Открытие Нептуна

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Новая Берлинская обсерватория на Унтер-дер-Линден, где вели наблюдения Галле и д’Арре

Открытие Нептуна — обнаружение восьмой планеты Солнечной системы, одно из важнейших астрономических открытий XIX века, сделанное благодаря предварительным вычислениям (согласно фразе Д. Араго, ставшей крылатой — «планета, открытая на кончике пера»). Нептун был открыт в Берлинской обсерватории 24 сентября 1846 года[1] И. Галле и его помощником д’Арре на основании расчётов У. Леверье. Независимо от Леверье аналогичные расчёты для поисков заурановой планеты произвёл Д. К. Адамс. Обнаружению восьмой планеты предшествовала длительная история исследований и поисков.

Ранние наблюдения[править | править исходный текст]

Есть свидетельства, что Нептун фактически наблюдался астрономами и ранее, до официального открытия в 1846.

Поскольку Нептун не видим с Земли невооруженным глазом (его видимая звёздная величина составляет порядка 7,7), первые наблюдения Нептуна были возможны только после изобретения телескопа. Считается, что ещё Галилео Галилей наблюдал Нептун 28 декабря 1612 года и 29 января 1613 года. Но в обоих случаях Галилей принял планету за неподвижную звезду в соединении с Юпитером на ночном небе[2], и нет никаких свидетельств, что Галилей воспринял замеченный Нептун как новое, ранее неизвестное светило[3].

Английский астроном Джон Гершель в своём письме 1846 к В. Я. Струве отметил, что фактически наблюдал Нептун 14 июля 1830 и, хотя его телескоп был достаточно мощным, чтобы рассмотреть диск Нептуна, он в то время ошибочно счёл наблюдаемый объект звездой[4].

В 1847, уже после открытия Нептуна и расчёта характеристик его орбиты, американский астроном С.Уолкер из Военно-морской обсерватории США, исследуя архивные записи, обнаружил, что 8 и 10 мая 1795 французским астрономом Лаландом из Парижской обсерватории наблюдалась звезда, находившаяся в том самом месте, где должен был находиться Нептун. Обнаружение этих записей положения Нептуна в 1795 способствовало более точному расчету орбиты планеты[5].

Возмущения орбиты Урана и их интерпретация[править | править исходный текст]

В положении a гипотетическая внешняя планета оказывает гравитационное воздействие на орбиту Урана, смещая его от места, где он должен находиться согласно расчётам, в точку b.

Вскоре после 1831—1832 годов в научном сообществе было выдвинуто несколько гипотез для объяснения непонятного «поведения» планеты Уран.

1. Уран в своем движении испытывает сопротивление газо-пылевой среды, которая заполняет межпланетное пространство. Это сопротивление и вызывает систематические отклонения от расчетной траектории, построенной без учета какого-либо сопротивления среды.

2. Уран обладает не открытым ещё спутником, который вызывает наблюдаемые отклонения.

3. Незадолго перед открытием Урана Гершелем произошло столкновение этой планеты или её сближение с кометой, резко изменившее орбиту Урана.

4. Закон притяжения Ньютона не остается абсолютно справедливым на таких больших расстояниях от Солнца, на каком находится Уран, и далее.

5. На движение Урана оказывает влияние ещё одна, до сих пор не открытая и не известная планета (см. рисунок).

Варианты 1-3 были отвергнуты астрономическим сообществом практически сразу, в отношении варианта 4 большинство астрономов испытывало серьёзный скептицизм. Таким образом, наиболее вероятной оставалась гипотеза № 5.

