Текст книги "Царство Солнца. От Птолемея до Эйнштейна"

Автор книги: Айзек Азимов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 9 (всего у книги 11 страниц)

Глава 9
ЗАВЕРШЕНИЕ СИСТЕМЫ

МАЛЕНЬКИЕ ЛУНЫ

После того как были открыты Нептун и его спутник Тритон, Солнечная система  приобрела почти такой вид, какой нам известен сегодня. Время великих основополагающих открытий закончилось. Однако это не  означало, что интересной работы не осталось в плане выяснения деталей.

Например, своего открытия еще ожидали некоторые спутники. Ласселл, открывший в 1846 г. Тритон, в 1851 г. открыл у Урана третью луну, а в 1852 г. – четвертую. Они находились от Урана на более близком  расстоянии, чем те два спутника, которые  открыл Гершель. Ласселл продолжил  традицию Гершеля. Гершель назвал две своих луны по именам фей или эльфов, Ласселл поступил так же. Спутник, ближайший к Урану, получил имя Ариэль в честь  веселого духа из «Бури» Шекспира, а второго он назвал Умбриэль, по имени печального духа из поэмы Попа «Похищение локона». Диаметр обоих был всего около 1400  километров.

Еще раньше, в 1848 г., американским  астрономом Дж.П. Бондом был открыт восьмой спутник Сатурна, который получил от него название Гиперион. Затем в 1898 г. еще один американский астроном, Эдуард Пикеринг, открыл девятый спутник, названный им Фебом. Оба названия даны по именам титанов, которые в греческой мифологии были связаны с Сатурном (Кроном). Оба новых спутника имели в диаметре всего  около 350 километров.

Юпитер тоже наконец получил кое-какие добавки. Самыми первыми спутниками,  обнаруженными с помощью телескопа, были, конечно, четыре крупных спутника  Юпитера: Галилей открыл их в 1610 г. Прошло почти триста лет. Спутники были  обнаружены у Сатурна и даже у планет, о  которых Галилей не знал, – таких, как Уран и Нептун. А вот у Юпитера нового  спутника не находили.

И вот в сентябре 1892 г. еще один  американский астроном, Эдуард Эмерсон Барнард (после 1850 г. американцы приобретают вес!), обнаружил у Юпитера новый спутник, гораздо меньше, чем Галилеевы луны. Он имел диаметр не больше 180 километров и располагался ближе всех от Юпитера,  вращаясь вокруг планеты-гиганта на высоте всего 150 000 километров над его поверхностью (какой оттуда должен открываться вид!).

Этот новый спутник часто называют  спутником Барнарда в честь того, кто его  открыл (единственный спутник, получивший такое название), а чаще – Юпитером V, потому что это пятый но порядку открытия спутник Юпитера. Позже он получил  название Амальтея в честь нимфы, которая в  греческом мифе выкармливала Юпитера  (Зевса), когда тот был младенцем.

Между 1904-м и 1914 гг. были открыты еще четыре крошечных спутника  Юпитера. Все они имеют диаметр 120  километров или меньше, и все вращаются вокруг планеты гораздо дальше, чем остальные. Самая далекая из Галилеевых лун  находится от Юпитера на расстоянии всего около 1,8 миллиона километров. Из вновь  открытых спутников два находятся на расстоянии в 11 500 000 километров, а еще два – 23 500 000 километров. Ни один из них не получил общепринятого названия; их  просто пронумеровали как Юпитер VI, VII, VIII и IX в порядке открытия. Юпитер VI и VII были открыты американским  астрономом Чарльзом Диллоном Перрином в 1904-м и 1905 гг.; Юпитер VIII открыл Филибер Жак Мелотт в 1908 г., а Юпитер IX – в 1914 г. американским астрономом Сетом Б. Никольсоном.

В последние годы были обнаружены еще три крошечных спутника Юпитера. Они тоже очень маленькие и очень далекие. Один находится на удалении 11,5 миллиона километров, а два – 23,5 миллиона  километров. Их называют Юпитер X, XI и XII. Все они были открыты Никольсоном:  первые два в 1938 г., а последний – в 1951 г. (спутники Юпитера – единственные  получающие римские цифры вместо названий).

В 1948 г. американский астроном Джерард П. Койпер открыл пятый спутник Урана. Этот спутник ближе всех к Урану и меньше остальных (всего 150 километров в  диаметре). Койпер назвал его Мирандой но имени героини «Бури» Шекспира, той же пьесы, из которой Ласселл взял название Ариэль для еще одного спутника Урана.

