На окраинах Солнечной системы

 

На окраинах Солнечной системы «циркулируют» Уран и Нептун, принадлежащие к группе планет‑гигантов, хотя они значительно меньше Сатурна, а также Плутон. Плутон в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля, и наше светило видно с Плутона как ослепительно яркая звезда. Диск Солнца человеческим глазом без телескопа был бы оттуда неразличим ‑ так он мал.

Об Уране и Нептуне можно сказать немного. Их атмосферы обширны, как у Юпитера и Сатурна, а поверхность планет целиком скрыта облаками. Облака образуют трудноразличимые полосы, подобные юпитеровым. В водородно‑гелиевых атмосферах Урана и Нептуна вследствие низкой температуры аммиак частично вымерз. На Уране измеренная ранее температура оказалась ниже ‑ 180° С. Наблюдения его радиоизлучения привели к температуре в среднем ‑100° С на длине волны 1,9 см и ‑170° на длине волны 11 см. Все эти данные относятся, по‑видимому, к разным слоям урановой атмосферы. Для Нептуна температура оказалась градусов на 15‑20 ниже. За 20 лет, прошедших после первого определения теплового излучения Венеры радиометодами, мощность радиотелескопов возросла более чем в 10 000 раз. Это позволило измерить радиоизлучение каждой из планет, кроме Плутона, для исследования которого возможности современной аппаратуры пока недостаточны. В сочетании с измерениями инфракрасного теплового излучения планет радиоастрономические данные принесли важную информацию. Найдено, что температура поверхности облачного слоя Урана определяется только падающим на него солнечным излучением, а Нептун, подобно Юпитеру и Сатурну, излучает приблизительно в 1 1/2 раза больше энергии, чем поглощает. Следовательно, там действуют внутренние источники энергии колоссальной мощности. Период вращения Урана составляет 10 час. 50 мин., а период Нептуна установлен менее точно. Из спектральных наблюдений он получился равным 16 часам с возможной ошибкой порядка одного часа, а из периодических колебаний его блеска 12 час. 43 мин. Первое число заслуживает большего доверия. Интересно, что Нептун вращается в прямом направлении, а Уран в обратном, не так, как остальные планеты. При этом ось Урана наклонена к плоскости его орбиты на 98°, и он вращается как бы «лежа на боку». Это обусловливает очень резкие смены времен года, который на этой далекой и холодной планете равен 84 земным годам. Но смены времен года в этом вечном холоде никого не беспокоят, ибо вся троица окраинных планет не может быть носительницей жизни.

Плутон невелик, слабо освещается Солнцем и так далек, что как светлая точка около 14‑15‑й звездной величины виден только в сильнейшие телескопы. Даже его размер и масса известны лишь крайне приблизительно. В 5‑метровый телескоп из прямого измерения на грани возможного диаметр Плутона был оценен в 5800 км. Если внести некоторые поправки, то получим 4800 км. В 1965 г. из наблюдения прохождения Плутона около звезды, которую он не закрыл при этом, надежно установлено, что его диаметр менее 6,8 тыс. км и составляет скорее всего около 5500 км, т. е. в 1 1/2 раза меньше земного. Менее надежно оценивается масса Плутона, так как он не имеет спутников, по движению которых масса планет определяется точно. Возмущения, производимые им в движении Урана и Нептуна, так слабы, что по этим данным масса его определяется крайне неточно. Ее значение, вероятно, менее одной десятой массы Земли.

Из наблюдений периодических изменений яркости Плутона период его вращения вокруг оси установлен в 6 суток 9 часов 17 минут, но период изменения блеска не всегда правильно отражает период вращения планеты. Они совпадают, если на планете есть очень большое и не перемещающееся пятно (особо светлое или особо темное). Понятно, что о физической природе Плутона не известно ровно ничего, но можно ожидать, что он окажется в этом отношении сходным с Меркурием. Впрочем, при холоде, царящем на нем, он может сохранять атмосферу.

