Читать книгу - "Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей - Алексей Михайлович Семихатов"

однозначно фиксированным (рис. 3.2). Можно ли разместить правильные многогранники в такой последовательности, чтобы они воспроизводили относительные размеры орбит, по которым движутся все шесть планет? После Кеплера едва ли многие занимались подобными геометрическими упражнениями, и даже число планет оказалось в действительности не равным шести. Седьмая планета, сейчас известная как Уран, робко появлялась в поле зрения наблюдателей несколько раз начиная, во всяком случае, с конца XVII в., но четко зафиксированное наблюдение движущегося по небу объекта принадлежит Гершелю (1781), который, правда, воспринял этот объект как комету и некоторое время продолжал считать его кометой, даже когда другие астрономы, извещенные об открытии, стали склоняться к тому, что это нечто «подобное планете» – да, собственно, и есть планета[44].

Рис. 3.2. Конструирование причин (по Кеплеру) того, что орбиты всех шести планет в Солнечной системе имеют именно такие относительные размеры

Через несколько десятков лет после своего открытия Уран (интересный и сам по себе, что мы здесь полностью игнорируем) стал трамплином – можно сказать, батутом – для дальнейшего познания Солнечной системы. Однако способ, каким это случилось, был, видимо, не совсем привычен современникам (зато к нашему времени обрел практически бесконечную популярность, не в последнюю очередь из-за своей относительной дешевизны). У этой планеты есть два массивных соседа, Сатурн и Юпитер, которые не могут не влиять на ее движение. К 1821 г., как раз когда все большее распространение получало название «Уран», движение этой планеты стало предметом значительного внимания. Бувар по результатам своих вычислений опубликовал таблицы орбиты Урана на годы вперед. Это значит, что он решил задачу о движении Урана с учетом притяжения не только к Солнцу, но и к двум большим планетам; такое решение требует начальных условий (см. главу «прогулка 1»), которые Бувар фиксировал по результатам имеющихся наблюдений. Идея вычислений состояла в том, чтобы последовательно находить отклонения от кеплерова эллипса из-за влияния соседей, которые при этом сами не стоят на месте. Со времен «Начал» Ньютона прошло 130 лет, в течение которых методы таких вычислений непрерывно совершенствовались, и не было никаких причин сомневаться, что Уран будет с течением времени виден на небе именно там, где ему «велел» находиться Бувар. Уран, однако, не стал этого делать. Разумеется, он двигался примерно по кеплерову эллипсу, но отклонения не точно соответствовали тем, которые предсказал Бувар. В частности, Уран ускорялся в своем движении сильнее, чем ожидалось.

Соседние планеты слегка искажают кеплеровы эллипсы

Как всегда в таких случаях, возможны варианты; о них легко рассуждать задним числом, когда вы дочитали детектив до конца, но участники расследования (в данном случае – ученые) не могут подсмотреть в конец книги и вынуждены угадывать причину несоответствия, которая вообще-то может оказаться какой угодно. Это могут быть ошибки в вычислениях (а такие ошибки иногда оказываются довольно тонкими, и их нелегко выловить). Вариант более серьезный – используемая теория не совсем правильна. Наконец, вспомним, что познание мира после «Начал» Ньютона было нацелено на причины. Какая причина может приводить к несогласию между предсказанным и наблюдаемым поведением планеты, когда влияния всех известных планет уже учтены? Влияние неизвестной.

Бувар скончался в июне 1843 г. Запущенная им цепочка событий – выразительная иллюстрация того, как работает наука: она публична и открыта, приглашая каждого воспользоваться ее результатами в меру сил (и, не будем наивными, в меру квалификации). Бувар подозревал наличие неизвестного тела довольно значительной массы, которое находилось где-то (точнее говоря, двигалось как-то) и оттуда влияло на Уран. Полезно представлять себе пространственный масштаб: оно могло находиться на расстоянии от трех до пяти миллиардов километров от нас. За математическую охоту на это тело с начала 1840-х гг. со всей серьезностью принялся Адамс, которому тогда едва исполнилось 20 лет (основные участники событий представлены на рис. 3.3). Адамсу нужны были не только таблицы Бувара, но и максимально точные данные наблюдений Урана. Сравнивая табличные значения и данные наблюдений, он надеялся решить обратную задачу: не по известным причинам определить движение, а, наоборот, по наблюдаемому движению восстановить недостающую причину (я думаю, Ньютон должен был бы испытывать полнейший восторг). Адамс написал королевскому астроному сэру Джорджу Эйри, который попросил ответных разъяснений, так что дело шло не быстро. В конце концов Адамс получил некоторые данные и к 1846 г. высказал предположение (собственно, несколько уточняющих друг друга предположений) о том, где может находиться неизвестная «планета X».

Рис. 3.3. Алексис Бувар, Джон Куч Адамс, Урбен Леверье, Джеймс Чэллис, Иоганн Готтфрид Галле, Генрих Луи д'Арре, Уильям Лассел

Наука приглашает к решению проблемы всех заинтересованных и при этом не замыкается в одной стране: независимо от Адамса француз Леверье проделал вычисления с той же целью – узнать, как могла бы двигаться неизвестная планета, чтобы ее влияние отвечало в точности за «аномалии» в движении Урана. Когда французские (!) коллеги отнеслись к его идеям прохладно, Леверье написал директору Кембриджской обсерватории Чэллису. Примерно в этот момент на сцене появляется Джон Гершель, сын первооткрывателя Урана, который с энтузиазмом поддержал необычную идею, что планету можно открыть математически, и убедил Чэллиса приняться за наблюдения, что тот и сделал в августе 1846 г. «Найти» планету на фоне многочисленных звезд означает зафиксировать ее наличие там, где ее определенно не было некоторое время назад. Это не единовременный акт «взглянул, увидел, открыл», и новостей от Чэллиса не поступало. Наука же не только интернациональна, но и конкурентна. Леверье написал еще и директору Берлинской обсерватории Галле, рядом с которым в обсерватории случился быть, выражаясь современным языком, аспирант, предложивший не откладывать дело в долгий ящик, а сравнить сделанную ранее карту ключевого участка неба с тем, что видно в телескоп прямо сейчас. Они вдвоем – Галле и д'Арре – открыли планету (известную нам как Нептун) ночью того же дня, когда Галле получил письмо, 23 сентября 1846 г. Она обнаружилась в 1° в стороне от положения, которое предсказал для нее Леверье, и в 12° от предсказания Адамса. Наука и правда делится своим результатами для того, чтобы их можно было развивать: через 17 дней после открытия планеты Лассел открыл ее спутник (который много позднее получил имя Тритон).

Нептун –