И в 1950 г. Койпер также открыл второй спутник Нептуна. Он назвал его Нереида: это слово в греческой мифологии относилось к морским нимфам, дочерям Нептуна.  Орбита Нереиды имеет самую большую  элонгацию среди спутников: она приближается к Нептуну до 1,5 миллиона километров и  удаляется от него на 9,6 миллиона километров.

Однако и это было не все. Самая  увлекательная история о спутниках еще не  рассказана.

ПОСЛЕДНИЙ ВЗГЛЯД И УДАЧНАЯ  ДОГАДКА

В этой истории участвует американский  астроном Лсаф Холл. Начало жизни у Холла было трудное. Когда ему было тринадцать лет, у него умер отец, и Холлу прошлось  бросить школу, чтобы помогать семье. После  этого он занимался самообразованием,  приобретая знания как получалось – то тут, то там.

Однако Холл был твердо намерен стать  астрономом и в 1857 г. (в возрасте двадцати восьми лет) отправился в Кембридж (штат Массачусетс), чтобы стать ассистентом  Бонда в обсерватории Гарварда с жалованьем в три доллара в неделю (Бонд открыл Гиперион, один из спутников Сатурна).

Стремление Холла было непоколебимым. В 1863 г. он проявил себя так, что его  сделали профессором астрономии  Военно-морской обсерватории Соединенных Штатов в Вашингтоне. Например, в 1876 г. Холл  открыл белое пятно на поверхности Сатурна и с его помощью показал, что Сатурн  делает оборот вокруг своей оси за 10¼ часа. После отставки в 1895 г. он вернулся в  Гарвард, на этот раз в качестве профессора  астрономии.

Но его самое впечатляющее открытие было сделано тогда, когда он работал в  Вашингтоне.

Хотя к 1877 г. были известны четыре  спутника у Юпитера, восемь – у Сатурна,  четыре—у Урана и один – у Нептуна, ни одного спутника, за исключением нашей собственной Луны, не было обнаружено ни у одной из внутренних планет. У Меркурия и Венеры спутников не было, у Земли была только Луна. У Марса тоже не было спутников.

Очевидно, что, если у какой-то из этих планет и имелись неоткрытые спутники, они должны были быть совсем  крошечными, чтобы остаться незамеченными. И уж если у Земли не было открыто второго спутника, его, скорее всего, и не  существовало.

Что до Меркурия и Венеры, то, когда они располагались очень близко от Земли, то находились между нами и Солнцем, так что их не было видно. А когда они  становились ясно видны – в период наибольшей элонгации, – то оказывались очень далеко от нас. Следовательно, было бы крайне трудно обнаружить небольшие спутники, которые у них могли бы оказаться (до  наших дней не открыто ни одного).

А вот с Марсом дело обстояло иначе. Он подходил к Земле близко – на 55  миллионов километров, – и тогда Солнце не  мешало его рассматривать.

Конечно, Марс достаточно редко  приближается к Земле на 55 миллионов  километров. Его орбита имеет некоторый  эксцентриситет, и степень приближения зависит от того, на какой части орбиты находится Марс, когда его догоняет Земля. В 1877 г. Земля должна была догнать Марс в той  точке, где их орбиты максимально сближались, и Марс должен был оказаться к Земле  ближе, чем в любое другое время в течение тридцати лет. Холл решил, что это время великого противостояния подходит для того,чтобы тщательно рассмотреть всю область вокруг Марса и раз и навсегда решить  вопрос о его спутниках.

Холл начал свой поиск в начале августа, на довольно большом расстоянии от Марса, и систематически продвигался по  направлению к нему. K 11 августа он оказался  настолько близко к Марсу, что его свечение начало мешать наблюдениям. Марс явно не имел спутников. Печально: было бы очень приятно стать открывателем нового  спутника. Однако Холл принял решение и,  вернувшись домой, сообщил о нем жене.

И тогда, как рассказывают, миссис Холл сказала: «Попробуй понаблюдать еще одну ночь!»

Ради миссис Холл он согласился  провести наблюдения еще одну ночь. Он  отправился обратно, посмотрел в телескоп – и там что-то оказалось!