Пожалуй, за исключением Марса, далекие земли чрезвычайно мало похожи на нашу планету! Все это разнообразие планет и их атмосфер еще раз показывает бесконечное многообразие природы. Совершенно неверно думать, что все в ней устроены по одному и тому же образцу. Законы природы везде одни и те же, но условия, в которых они проявляются, различны.

Возможно, что дальше Плутона есть еще одна или несколько планет, но поиски их среди великого множества звезд слабее 15‑й величины слишком кропотливы и успех поисков не оправдает затраченного времени, которое полезнее употребить на более актуальные наблюдения и измерения... Быть может, вы читали о том, что Нептун был открыт «на кончике пера», путем вычислений, какая интересная история связана с открытием Плутона и что думают о планетах за Плутоном?

 

Есть ли другие планетные системы?

 

Есть ли планетные системы около других солнц и где они? Увидеть в телескоп такую планету, как Земля, даже около ближайшей к нам звезды (α Центавра) невозможно. Если предполагаемая планета находится от а Центавра на таком же линейном расстоянии, как Земля от Солнца, то при своем орбитальном движении она будет хотя бы по временам удаляться от звезды на 0",75. В большой телескоп близкие по яркости звезды, разделенные таким расстоянием, в исключительно хорошие ночи можно увидеть отдельно. Но... не только Земля, но даже такая гигантская планета, как Юпитер, светя отраженным светом, будет «выглядеть» (теоретически!) как столь слабая звездочка, что практически ее не будет видно даже в наибольший телескоп. Не так‑то уж наша родина ‑ Земля ‑ заметна издали!

В главе «Звезды ‑ далекие солнца» мы увидим, что одиночные звезды перемещаются в пространстве прямолинейно, а в проекции на небосвод их путь выглядит как дуга большого круга. Там же мы узнаем, что часто звезды объединены в пары. Звезды такой пары обращаются вокруг общего центра тяжести, который и движется в пространстве прямолинейно, а каждая из звезд‑сестер описывает на небосводе волнистую линию. Иногда одна из звезд пары невидима. Тогда, судя по видимому пути другой звезды, мы можем сказать, что она не одинока. Компоненты двойных звезд, как правило, имеют сравнимые массы и это можно установить по форме описываемой ими линии. У некоторых близких к нам звезд обнаружены волноподобные перемещения. Они указывают на то, что у каждой из них есть невидимый спутник; масса его превосходит массу нашего Юпитера всего в несколько раз. Такова, например, летящая звезда Барнарда. Ее спутник имеет столь малую массу, что не может даже быть самосветящимся. В нем не может быть запаса энергии, достаточного для продолжительного свечения. Это один из примеров того, что часто называют «астрономией невидимого», впрочем, эти случаи требуют еще подтверждения, например, в 1973 г. волнообразные перемещения звезды Барнарда не подтвердились.

Проф. Б. В. Кукаркин указал, что в действительности наблюдаемый перг^од колебания таких звезд может быть обусловлен не одно.й массивцой планетой, а несколькими менее массивными, с разными периодами обращения, т. е. целой планетной системой. Их совокупное действие может вызывать такой же эффект, как притяжение одной массивной планетой.

Таким образом, очень вероятно, что хотя мы их и не видим, но уже обнаружили несколько планетных систем.

Окончательно еще не известно, каков процесс происхождения планетных систем. Быть может, и не все звезды обзаводятся планетами. Было бы, однако, совершенно невероятно, чтобы при существовании великого множества звезд, абсолютно сходных с Солнцем и похожих на него, ни одна из них не имела планет. Скорее можно думать, что планетами обладает большинство звезд.

Прогрессивные умы человечества всегда высказывали мысль, что пристанищем для жизни во всей Вселенной не может быть лишь один наш земной шар. За учение о множественности обитаемых миров и за другие «ереси» был сожжен на костре Джордано Бруно. Мракобесие католической церкви не мирилось с такой идеей. Вспомним и то, сколько труда пришлось приложить М. В. Ломоносову, чтобы добиться напечатания второго издания книги «Разговоры о множественности обитаемых миров», запрещенной Синодом православной церкви.

На основе философии диалектического материализма мы можем утверждать, что в бесконечной Вселенной есть бесконечное же множество обитаемых миров и что жизнь неизбежно должна возникать везде, где для нее складываются необходимые и благоприятные условия.