В ряде источников первым человеком, предположившим существование заурановой планеты, называется английский астроном Томас Хасси. После публикации таблиц движения Урана французским астрономом А. Буваром, Хасси на основе собственных наблюдений обнаружил аномалии в орбите Урана и предположил, что они могут быть вызваны наличием внешней планеты. После этого Хасси посетил Бувара в Париже и обсудил с ним вопрос об этих аномалиях. Бувар обещал Хасси провести расчеты, необходимых для поиска гипотетической планеты, если найдет время для этого. В ноябре 1834 Хасси направил письмо Д. Б. Эйри (в 1835 году ставшему директором Гринвичской обсерватории), где отмечает:

«Я имел разговор с Алексисом Буваром о предмете, над которым я часто размышлял и который, вероятно, вас заинтересует; ваше мнение определит и моё. Занимаясь много в последний год некоторыми наблюдениями Урана, я близко познакомился с таблицами Бувара для этой планеты. Кажущиеся необъяснимыми противоречия между „старыми“ и „новыми“ наблюдениями подсказали мне возможность существования некоторого возмущающего тела за орбитой Урана, которое остаётся пока неизвестным, поэтому не принималось до сих пор во внимание. Моя первая идея заключалась в том, чтобы установить эмпирически некоторое приближённое положение на небе этого предполагаемого тела, а затем приняться с моим большим рефлектором за работу, просматривая вокруг все малые звёзды. Но я сам оказался полностью неспособным выполнить первую часть такой программы… Позднее в разговоре с Буваром я спросил его, может ли такое иметь место. Его ответ был утвердительным… и что по этому поводу он вёл переписку с Ганзеном… На мой вопрос, можно ли получить положения эмпирически, а затем организовать поиски в близкой окрестности, он дал полностью положительный ответ. Он сказал при этом, что требующиеся для этого вычисления не столько трудны, сколько громоздки и что если бы у него было свободное время, то он бы их предпринял и передал результаты мне, как основу для проведения наблюдений именно в нужном малом участке неба»[6].

Эйри на это ответил:

«Я много размышлял над неправильностями Урана… Это — загадка. Но я без колебаний высказываю мнение, что сейчас ещё нет ни малейшей надежды выяснить природу внешнего воздействия. Если же такое есть, то я очень сомневаюсь в возможности определить положение планеты, оказывающей это действие. Я уверен, что этого нельзя сделать, пока природа нерегулярностей не будет хорошо определена после нескольких последовательных оборотов Урана [вокруг Солнца]»[6].

Поскольку продолжительность оборота Урана составляет 84 года, письмо Эйри охладило энтузиазм Хасси в поисках заурановой планеты.

Но, несмотря на скепсис Эйри, уже к 1836 в мировом астрономическом сообществе сложилось представление, что за орбитой Урана есть достаточно массивная планета и её надо искать. Так высказывались, например, в 1835 году известный немецкий астроном Э. Б. Вальц и директор обсерватории в Палермо Н. Каччиаторе. Последний даже сообщил, что он наблюдал в мае 1835 года движущееся небесное светило, представляющее, по-видимому, планету, расположенную за орбитой Урана.

Французский астроном Луи Вартман, узнав о наблюдениях Каччиаторе, опубликовал в том же 1836 году заметку, в которой он говорит, что ещё в сентябре 1831 года он также наблюдал движущееся небесное светило и высказывается в пользу того, что это — новая планета, которая должна находиться примерно на двойном расстоянии от Солнца по сравнению с Ураном, а её период обращения должен составлять, следовательно, около 243 лет.

Осталось неизвестным, действительно ли Вартман и Каччиаторе наблюдали новую планету, но, во всяком случае, их слова говорят не только о распространенности гипотезы о существовании неизвестной планеты, но и о том, что был уже поставлен вопрос о местонахождении этой планеты — за орбитой Урана. Но точных расчётов характеристик этой планеты и её орбиты не было сделано до середины 1840-х годов.

Открытие «на кончике пера»[править | править исходный текст]

Расчёты Д. К. Адамса[править | править исходный текст]

Джон Кух Адамс
Джеймс Чэллис

В 1841 году Д. К. Адамс знакомится с публикацией Эйри 1832 года, в которой была изложена теория Бувара для Урана, рассказано о её трудностях при совместном учёте «старых» и «новых» наблюдений, о её расхождениях с наблюдениями после 1820 года. В том же 1841 году Адамс начинает изучать астрономию в качестве обычных студенческих курсов, в частности, теорию движения Луны и планет. Проблема неизвестной планеты захватывает его всё сильнее. Весной 1843 года Адамс беседовал с директором обсерватории Кембриджского университета Д. Чэллисом о своих планах исследования проблемы неизвестной планеты и поисков этой планеты. Чэллис отнёсся к идеям Адамса благожелательно и обещал свою помощь. И действительно, как только Адамс, получив летом 1843 года первые результаты и увидев, что не хватает наблюдений, обратился к Чэллису. Последний сразу написал (13 февраля 1844 года) Эйри и менее чем через неделю получил от Эйри нужные наблюдения.