К несчастью, собрались облака, и  Холлу пришлось выжидать еще пять дней, пока ему не представилась новая возможность продолжить наблюдения. 16 августа он  снова посмотрел – и увидел спутник, а 17  августа нашел еще один. У Марса оказалась не одна луна, а две. Холл назвал их  Фобос и Деймос, по именам сыновей Марса из греческих мифов. «Фобос» по-гречески  значит «страх», а «деймос» – «ужас»:  достойные сыновья бога войны. Фобос и Деймос оказались двумя самыми странными спутниками во всей Солнечной системе. Во-первых, они были самыми мелкими объектами из всех, которые были к тому  времени открыты. Внутренний спутник имел диаметр 18 километров, а внешний – всего 7 километров. Неудивительно, что раньше их не видели!

Во-вторых, их расстояние до планеты было меньшим, чем у всех остальных  спутников системы. Внутренний спутник отстоял от поверхности Марса всего на 5400 километров, а внешний – на 21 500 километров. Они  походили на две больших горы, которые  оторвались от поверхности Марса и стали носиться вокруг него.

Самым странным у этих спутников было их движение. Деймос, внешний спутник,  обращается вокруг Марса примерно за 30  часов, двигаясь с запада на восток. Однако сам Марс вращается вокруг своей оси с  запада на восток примерно за 24½ часа. Это значит, что Деймос почти успевает за  вращением Марса. Наблюдатель с  поверхности Марса увидел бы, как он встает на востоке и очень медленно движется на  запад. От восхода до захода Деймоса  проходит примерно 60 часов.

Еще более странно то, что Фобос,  внутренний спутник, делает оборот вокруг  Марса за очень короткий период: 7 часов 40  минут. В действительности он обходит вокруг Марса быстрее, чем Марс поворачивается вокруг своей оси. Фобос постоянно  догоняет марсианскую поверхность, так что человеку, стоящему на Фобосе, показалось бы, что Марс вращается в обратную сторону, с востока на запад. А наблюдателю на Марсе показалось бы, что в обратную сторону  вращается Фобос. Он бы всходил на западе и заходил на востоке.

Ни один естественный спутник во всей Солнечной системе, известный к тому  времени или открытый позже, не ведет себя так, как Фобос. Ни один из них не  вращается вокруг другого тела быстрее, чем это тело вращается вокруг своей оси.

А теперь мы подходим к самой  таинственной вещи, которая относится не к астроному, а писателю и книге, написанной за 150 лет до открытия Асафа Холла. В 1726 г. в Англии вышла книга, названная  «Путешествия в  некоторые отдаленные страны света» Лемюэля Гулливера. Оказалось, что ее написал  Джонатан Свифт, и сейчас ее знают как «Путешествия Гулливера».

Возможно, вы ее читали. Если это так, то вы, наверное, помните, что она делится на четыре части. В каждой части Свифт  использует выдуманные путешествия  Гулливера, чтобы высмеивать английское общество. В первой и самой известной части  описываются лилипуты, шестидюймовые карлики. Во второй речь идет о жителях Бробдингнега, огромных великанах. В третьей  рассказывалось о лаиутянах, народе,  интересующемся наукой. Свифт воспользовался возможностью посмеяться над учеными.

Вскользь Свифт упоминает о том, что лапутяне изобрели телескопы, которые  превосходят те, которые имеются в Европе. С помощью этих отличных телескопов они  открыли у Марса два спутника, которых  европейцы не знают. Далее Свифт описывает орбиты и размеры этих лун, и его описания оказались поразительно близкими к тому, что затем обнаружил Холл. В частности, Свифт заявил, что внутренняя луна  вращается вокруг Марса быстрее, чем сама  планета, так что марсианам казалось бы, что она встает на западе и садится на востоке.

Это – поразительное совпадение.  Конечно, Свифт мог рассуждать таким образом. В тот момент, когда он писал свою книгу, было известно, что у Земли есть один  спутник, у Юпитера – четыре, а у Сатурна – семь. Было вполне разумно предположить, что у Сатурна есть еще одна, восьмая, луна, которая где-то прячется, и в этом случае, если бы у Марса оказалось две луны, то получился бы красивый ряд чисел. По мере движения от Солнца, начиная с Земли,  число спутников для каждой планеты будет 1, 2, 4, 8. Затем, луны Марса должны были оказаться маленькими и располагаться  близко от планеты, иначе даже европейцы с их «плохими» телескопами их бы уже  обнаружили.

До этого момента за рассуждениями  Свифта можно проследить. Однако его догадка о том, что Фобос будет всходить на западе и заходить на востоке из-за скорости его  вращения, кажется совершенно  сверхъестественной. Это, несомненно, самая удачная догадка в литературе.