На примере Солнечной системы видно (это подтверждается также и теоретически), что, конечно, далеко не все планеты пригодны для возникновения и развития на них жизни, тем более разумной. К этому вопросу мы еще вернемся в очерке «Возможна ли связь с цивилизациями других планет».

 

Глава 2. Планеты крошки

 

 

Охотники за планетами

 

Природа не терпит пустоты ‑ утверждали многие в древности, хотя и затруднялись как следует объяснить, «с чего это они взяли». Этим утверждением «объясняли», почему жидкость поднимается в барометре вверх внутри высокой стеклянной трубки, из которой выкачан воздух. Вероятно, сходное с этим представление о нетерпимости пустоты заставляло ученых в конце XVIII века разыскивать планету в той «бреши», которая как бы зияла между орбитами Марса и Юпитера.

Даниэль Тициус в 1772 г. выпустил в Бонне книгу «Созерцание природы», в которой обратил внимание на правильное возрастание расстояний планет от Солнца и на пробел между Марсом и Юпитером. Мысль эта была подхвачена Воде, который заявил, что вакантное место в Солнечной системе занято планетой, которую он, можно сказать, просто придумал. (Надо отметить, что расстояния открытых впоследствии планет Нептун и Плутон не улеглись в закономерность, подмеченную Тициусом, так что в действительности эта закономерность сложнее. Эта закономерность производила большое впечатление на современников и в наше время может быть объяснена теоретически.) Такие предположения тогда еще не имели, конечно, ничего общего с научным предвидением, основанным на законах природы. Это было нечто более близкое к мистическим воззрениям пифагорейцев на «священные» числа и фигуры.

Астроном Цах так размечтался о существовании планеты между Марсом и Юпитером, что пятнадцать лет пытался организовать ее поиски, хотя, как мы видим, мысль о существовании планеты в этом месте была основана на непонятной закономерности в некоторых числах. В сентябре 1800 г. Цаху удалось сговориться с пятью астрономами, собравшимися на своего рода конференцию. Они образовали, как шутил Цах, «отряд небесной полиции», имевшей целью «выследить и поймать беглого подданного Солнца». Для этих поисков небо вдоль зодиакальных созвездий, по которым движутся все планеты, было разделено на участки, и каждому наблюдателю был выделен свой участок неба, а один, оставшийся свободным, решили предложить итальянскому астроному Пиацци. Едва об этом они собрались его известить и едва лишь они начали свою кропотливую и обещавшую быть долгой, если не безнадежной, работу, как получили известие, что беглянка уже поймана и не в результате долгих поисков, а совершенно случайно.

В первую ночь XIX столетия (1 января 1801 г.) Пиацци в Палермо трудолюбиво производил свои систематические измерения координат звезд для составления каталога звездных положений. В следующую ночь, производя для проверки повторные наблюдения, Пиацци заметил, что одна из наблюдавшихся им слабых звездочек (7‑й величины) имеет не те координаты, которые он отметил для нее накануне. На третью ночь обнаружилось, что тут нет никакой ошибки, а что эта звездочка медленно движется. Пиацци решил, что он открыл новую комету. Правда, кометы, как знал Пиацци, ‑ это «косматые светила», что и означает само их название на греческом языке; это ‑ туманного вида светила, иногда имеющие туманный же хвост. «Может быть, это необычайная комета, ‑ решил Пиацци, ‑ каких еще не бывало».

Шесть недель тщательно следил он за своим светилом, пока болезнь не свалила его с ног и не прервала наблюдений, из которых сам Пиацци не мог вывести орбиту открытого им светила в пространстве.

После болезни Пиацци снова стал просиживать ночами у телескопа, но он уже не мог больше найти свое светило. Непрерывное смещение увело его далеко от того места, где он его видел в последний раз, и оно затерялось среди других таких же слабых звездочек, которые в то время не были еще занесены на карты звездного неба.

Так и не завершив до конца свое открытие, Пиацци вынужден был разослать письма другим астрономам с описанием своих наблюдений и с просьбой поискать найденное и утерянное им светило.