Начиная с лета 1843 года до сентября 1845 года Адамс получил шесть решений по движению Урана, из которых каждое следующее он считал точнее предыдущего. В сентябре 1845 года он передаёт Чэллису указанные элементы орбиты неизвестной планеты, а также расчёт её предполагаемого положения на небе 30 сентября 1845 года. Расхождение координат Адамса с фактическим положением неизвестной планеты составляло в сентябре-октябре 1845 года около 1°,9. Это величина довольно существенная, — около четырёх видимых диаметров Луны, — но всё же вполне позволяющая вести успешный поиск. Начав наблюдения, Чэллис мог бы добиться успеха. Впоследствии английские астрономы вменяли Чэллису в вину именно то, что он такие наблюдения осенью 1845 года не начал.

Здесь начинается цепь недоразумений, случайностей и странных событий, которые до сих нор нельзя полностью объяснить и которые длились до самого открытия Нептуна в сентябре 1846.

Расчёты У. Леверье[править | править исходный текст]

Урбен Леверье

Летом 1845 года Ф. Араго, директор Парижской обсерватории и глава французской астрономии того времени, предлагает У. Леверье заняться «проблемой Урана». В это время ни он, ни Араго не знали, что ею уже два года занимается в Англии Адамс, и что он уже получил существенные результаты.

В ноябре 1845 года Леверье публикует первую статью, посвящённую Урану. Он заново строит всю теорию движения Урана с учётом возмущений от известных планет, перекрывая и уточняя всё, что было сделано Буваром. Его работа и характер самого изложения отличались тщательностью, учётом тончайших деталей, чёткостью. Возмущения находятся двумя различными методами, что гарантирует отсутствие ошибок. Окончательно точность вычисляемых координат Урана 0",1.

На эту работу сразу обратил внимание Эйри. Нет ничего удивительного в этом. Ведь Эйри два месяца назад (в сентябре 1845 года) получил от Адамса краткую записку с результатами, означающими полное решение проблемы неизвестной планеты, но без какого-либо объяснения, как они получены. Конечно, такая записка не произвела на Эйри положительного впечатления, но всё же эта проблема вошла в какой-то мере в круг его непосредственных интересов. Теперь он видит статью Леверье, написанную именно в том стиле, какой ему импонирует. В ней не было решения проблемы, но в ней закладывалась солидная основа для дальнейшего анализа. Эйри написал впоследствии, оценивая эту работу:

«…Возможно, правильно сказать, что впервые теория движения Урана поставлена на удовлетворительное основание»

[7]

Опубликованное в 1847 году подробное изложение данной работы занимает около 100 страниц.

Всю зиму 1845 года и весну 1846 года Леверье усиленно продолжает исследования и 1 июня представляет в Академию наук вторую статью по данной проблеме. Она состоит из двух частей. В первой части Леверье заново проводит сравнение всех существующих наблюдений Урана и вычислений по своей точной теории движения Урана. Получены гораздо более подробные и более точные, чем у Адамса, данные о расхождениях между теорией и наблюдениями. Рассматривается 115 условных уравнений, составленных по 279 наблюдениям с 1690 по 1845 год, с целью устранения этих расхождений за счёт исправления элементов первоначальной орбиты Урана. Леверье делает категорический вывод: наблюдения совершенно непримиримы с теорией, обращается к Эйри в письме от 28 июня 1846 с просьбой организовать поиски новой планеты:

«Если я могу надеяться, что Вы достаточно доверяете моей работе, чтобы начать поиски планеты на небе, то я поспешу прислать Вам её точные координаты, как только их вычислю».

