацию планет и выделить в особый тип карликовых планет объекты, подобные Плутону и Эриде.

Не исключено (хотя и маловероятно), что в поясе Койпера или за его пределами найдется действительно крупная планета, калибра Урана и Нептуна. Вполне возможно, что она существует, но расположена так далеко, что наши телескопы пока не могут до нее «дотянуться». Требуются новые, более мощные инструменты, ведь окраины Солнечной системы очень плохо освещены Солнцем.

Но вот недавно астрономов посетила мысль: а не попробовать ли поискать неизвестную планету прямо «под фонарем» — в непосредственной близости от Солнца? Странная, на первый взгляд, идея: казалось бы, рядом с Солнцем трудно не заметить даже крохотное тело. Но это не совсем так. Ближе Земли к Солнцу движутся две давно известные планеты — Венера и Меркурий. Венеру, разумеется, видел каждый: это знаменитая утренняя (она же вечерняя) звезда. А многим ли из нас удалось хотя бы раз увидеть Меркурий? Он так ловко скрывается в солнечных лучах, что даже опытные наблюдатели обнаруживают его только «по наводке», сверившись с прогнозом астрономического календаря. (Говорят, Николай Коперник жаловался друзьям, что, создав новую «систему мира», он сам так ни разу и не видел Меркурий.) Поэтому вполне резонно спросить: а вдруг существует еще одна планета, более близкая к Солнцу, чем Меркурий? В слепящих лучах Солнца она могла бы оставаться незамеченной! Хотя эта мысль время от времени посещает астрономов уже около двух столетий, недавно они в очередной раз решили организовать поиски неизвестной «интрамеркурианской» планеты. А началась эта история еще в XIX в.

Вулкан — возмутитель Меркурия

Блестяще предсказав существование Нептуна, Урбен Леверье после триумфального открытия новой планеты продолжал глубокие теоретические исследования. Он мечтал с максимальной точностью на основе теории Ньютона вычислить наблюдаемые движения всех членов Солнечной системы. И ему это почти удалось: уравнениям Ньютона строго подчинялось движение всех планет, кроме одной: Меркурий не желал двигаться по расписанию. А поскольку «станции» на его пути — моменты касания солнечного диска в эпохи прохождения по нему — астрономы фиксировали очень точно, аномалия требовала объяснения

Рис. 4.20. Эллиптическая орбита Меркурия постоянно поворачивается в своей плоскости. На рисунке вытянутость орбиты и скорость ее вращения значительно усилены для наглядности.

С 1843 по 1859 гг. Леверье упорно работает над теорией движения Меркурия, пытаясь учесть влияние на него всех остальных планет. Наиболее сильно на движение Меркурия влияют близкие к нему Венера и Земля, а также далекий, но массивный Юпитер. Но Леверье не ограничивается этим: он учитывает влияние всех известных планет…

Тщетно. Притяжением планет удается объяснить 90 % наблюдаемого смещения орбиты Меркурия, но оставшиеся 10 % упорно не вписываются в рамки Ньютоновой физики Ось эллиптической орбиты Меркурия поворачивается на лишние 38" в столетие — безумно маленькая величина, но она не дает покоя не только Леверье, но и другим ученым. В чем же причина расхождения?

Поскольку в уравнениях теории возмущений Леверье ошибок не обнаруживалось, требовалось проверить точность входных данных: верны ли были принятые для вычислений массы планет?

Как в те годы, так и сегодня астрономы «взвешивают» планеты косвенным методом, рассматривая их гравитационное влияние на движение других тел. Чем ближе пробное тело к планете, тем заметнее это влияние и, соответственно, точнее измеряется масса планеты. Подарком судьбы считается наличие у планеты спутников: их движение целиком определяется массой самой планеты. Желательно также, чтобы эти спутники были небольшими: тогда их собственная масса не входит в уравнения. Именно это характерно для планет — гигантов: все они окружены относительно мелкими спутниками, что позволяет точно измерять их массы.

У Марса и у Земли также есть свои спутники. Но для работы Леверье спутники Марса не пригодились: Фобос и Деймос были открыты слишком поздно — в год смерти ученого. Впрочем, Леверье неплохо обошелся и без них: подбирая значение марсианской массы так, чтобы вычисленное движение всех планет наилучшим образом согласовывалось с наблюдаемым, он ошибся в определении массы Марса всего на 3 %. Правда, поскольку Марс очень мал и далек от Меркурия, неточные данные о его массе практически не могли исказить результаты расчета. Более важна масса Земли, но измерить ее помогает присутствие Луны (хотя тут есть проблемы, связанные с большой массой Луны и сильным влиянием на нее Солнца). К сожалению, важнейшие объекты этой задачи — Венера и сам Меркурий — вообще не имеют спутников. Это стало для Леверье главной проблемой. Особенно точно требовалось знать массу основного возмутителя Меркурия — Венеры. Если бы у Венеры был спутник, вопрос решился бы сам собой.

История поисков спутника Венеры кратко изложена в «Космографии» Ф. Тиссерана и А. Андуайе (СПб.: Брокгауз и Ефрон, 1908, с. 334–335). На рубеже XIX и XX вв. эта проблема все еще была важна для небесной механики, что видно из рассказа французских ученых: «В течение довольно долгого времени астрономы могли думать, что существует спутник Венеры, но теперь эта иллюзия окончательно исчезла. Ввиду современности вопроса мы позволим себе дать понятие о том, как он возник и как был решен в отрицательном смысле одним астрономом в Брюсселе, Стробантом. Спутник Венеры в первый раз был указан астрономом Фонтана в Неаполе в 1645 г., был наблюдаем Кассини в Париже в 1672 и 1686 гг., Шортом в Лондоне в 1740 г., А. Мейером в Грейфсвальде в 1759 г., Лагранжем в Марселе; Монтенем в Лиможе и Редикером в Копенгагене в 1761 г., Монбарроном в Оксерре в 1764 г., Горребовом в 1768 г.