Разведка далеких планет

Рис. 4.16. Клайд Томбо возле 13-дюймового (33 см) астрографа Ловелловской обсерватории (показан справа), при помощи которого был открыт Плутон.

Клайду достался замечательный инструмент – новый трехлинзовый астрограф с фокусным расстоянием 175 см. Его поле зрения было необычайно большим, почти 13°х13°. Один снимок на стеклянной фотопластинке размером 14x17 дюймов (36x43 см) покрывал участок неба площадью в 160 квадратных градусов, или 640 дисков полной Луны! При экспозиции в 1 час на пластинке получались изображения даже очень слабых звезд, вплоть до 17 ^m. Каждую ночь Томбо фотографировал различные участки неба, а днем изучал их, используя специальный двойной микроскоп, блинк-компаратор, позволявший за долю секунды переключать взгляд с одной пластинки на другую. Клайд сравнивал изображения одних и тех же участков, полученные в разные ночи, с интервалом от 2 до 7 дней, надеясь заметить медленное перемещение одной из сотен тысяч звездочек на фоне остальных светил: верный признак того, что это неизвестная далекая планета. Работа была тяжелая. На каждой пластинке размером 36x43 см было в среднем 160 000 изображений звезд (от 100 до 400 тысяч, в зависимости от участка неба) и все их надо было просмотреть, причем каждый раз одновременно на двух пластинках, решая классическую головоломку «найди отличие».

Рис. 4.17. Эти две пластинки Клайд Томбо получил 23 января (слева) и 29 января 1930 г. Положение Плутона отмечено стрелками; видно, как он сместился за эти дни.

Однако Клайд Томбо был упорным и аккуратным наблюдателем. Он верил в свой телескоп и в свое терпение. Но, к сожалению, он не особенно доверял теоретическим данным Ловелла и Пикеринга, а поэтому фотографировал участки неба один за другим, не отдавая предпочтения тем областям, на которые указывали теоретические расчеты. А как выяснилось позже, расчеты довольно точно предсказывали положение планеты. Доверившись им, Томбо закончил бы свой поиск быстрее.

Как бы то ни было, после года кропотливого просмотра пластинок Клайд Томбо наконец обнаружил планету. Это случилось 18 февраля 1930 г. Сравнивая фотопластинки за 23 и 29 января, на которых была снята область близ звезды 8 Близнецов, Клайд заметил смещение слабого звездообразного объекта 14,5 ^m. Последующие наблюдения подтвердили, что это новая планета. Официально об открытии девятой планеты Солнечной системы – Плутона – было объявлено 13 марта 1930 г., в день 75-летия Ловелла.

А Клайд Томбо, получив в 1931 г. за открытие Плутона золотую медаль английского Королевского астрономического общества, решил наконец получить и высшее образование. В 1932 г. он поступил в Канзасский университет и окончил его в 1936 г. Университетский диплом не убил его любовь к наблюдению неба. В поисках новых планет Томбо исследовал на фотопластинках около 90 млн звездных изображений. В своих «прогулках по небу» он открыл шесть звездных скоплений, десятки скоплений галактик, две новые кометы, сотни астероидов и много переменных звезд. Проведя тысячи ночей у телескопа, Томбо повидал на небе много всякого и одно время даже увлекался поиском НЛО, рассчитывая заметить корабль пришельцев. Но это был единственный поиск, в котором ему не повезло.

Кентавры, троянцы и пояс Койпера

Довольно скоро выяснилось, что Плутон мал, меньше нашей Луны, и его массы совершенно недостаточно для объяснения возмущений в движении Урана. Поэтому продолжились поиски еще более далекой планеты. Наибольшую активность в этом вновь проявила Ловелловская обсерватория.

К 1939 г. Томбо со своими помощниками полностью обследовал зону шириной 35° вдоль Зодиака, проанализировав все изображения до 16 ^m. Затем он перешел к более глубокому поиску, до 18 ^m, и к маю 1943 г. закончил фотографирование практически всего неба, доступного его 13-дюймовому телескопу: от Полярной звезды до 50° южной широты. Но даже эта грандиозная программа поиска не привела к открытию новой планеты за Плутоном. Десятую планету найти не удалось.