На это Эйри ответил отрицательно: «Близкий отъезд в Европу не позволяет тревожить месье Леверье просьбой о более точных числах». Однако отъезд Эйри в Европу намечался лишь через полтора месяца. Сам Эйри в беседе с Чэллисом и Джоном Гершелем 29 июня поднял вопрос об организации поисков новой планеты. Поскольку он относился к работе Леверье с полным доверием, причины такого ответа Эйри остаются всё же неясными.

Поиски новой планеты начались в Англии 29 июля 1846. Леверье о них ничего не знал до самого их конца.

Леверье продолжает активно работать дальше и 31 августа 1846 представляет в Парижскую Академию наук свою третью статью под названием: «О планете, которая производит наблюдаемые в движении Урана аномалии. Определение её массы, её орбиты и её нынешнего положения». Но во Франции, несмотря на огромный успех работ Леверье, никто из астрономов не собирался начинать поиски новой планеты. Тогда Леверье обращается за помощью к немецкому астроному Иоганну Галле, 34-летнему ассистенту Берлинской обсерватории. К тому был удобный повод: год назад Галле прислал Леверье в знак уважения свою диссертацию, посвящённую анализу наблюдений за движением Урана, выполненным датским астрономом Оле Рёмером. И Леверье 18 сентября отправляет письмо к Галле, в котором пишет: «Непосредственно сейчас я хотел бы найти настойчивого наблюдателя, который согласился бы уделить некоторое время наблюдениям в той области неба, где может находиться неизвестная планета. Я пришёл к своему выводу на основании теории движения Урана… Положение планеты сейчас и в течение ближайших нескольких месяцев благоприятное с точки зрения её обнаружения. Величина массы планеты позволяет сделать вывод, что её видимый диск более 3". При наблюдениях в хороший телескоп этот диск вполне можно отличать от мерцающих изображений звёзд".

Обнаружение новой планеты[править | править исходный текст]

Иоганн Готфрид Галле
Генрих Луи д’Арре

И.Галле, получив письмо Леверье 23 сентября, тем же вечером приступил к наблюдениям. Поскольку поиск новой планеты не входил в плановые наблюдения Берлинской обсерватории, на внеплановую работу нужно было получить разрешение директора обсерватории И. Ф. Энке, который отличался большой педантичностью в соблюдении регламента наблюдений, а также изрядным скепсисом в отношении инициатив молодых сотрудников. Поначалу Энке отказал Галле, но после настойчивых просьб последнего дал согласие, поскольку уходил на празднование своего юбилея (23 сентября 1846 Энке исполнилось 55 лет). Помочь Галле в поисках новой планеты с энтузиазмом вызвался 24-летний студент Генрих д’Арре.

Для наблюдений был использован ахроматический рефрактор, изготовленный компанией И.Фраунгофера. (Этот телескоп впоследствии был размещён в Немецком музее в Мюнхене, где его в настоящее время можно увидеть в качестве экспоната[8]). Для поиска новой планеты было два возможных пути:

  • 1.По видимому перемещению относительно звёзд (в этом случае каждую звезду в районе предполагаемого нахождения новой планеты надо было наблюдать дважды с интервалом в несколько дней, фиксируя её точные координаты);
  • 2.По видимому диску (размер которого, как указывал Леверье, должен был составлять порядка 3").

Поначалу Галле, направив телескоп в указанную Леверье точку неба, не обнаружил новой планеты. Тогда д’Арре предложил третий способ поиска: использовать карту звёздного неба, сличая светила, нанесённые на карту с теми, которые реально наблюдаются на небе. Поскольку неизвестной планеты на карте не может быть, ей окажется звезда, не обозначенная на звёздной карте. Для этого требовалась достаточно подробная и точная звёздная карта, и такая карта в Берлинской обсерватории была. Это была карта звёздного атласа Берлинской академии наук, составленная Карлом Бремикером и напечатанная в конце 1845. (К сентябрю 1846 эта карта ещё не была разослана в обсерватории Великобритании и Франции).