«ЗАДЕВАЮЩИЕ ЗЕМЛЮ»

Сейчас известен тридцать один спутник. У Земли – один, у Марса – два, у  Юпитера – двенадцать, у Сатурна – девять, у Урана – пять и у Нептуна – два. Если «Троянцы» существует еще какие-то, то они настолько невелики, что не представляют никакого интереса. Значит ли это, что все достойные внимания тела Солнечной системы уже  открыты?

Не совсем. Во-первых, остаются еще  малые планеты. Как я уже сказал в главе 8, сейчас известно 1500 таких планет, но еще, возможно, остается открыть свыше 40 000. Может показаться, что открытие еще одной или двух не имеет никакого значения – и в большинстве случаев это так. Если малые планеты обычные.

Обычные малые планеты имеют орбиты, которые ограничены промежутком между Марсом и Юпитером. Их орбиты  расположены в этом районе почти повсюду – за некоторыми исключениями. В 1866 г.  американский астроном Даниэль Керквуд  обнаружил некоторые участки, свободные от орбит планетоидов в результате  гравитационных эффектов гигантского Юпитера. Эти пустые участки называются «промежутками Керквуда».

Однако есть небольшое количество  планетоидов, орбиты которых находятся за  пределами области Марс —Юпитер. Их орбиты уходят за Юпитер или ближе Марса. Эти малые планеты с необычными орбитами  отличаются от остальных тем, что носят  мужские имена.

Например, в 1906 г. Вольф (который первым начал прослеживать малые планеты с помощью фотографии) открыл 588-ю  малую планету. Оказалось, что ее орбита  почти совпала с орбитой Юпитера. Это  удивило Вольфа, и он назвал эту планету Ахиллесом. Однако она не могла  столкнуться с Юпитером, потому что отстояла от его места на орбите более чем на 720 миллионов километров, а двигалась с такой же  скоростью, что и Юпитер, так что расстояние  между ними не менялось.

Если провести линию от Юпитера к  Ахиллесу и обратно к Солнцу, то окажется, что  образовался равносторонний треугольник, то есть треугольник, все три стороны которого равны. Это необычное положение, но за сто лет до этого французский математик Жозеф Луи Лагранж доказал, что такое положение будет стабильным. Иначе говоря, тела будут оставаться на вершинах равностороннего  треугольника, как бы они ни перемещались.

В том же году на орбите Юпитера была открыта еще одна малая планета, а на  следующий год – еще две. Некоторые из них были найдены неподалеку от Ахиллеса,  некоторые – дальше, по другую сторону от Юпитера, где они образовали второй  равносторонний треугольник. Сейчас их  известно пятнадцать: десять в группе Ахиллеса, а пять – во второй, и всем им даны  названия по именам героев Троянской войны, в соответствии с начатым Вольфом  обычаем. Так, среди них есть Патрокл, Гектор, Приам, Нестор, Диомед и Агамемнон. Этодовольно крупные малые планеты,  некоторые из них имеют диаметр до 300  километров, но они находятся настолько далеко, что их трудно наблюдать. Вся группа в целом известна как «троянцы».. У них сложные орбиты, и троянская планета  может отклоняться от своего должного места до 180 000 000 километров.

Малая планета, еще более удаленная, чем троянские, – это Гидальго. Эту планету  обнаружил американский астроном Уолтер Бааде в 1920 г. В перигелии он оказывается почти на уровне Марса, а в афелии доходит до орбиты Сатурна. Больше ни одна малая планета не уходит так далеко от Солнца. Ее период обращения составляет 14 лет.

Гидальго также необычен тем, что имеет самую наклонную орбиту в Солнечной  системе – если не считать нескольких комет. Если бы вы смогли нарисовать схему всех орбит Солнечной системы в трех  измерениях и посмотреть на нее сбоку, то вы бы  увидели, что они все будут лежать плоско или почти плоско, как блины. То, насколько орбита наклонена по отношению к этому блину, называется наклоном. Из старых и хорошо исследованных планет самый  большой наклон имеет Меркурий – но и у него он невелик.

А есть ли малые планеты, которые  находятся необычно близко к Солнцу? Ответом будет «да»-. В 1898 г. немецкий астроном Карл Г. Витт открыл малую планету номер 433. Когда рассчитали ее орбиту, то оказалось, что, хотя ее афелий лежит за пределами орбиты Марса, в перигелии она приближается к орбите Земли. Сильное приближение к Солнцу делает период  обращения равным всего 1¾ года, что для  планетоида немного. Планетоиды «большой четверки» имеют периоды обращения от 3¾ до 4¾ года.