Пока почтовые кареты доставили эти письма в другие страны, искать новое светило стало совсем безнадежно. Его не нашли, а полученных уже наблюдений было недостаточно для того, чтобы по ним, применяя существовавшие тогда методы, можно было вычислить орбиту светила и предсказать его видимое движение по небу в будущем. На сколько лет или десятилетий задержался бы, таким образом, новый успех в астрономии ‑ угадать трудно, но тут одно открытие помогло другому. Теория помогла практике. Наблюдателям помог математик Гаусс.

Знаменитому ученому было тогда только 25 лет, и, имея много планов, надежд и интересов, он еще не знал, чему он посвятит себя окончательно. Свои досуги он посвящал высшей математике и астрономии.

Еще до описываемых событий он нашел общий способ вычислять орбиты светил всего лишь по трем наблюденным положениям их на небе. Применения новому способу, найденному Гауссом, еще не было, и открытие нового светила представило к этому первый и прекрасный случай.

Гаусс тотчас же принялся за вычисления и в ноябре опубликовал уже элементы орбиты планеты, а также и ее положения на небе в будущем, ‑ где планета должна была быть видна с Земли.

Наступал уже сентябрь 1801 г., когда светило Пиацци, успевшее скрыться в солнечных лучах, снова должно было вынырнуть из них и сделаться доступным для наблюдения..., если бы удалось его найти. Увы, нетерпение наблюдателей, горевших желанием поскорее использовать помощь Гаусса, подверглось дальнейшим испытаниям. Дождь, снег, туман и облака как бы сговорились мешать поискам потерянного светила, и лишь в последнюю ночь того же 1801 г. небо расчистилось. Не смущаясь наступающей веселой встречей Нового года и основательным морозом, Цах бросился на поиски «по горячему следу», и на следующую ночь, в годовщину открытия Пиацци, беглянка была обнаружена. Ее перемещение среди звезд за двое суток выдало ее «с поличным»; в эту следующую ночь ее обнаружил также и Ольберс.

Вычисления Гаусса показали, что Пиацци открыл не комету, а планету, обращающуюся около Солнца как раз между Марсом и Юпитером. Кому, как не Пиацци, принадлежало первое слово в вопросе о том, как назвать новооткрытого члена семьи планет? И Пиацци пожелал назвать ее Церерой, богиней‑покровительницей острова Сицилии во времена римлян. Этим Пиацци отдал дань местности, в которой он успешно вел свою научную работу, и вместе с тем «выдержал стиль», так как взял название планеты из того же сонма богов римской мифологии, из которого в древности были почерпнуты имена других планет.

История с названием Цереры является одним из примеров возможного ответа на вопрос, который иногда задавали наивные люди. «Мы допускаем, что можно измерить и узнать размеры, расстояние и температуру небесных тел, но как, скажите, как узнали названия небесных светил?» Их узнали так же, как родители узнают имена своих детей...

Открытие восьмой по счету планеты потянуло за собой ряд других открытий, и в наши дни, как мы увидим, приходится чуть ли не жалеть, что этих открытий так много...

 

Вереница открытий

 

Церера была предметом постоянного внимания, и, наблюдая ее путь, астрономы хорошо изучили расположение слабых звезд в окрестностях этого пути. 28 марта 1802 г., недалеко от места, где незадолго перед тем среди звезд виднелась Церера, Ольберс заметил новую звездочку и уже через два часа убедился в ее движении относительно ее соседок. Дело пахло открытием еще одной планеты, и Гаусс снова показал, что это действительно так и есть. Особенно удивительно то, что орбита второй, слабо светящейся планеты оказалась весьма близкой к орбите Цереры. Вместо одной «недостающей» планеты между Марсом и Юпитером их оказалось две: «не было ни гроша, да вдруг алтын». Вторую планету назвали Палладой (богиня войны, победы, мудрости и науки у греков).