Тем не менее поиск Трансплутона продолжался. О его присутствии на окраине Солнечной системы говорили некоторые косвенные факты: отдельные «неправильности» в движении известных планет, мелкие «странности» в траекториях полета автоматических станций «Пионер», небольшие «особенности» в распределении кометных орбит. В ходе этих поисков настоящая крупная планета до сих пор не открыта. Более того: в 1993 г. астроном Лаборатории реактивного движения Майлс Стендиш, используя точные значения масс планет, полученных из наблюдений за межпланетными зондами, пришел к выводу, что в движении Урана и Нептуна никаких наблюдаемых отклонений от теоретических расчетов нет. Однако астрономы не жалеют о времени, потраченном на поиски десятой планеты, ведь за орбитой Юпитера обнаружилось столько интересного!

Началось с того, что был открыт новый класс малых тел Солнечной системы, движущихся между орбитами Юпитера и Нептуна. Первое из них обнаружил 18 октября 1977 г. американский астроном Чарлз Коуэл на фотопластинках, снятых на 1,2-метровой камере Шмидта Паломарской обсерватории. Объект получил обозначение 1977 UB и, как астероиду, ему дали очередной номер 2060. Однако уверенности в том, что это именно астероид, не было, поскольку на таком большом расстоянии от Солнца ледяные ядра комет должны быть настолько холодными, что практически не испаряются, как и каменные астероиды. Поэтому объект назвали Хироном в честь легендарного кентавра, получеловека-полуконя, имевшего сложный характер и двойственную природу. Эта идея с «двусмысленным» названием замечательным образом оправдалась: когда астероид Хирон проходил в 1988 г. перигелий своей орбиты, у него появились газовая атмосфера и хвост – как у кометы.

Довольно долго Хирон оставался в одиночестве, в основном проводя время между орбитами Сатурна и Урана. Но в 1992 г. был открыт еще один подобный объект, а на следующий год – еще один… Им также решили дать мифические имена: после Хирона на небо «вознеслись» Фол, Несс, Асбол и другие кентавры. В 2010 г. в семействе кентавров было уже более 70 членов. Правда, во всей мифологии не сохранилось такого количества имен кентавров, так что последним представителям этой группы достались только номера.

Рис. 4.18. Распределение астероидов в пределах орбиты Юпитера. Рисунок весьма условный: границы Главного пояса и двух групп «троянцев» на самом деле размыты значительно сильнее.

Орбиты кентавров довольно сильно вытянуты: их эксцентриситеты заключены в диапазоне e= 0,01-0,97. К тому же плоскости орбит в среднем весьма сильно наклонены к эклиптике, у некоторых наклон достигает 60°. Впрочем, в этом нет ничего неожиданного: двигаясь в пространстве между планетами-гигантами, кентавры постоянно испытывают сильные гравитационные возмущения. Поэтому их орбиты нестабильны: за миллион лет они могут измениться до неузнаваемости. К сожалению, о физической природе этих тел почти ничего не известно. Ясно только, что кентавры имеют темную поверхность и солидный размер: их диаметры – от 100 до 260 км. Крупнейший из них носит имя жены Хирона – нимфы Харикло (10199 Chariclo).

Еще одна мифологическая компания астероидов явила пример неожиданного подтверждения отвлеченной математической теории. Речь идет о так называемых грекахи троянцах– двух семействах астероидов, движущихся приблизительно по орбите Юпитера на равном расстоянии от него и от Солнца. Наиболее крупные из них носят имена героев Троянской войны. «Греки» (Одиссей, Аякс, Ахилл, Гектор и др.) опережают Юпитер приблизительно на 60° орбитальной дуги, а «троянцы» (Приам, Эней, Патрокл, Троил и др.) отстают от планеты-гиганта на те же 60°. Такое движение, когда орбитальный период малого тела находится в простом соотношении с периодом крупного возмущающего тела, называют резонансным. Греки и троянцы демонстрируют простейший случай резонанса с Юпитером, имеющий соотношение периодов 1:1.