Новой малой планете дали название Эрос (который также известен как Купидон), и это положило начало моде на мужские  имена для странных малых планет.

Эрос может приближаться к Земле до 22,5 миллиона километров. Это половина расстояния, на которое приближается к Земле Венера, ближайшая к нам планета. Такое большое сближение оказалось очень полезным. Когда Эрос подходит близко, у него появляется большой параллакс,  который можно измерить легко и точно. Это дает нам расстояние. Сравнивая его  положение с положением Марса и Венеры,  можно с помощью тригонометрических  уравнений вычислить точное расстояние до Солнца и, в конечном счете, до всех  остальных объектов Солнечной системы. В 1890 г. шотландский астроном Дэвид Джилл  попытался применить тригонометрию к обычным планетоидам, но теперь, когда был  обнаружен действительно близкий планетоид, можно рассчитывать на более точные  результаты.

В 1931 г. Эрос приблизился к Земле до 30 миллионов километров. Была  разработана обширная и подробная программа.  Четырнадцать обсерваторий из девяти стран приняли в ней участие. Проект занял семь месяцев, и было сделано почти три тысячи фотографий. На каждой из них определили положение Эроса. И затем, после десяти лет вычислений, была получена  величина расстояния между Землей и Солнцем – гораздо более точная, чем те, что имелись раньше.

Эрос необычен еще и тем, что является единственным небесным телом, про которое известно, что оно несферическое. Это  сначала подозревали из-за того, что он  неожиданно менял яркость, из-за чего порой казалось, будто на него смотрят вдоль (так что он отражает много света), а иногда – поперек (и тогда он отражает мало света). Эту несферическую форму удалось увидеть при его сближении с Землей в 1931 г.  Оказалось, что формой Эрос немного похож на кирпич и имеет длину около 25 километров, а ширину и толщину – около 9 километров. Он вращается вокруг короткой оси, делая один оборот за 5¼ часа.

Как это ни странно, в тот момент, когда Эрос находился на вершине славы, он начал терять свое положение ближайшего соседа Земли. Был открыт целый ряд крошечных малых планет, которые подходят к Земле ближе, чем Эрос.

Например, существует Амур, который подходит к Земле на 18 миллионов  километров, Аполлон – 13 миллионов километров, и Адонис – около 3 миллионов километров.

Однако самым удивительным из них  является Гермес, который немецкий астроном Карл Рейнмут (открывший также и Аполлон) обнаружил на расстоянии всего 700 000 километров от Земли. Расчеты орбиты Гермеса показали, что временами он может  приближаться к Земле до 350 000 километров.  Тогда он окажется к нам ближе, чем наша собственная Луна! Аполлон, Адонис и  Гермес приближаются к Солнцу сильнее, чем Венера.

Эти соседние малые планеты можно  назвать «задевающими Землю». Они очень  невелики: например, Гермес имеет диаметр всего около полутора километров. Когда они оказываются близко к Земле, то имеют очень высокую видимую скорость. Из-за этого за ними очень трудно наблюдать, так что не слишком близкий и не слишком  маленький Эрос остается самым полезным для определения расстояний.

Следует упомянуть еще об одной малой планете. Это Икар, открытый в 1948 г.  Уолтером Бааде. Он может сближаться с  Землей до 7 миллионов километров (что  произошло в 1968 г.), так что он тоже «задевает Землю»; но прославился Икар в первую очередь не этим.

Его орбита имеет самый большой  эксцентриситет во всей Солнечной системе, не считая комет. В афелии он находится в 330  миллионах километров от Солнца, то есть далеко позади Марса. Однако в перигелии он  приближается к Солнцу до 30 миллионов  километров, ближе, чем Меркурий. Опять же, если не считать комет (комета Галлея  подходит к Солнцу на 25 миллионов километров,тогда как комета Донати 1858 г. прошла от Солнца в 54 000 километрах, за три часа  сделав полуоборот вокруг его огненной  поверхности, а затем умчавшись прочь), ни одно тело Солнечной системы не оказывается так близко от Солнца, как Икар. В перигелии он должен лететь сквозь пространство,  раскалившись докрасна. Этому астероиду очень подходит имя героя греческого мифа,  летевшего на крыльях, сделанных из крепленных воском перьев. Он подлетел к Солнцу  слишком близко, так что воск растаял, перья  разлетелись и он погиб, разбившись.

Поскольку и Гидальго, и Икар были  открыты Бааде, то он обнаружил как малую планету, которая ближе всего подходит к Солнцу, так и ту, которая удаляется  сильнее всех.