Взяв карту Бремикера, Галле и д’Арре продолжили наблюдения. Галле по очереди называл звёзды, их положение и блеск, а д’Арре отмечал их на карте. Сразу же после полуночи (в 0 часов 0 минут 14 секунд 24 сентября) Галле назвал звезду примерно 8-й звёздной величины, которую д’Арре на карте не нашёл. Её положение отличалось от указанного Леверье на 52'. С этим известием, несмотря на поздний час, д’Арре побежал к Энке, который присоединился к наблюдениям молодых коллег, и они втроём наблюдали за обнаруженным объектом до его захода в 2 ч 30 мин. Окончательной уверенности, что наблюдаемое светило является новой планетой, у них не было, поскольку из-за слабости выбранного окуляра телескопа диск светила они рассмотреть так и не смогли. Было решено продолжить наблюдения на следующую ночь. Наблюдения вечером 24 сентября велись уже в телескоп с окуляром, дающим 320-кратное увеличение, и в этот вечер все трое наблюдателей смогли, во-первых, разглядеть у нового светила диск размером примерно 3", а во-вторых, обнаружить его видимое собственное движение — примерно 70" к западу, что полностью совпадало с оценками Леверье. После этого никаких сомнений не оставалось: новая планета Солнечной системы открыта. Об этом открытии Галле уведомил Леверье письмом от 25 сентября.

Выбор названия новой планеты[править | править исходный текст]

Галле в своём письме к Леверье 25 сентября предложил для новой планеты название «Янус». Это соответствовало принятой у астрономов традиции, когда название новому объекту давал его первооткрыватель. Однако в этом случае ситуация была иной: мировое научное сообщество расценивало открытие новой планеты как исключительную заслугу Леверье.

Леверье в письмах Галле и редактору главного немецкого астрономического журнала Astronomische Nachrichten Г. Х. Шумахеру предлагает своё название — «Нептун». 1 октября он пишет письма Д. Б. Эйри и директору Пулковской обсерватории В. Я. Струве с предложением назвать новую планету Нептуном. Но в начале октября Леверье внезапно меняет своё решение и предлагает назвать планету в свою честь — «Леверье». В этом его активно поддержал директор Парижской обсерватории Франсуа Араго, однако эта инициатива натолкнулась на существенное сопротивление за пределами Франции[9]. Французские альманахи очень быстро вернули название «Гершель» для Урана, в честь её первооткрывателя Уильяма Гершеля, и «Леверье» для новой планеты[10].

В Англии Чэллис предложил другое название: «Океан»[11].

Директор Пулковской обсерватории Василий Струве отдал предпочтение названию «Нептун». О причинах своего выбора он сообщил на съезде Императорской Академии наук в Петербурге 29 декабря 1846 года[12]. Это название получило поддержку за пределами России и вскоре стало общепринятым международным наименованием планеты.

Скандал с «бумагами Нептуна»[править | править исходный текст]

В 1998 году были найдены так называемые «бумаги Нептуна» (имеющие историческое значение бумаги из Гринвичской обсерватории), которые были незаконно присвоены американским астрономом Олином Дж. Эггеном и хранились у него в течение почти трёх десятилетий, и были найдены в его владении только после его смерти[13].

Мифы об открытии Нептуна[править | править исходный текст]

Издание «Пророчеств Мишеля Нострадамуса» 1568 года

Открытие Нептуна, как и любое значительное событие в истории, стало обрастать мифами. Один из них — это якобы предсказанные за 300 лет Нострадамусом время и обстоятельства открытия планеты. В 4-й центурии, 33-м катрене Нострадамуса есть строки:

Юпитер связан с Венерой больше, чем с Луной,

Явившейся во всем своем блеске.

Венера скрыта, в свете Луны исчез Нептун,

Поражаемый тяжелым копьем Марса.

Некоторые интерпретаторы Нострадамуса предложили следующее толкование этих строк:

Нептун в свете полной Луны.

Полнолуние. Констелляция 7.08.1846.

Марс в оппозиции к Нептуну.

Венера под горизонтом.

Расстояние от Венеры до Юпитера.

Расстояние от Юпитера до Луны.