В прежние времена было мало обсерваторий и мало людей, занятых исключительно астрономическими исследованиями. Скудно оплачивалась их работа. Примерно половина выдающихся ученых XVII и XVIII веков занималась наукой в часы досуга, выкраиваемого от других занятий, кое‑как обеспечивавших им жизнь. Еще большее число ученых при капиталистическом строе в начале своей деятельности занималось посторонщши делами, прежде чем им удалось целиком посвятить себя науке.

Так, например, известный астроном Бессель начал свою карьеру конторщикЪм, Лассель, открывший спутник Нептуна, был пивоваром; из исследователей комет Свифт был жестянщиком, Темпель ‑ литографом; один исследователь планет Шретер был судейским чиновником, Гершель начал свою деятельность музыкантом, Швабе, открывший периодичность солнечных пятен, был аптекарем, Холл, открывший спутники Марса, вышел из плотников, исследователь малых планет Ольберс был врач‑практик.

Урывая время от сна, Ольберс наблюдал кометы и стал авторитетом по части изучения их орбит. Еще в 1779 г., дежуря у кровати больного товарища, такого же, как и он, студента‑медика, он додумался до важного упрощения в вычислении этих орбит. Ученым счастливые мысли приходят в голову иногда неожиданно, даже в самой неподходящей обстановке ‑ в трамвае, в антракте концерта и даже в магазине. Поглощенный своим делом, ученый постоянно старается урвать каждую свободную минуту для размышлений, и к своей счастливой мысли на дежурстве Ольберс пришел, конечно, не случайно, а в итоге длительных дум в предшествующие месяцы. На вопрос: как это вам пришло в голову? ‑ в большинстве случаев самым правильным и кратким будет ответ: я об этом думал постоянно.

Новый способ облегчил труд вычислителей комет‑ных орбит и ускорил вычисления.

Сочетание строгого мышления с известным воображением бывает полезно, и воображение толкает исследователя на новые открытия. Так, Ольберс высказал смелую мысль, что то место Солнечной системы, которое некоторыми предоставлялось для одной лишь планеты, действительно когда‑то было занято единственной планетой. Две из них, обнаруженные тут, ‑ по мысли Ольберса, ‑ это ее осколки, образованные некогда какой‑то катастрофой. Этих осколков, наверно, даже не два, а много, и есть смысл поискать остальные.

Если некогда планета, помещавшаяся между Марсом и Юпитером, разорвалась на куски, то через ту точку пространства, где произошел взрыв, должны пройти орбиты всех полученных осколков. Это ‑ известный закон механики, который должен быть справедлив и тут. Раз так, то чем шарить по большой области неба в поисках новых планет, проще подстерегать их, когда они будут проходить через те точки, где пересеклись орбиты Цереры и Паллады. Вот был практический вывод из описанного выше предположения, которое можно назвать «рабочей гипотезой».

«Рабочая гипотеза» ‑ это предположение, которое стремятся выдвинуть временно для объяснения новооткрытого факта, хотя бы сам факт не был еще изучен настолько подробно, чтобы выдвигаемое предположение было уже достаточно обосновано. Рабочая гипотеза, не претендуя на строгость, дает на первое время какое‑то объяснение фактам и указывает исследователям пути в их поисках. Дальнейшие исследования развиваются тогда уже не вслепую, а в определенном направлении, и прежде всего с целью проверить правильность сделанной гипотезы. Ведь из гипотезы следуют некоторые выводы, например, что должны быть еще такие‑то и такие‑то явления. Существуют они в действительности или нет, ‑ вот на что тотчас же переключается внимание. Если гипотеза не оправдывается, то на смену ей выдвигается новая и уже более совершенная, потому что проверка первой привела нас к более глубокому пониманию открытых фактов и добавила новые данные.

Три года Ольберс сам терпеливо подстерегал новые планеты в созвездии Девы, где была видна с Земли точка пересечения орбит Цереры и Паллады. Его труд был вознагражден в 1807 г. открытием Весты. Но еще в 1804 г. Гардинг открыл планетку, названную Юноной, в созвездии Кита, где находилась вторая точка пересечения орбит.