Критики Нострадамуса отмечают, что каждую фразу его катренов можно интерпретировать десятками разных способов, «подгоняя» интерпретацию под реально произошедшие события. Все интерпретации текстов Нострадамуса являются наложением «предсказаний» на уже прошедшие события с целью доказательства их истинности. Действительно, до сих пор никто публично не смог предсказать ни одно событие в будущем, пользуясь так называемыми «пророчествами», и катрен, якобы посвящённый открытию Нептуна, исключения не составляет.[источник не указан 199 дней]

Мировоззренческое значение открытия Нептуна[править | править исходный текст]

Открытие Нептуна имело исключительно важное значение для науки, поскольку оно окончательно подтвердило справедливость как гелиоцентрической системы мира Николая Коперника, так и справедливость и универсальность закона всемирного тяготения. Открытие ранее невидимой планеты было подготовлено союзом небесной механики и всевозрастающей точности искусства астрономических наблюдений.

Д. Б. Эйри отмечал:

«Во всей истории астрономии и, даже я могу сказать, во всей истории науки не происходило ничего подобного… Уран, Церера, Паллада были открыты в ходе наблюдений, которые вовсе не предусматривали открытие планет… Но движение Урана, изученное учёными, которые находились целиком под впечатлением универсальности закона притяжения, указывало на действие некоторого возмущающего тела. Математики, наконец, решились приступить к работе, чтобы удостовериться в возможном существовании такого тела. Они показали, что предположение о возмущающем теле, движущемся по некоторой определённой орбите, полностью объясняет возмущение Урана. С твёрдостью, которую я должен характеризовать как замечательную, они выразили своё убеждение, что возмущающая планета должна находиться точно в некотором месте и иметь такой-то вид. Она действительно была найдена на этом месте и имела предсказанный вид. История астрономии не знает других подобных примеров.»[14].

См. также[править | править исходный текст]

Примечания[править | править исходный текст]

  1. Обычно в качестве даты открытия приводится 23 сентября; Галле и д’Арре действительно начали наблюдения вечером 23 сентября, но фактически Нептун был обнаружен ими уже после полуночи, то есть 24 сентября 1846 года.
  2. Hirschfeld Alan Parallax:The Race to Measure the Cosmos. — New York, New York: Henry Holt, 2001. — ISBN 0-8050-7133-4
  3. Britt, Robert Roy New Theory: Galileo Discovered Neptune. Space.com (9 июля 2009). Проверено 10 июля 2009. Архивировано из первоисточника 5 июля 2012.
  4. Günther Buttmann The shadow of the telescope: a biography of John Herschel. — James Clarke & Co.. — P. 162.
  5. Fred William Price The planet observer's handbook. — Cambridge University Press, 2000. — P. 352. — ISBN 9780521789813
  6. 1 2 Гребенников Е. А., Рябов Ю. А. Поиски и открытия планет.§ 9
  7. Цит. по:*Гребеников Е.А., Рябов Ю.А. Урбен Жан Жозеф Леверье и открытие новой планеты // Гребеников Е.А., Рябов Ю.А. Поиски и открытия планет. — 2-е изд., перераб и доп.. — М.: Наука, 1984. — С. 119. — 224 с. — (Главная редакция физико-математической литературы). — 100 000 экз.
  8. Frommers: Deutsches Museum (accessed September 25th 2010)
  9. Baum, R., Sheehan, W. (1997). In Search of Planet Vulcan: The Ghost in Newton's Clockwork Universe. Plenum. pp. 109—110
  10. Gingerich, Owen (1958). «The Naming of Uranus and Neptune». Astronomical Society of the Pacific Leaflets 8: 9—15. Проверено 2008-02-19.
  11. Moore (2000): 206
  12. Hind, J. R. (1847). «Second report of proceedings in the Cambridge Observatory relating to the new Planet (Neptune)». Astronomische Nachrichten 25: 309. DOI:10.1002/asna.18470252102. Проверено 2008-02-18. Smithsonian/NASA Astrophysics Data System (ADS)
  13. Открытие Нептуна. Британский кейс. (англ.)
  14. Гребенников Е. А., Рябов Ю. А. Поиски и открытия планет.§ 11

Литература[править | править исходный текст]

Ссылки[править | править исходный текст]