Так, казалось, гипотеза подтвердилась, и орбиты четырех найденных осколков пересеклись почти в одних и тех же точках. Однако, если вдуматься, то гипотеза Ольберса была бы справедлива только в случае недавней катастрофы с пропавшей большой планетой. В самом деле, если это событие произошло давно, то притяжения со стороны больших планет должны были так силыф и разнообразно изменить орбиты осколков, что они никак не могли бы до сих пор продолжать пересекаться в одних и тех же точках. Открытые впоследствии планеты (все там же, между Юпитером и Марсом) совсем не проходят через места, где пересеклись орбиты первых четырех открытых планет. Первоначальное впечатление о правильности предположения Ольберса оказалось основанным на случайном совпадении... Все это выяснилось, впрочем, уже значительно позже, чем Ольберс нашел четвертую планету.

Когда уже все, принимавшие участие в открытии этих планет, скончались, пятая планета все еще не попадалась наблюдателям. Только в 1845 г., почти через 40 лет,«она была открыта. Открыл ее отставной почтовый чиновник Генке, терпению которого поистине можно изумляться. 15 долгих лет, из вечера в вечер, он разыскивал попутчиков Цереры и ее товарок, и каждый новый вечер, приносивший разочарование, не ослаблял его энтузиазма. Через два года после первого успеха он открыл еще планету, и вскоре затем открытия подобных планет стали производиться непрерывно.

 

Рис. 64. Размеры некоторых астероидов по сравнению с Черным и Каспийским морями

Все планеты, обнаруженные между орбитами Марса и Юпитера, получили общее название малых планет или астероидов, что в переводе с греческого означает «звездоподобные». Действительно, даже в самые сильные телескопы эти планеты выглядят как звездочки, так они малы. Малость в астрономии ‑ понятие, конечно, относительное, но в сравнении с остальными планетами астероиды действительно малы. Самый большой из них ‑ Церера ‑ имеет около 770 км в поперечнике и по объему во столько раз меньше Луны, во сколько раз Луна меньше Земли. У Паллады диаметр составляет только 490 км, Юноны ‑ 190 км и Весты ‑ 380 км. Только у них,

и то с помощью величайших в мире рефракторов, можно заметить крошечный диск. Поперечники этих планет можно измерить, но никаких подробностей на них рассмотреть нельзя. Поперечники остальных астероидов гораздо меньше, их оценивают по блеску этих тел. При одной и той же отражательной способности поверхности и при одном и том же расстоянии от Земли и от Солнца видимый блеск планеты пропорционален квадрату ее диаметра. Предполагая, что поверхность астероидов отражает около 15% падающего на нее света, подобно другим небесным телам, также лишенным атмосфер (как Луна), можно приблизительно оценить размер этих планет‑крошек. Самые малые из известных теперь астероидов имеют поперечник порядка 1 км и вполне могли бы поместиться на территории наших парков культуры и отдыха. Изменения их блеска позволяют думать, что они не круглой формы, а похожи на неправильные обломки, разные стороны которых несколько по‑разному отражают свет. Вращение их вокруг оси (отчего к нам поворачиваются то более, то менее яркие их стороны, имеющие к тому же несколько различные размеры поверхности) и обусловливает, по‑видимому, наблюдаемые быстрые колебания их блеска.

Поскольку у четырех наибольших астероидов диаметры измерены непосредственно, можно было определить их отражательную способность. У трех из них она составляет от 10 до 22%, т. е. действительно близка к отражательной способности поверхности Луны, Меркурия и земных пород. От Весты же отражается 48% солнечного света, что встречается у тел, которые можно назвать белыми. Она отражает свет почти как Венера, окутанная светлыми облаками.

Отражательная способность, размеры, а также расстояние от Солнца (меняющееся обычно не очень сильно) и расстояние от Земли (меняющееся в больших пределах) определяют видимый блеск астероидов. В противостоянии, когда они ближе всего к Земле, самой яркой оказывается Веста, находящаяся тогда на пределе видимости невооруженным глазом. Остальные, самые яркие из астероидов, видны лишь в сильный бинокль, как звезды 7‑й величины и слабее. Большинство астероидов видимо лишь в сильные телескопы и на фотографиях, снятых большими астрографами.