Невидимый партнер
Представьте себе, сто вы наблюдаете за выступлением фигуристов, но только не в зале, а на ледяной беговой дорожке, и при этом видна только партнерша, а партнер — человек-невидимка. Взявшись за руки, они мчатся по кругу, но мы видим только фигуристку. Можем ли мы определить, что их на самом деле двое? Безусловно, да. Фигуристка то немного отстает, то обгоняет партнера, они отклоняются то влево, то вправо, и раз уж они держатся за руки, то движения человека-невидим-ки отражаются на фигуристке. Примерно так же астрономы догадываются о существовании невидимой планеты: путь видимой планеты, например, Урана, немного отличается от рассчитанной орбиты, значит, где-то есть еще одна планета, которая силой притяжения оттягивает видимую планету от нормальной траектории.
В 1845 году француз Урбен Леверье и англичанин Джон Адамс указали таким образом на существование планеты Нептун. Длительные наблюдения Урана стали расходиться с предсказаниями теории гравитации Ньютона, что могло означать либо ее несовершенство, либо присутствие неизвестной планеты. Астрономы справедливо решили, что теория верна, но виновата невидимая планета, и предсказали ее положение на небе, где вскоре она действительно была обнаружена.
Однако спустя полвека выяснилось, что даже с учетом притяжения Нептуна, Уран продолжает вести себя иначе, чем предсказывает теория. Поэтому астрономы решили повторить трюк с невидимой планетой и предположили существование еще одной — девятой планеты Солнечной системы.
Здесь будет уместно заметить, что открыть неизвестную планету по наблюдениям известной не так легко, как может показаться. В отличие от пары бегунов на ледяной дорожке, в "танце" планет Солнечной системы участвует значительно больше "партнеров", которые притягивают друг друга по закону Всемирного тяготения. При этом "глава хоровода" — Солнце — во много тысяч раз массивнее Урана и Нептуна, так что взаимное тяготение планет способно вызвать отклонения их орбитальных параметров лишь на доли процента. Кроме того, внешние планеты обращаются вокруг Солнца очень медленно, и для того, чтобы с высокой точностью определить их невозмущенные орбиты, нужно наблюдать их достаточно долго — хотя бы несколько оборотов — и все это время очень точно определять их положение на небе. Обработав эти наблюдения, можно вычислить ее невозмущенную орбиту и лишь затем искать отклонения планеты от этой орбиты, вызванные неизвестным телом. При этом нельзя забывать, что известные планеты тоже искажают невозмущенную орбиту, так что приходится учитывать возмущения движения, например, Урана, за счет притяжения Юпитера, Сатурна и Нептуна. Иначе вместо новой планеты мы рискуем переоткрыть старую!
В 1915 году Персиваль Ловелл указал участок неба, где должна находиться неизвестная планета, если она существует на самом деле. В теоретических изысканиях участвовали и другие астрономы. Так, Уильям Пикеринг в 1909, 1919 и 1928 годах публиковал различные варианты вероятных планет. Руководствуясь статистикой кометных орбит, Камилл Фламмарион, а впоследствии Александер Форбс высказывались в пользу существования планеты за Нептуном. Но только Ловелл был настолько уверен в успехе, что лично финансировал поиски девятой планеты. Она действительно была найдена наблюдателем Клайдом Томбо в 1929 году приблизительно там, где быта предсказана Ловеллом и Пикерингом, и названа Плутоном.
Вакансия для десятой паанеты
Тотчас же после открытия новая планета начала подкидывать астрономам сюрпризы. Когда по наблюдениям покрытия Плутоном звезды был измерен его диаметр, оказалось, что он не превышает 6400 км. Казалось бы, ничего особенного: всего в два раза меньше Земли. Но в сочетании с массой Плутона, равной по Пикерингу 0.75 массы Земли, средняя плотность этой планеты должна составлять 30 г/см3! Если же последовать Ловеллу, предложившему для Плутона массу в 6.7 масс Земли, то его плотность вырастает до 264 г/см3! Выходило нечто невероятное: в Солнечной системе открыто тело, плотность которого указывает на родство со звездами типа белого карлика! Но возможно было и другое объяснение: диаметр Плутона слишком мал для той массы, которую ему приписывали открыватели, и на самом деле девятая планета должна быть значительно "легче".
Но как такое легкое тело могло вызвать заметные отклонения Урана от теоретической орбиты? Приблизительно до середины нашего века продолжался диспут, был ли на самом деле предсказан Плутон или его открытие стало следствием случайного совпадения.
Конец сомнениям положило открытие спутника Плутона, сделанное 7 июля 1978 года Джеймсом Кристи из Морской обсерватории США. По взаимному движению планеты и спутника стало возможным точно определить их массу. Она оказалась в 400 раз меньше массы Земли! Стало очевидно, что открытие Плутона было случайностью. Но как тогда объяснить отклонения Урана, на основании которых по указанию и на средства Персиваля Ловелла были начаты (и успешно завершились!) поиски Плутона? Так незаметно от проверки предсказаний Ловелла и Пикеринга исследователи переключились к поискам еще одной, десятой планеты Солнечной системы.
Вероятно, одно из самых впечатляющих исследований в этой области принадлежит сотруднику Морской обсерватории Соединенных Штатов Роберту Харрингтону. Он попытался воспроизвести видимые отклонения Урана и Нептуна, поместив в Солнечную систему еще одну планету и просчитав ее влияние на известные планеты с помощью компьютера. Так как никто не знает, где может находиться эта планета, ученый испробовал для нее почти двести тысяч различных вариантов местонахождения и массы. Для каждого варианта Харрингтон вычислил гипотетическое отклонение Урана и Нептуна от их "стандартных" орбит. При этом он также учел возмущения в движении Урана и Нептуна за счет известных планет Солнечной системы.
Харрингтон обнаружил, что примерно две тысячи вариантов достаточно хорошо повторяют видимые отклонения Урана. Замечательно, что удовлетворяющие этим условиям "Планеты Икс" в год открытия Плутона должны были находиться примерно в том же районе неба. Не значит ли это, что вычисления Персиваля Ловелла и впрямь навели ученого на след далекой десятой планеты, а Клайду Томбо посчастливилось в том же месте открыть девятую — маленький Плутон?
Выяснилось, однако, что ни один из этих вариантов не годится для описания отклонений Нептуна. Казалось бы, возникает противоречие: десятая планета действует на далекий Уран, но не влияет на близкого соседа — планету Нептун. Впрочем, нужно учесть, что орбита Нептуна известна нам хуже, чем орбита Урана, так как с момента открытия Нептун не сделал и одного оборота вокруг Солнца, а Уран — более двух с половиной! Поэтому ошибки в движении Нептуна, вызываемые десятой планетой, могут быть просто меньше, чем ошибки определения самой орбиты Нептуна.
Основываясь на проведенных вычислениях, Харрингтон указал возможные видимые положения гипотетических десятых планет на небе. Они группируются в два "скопления", расположенные около противоположных точек небосвода. Дело в том, что как по одному лишь факту прилива нельзя сказать, где находится Луна — в зените или в надире, так и возмущения видимой планеты не дают уверенного ответа на вопрос о том, с какой стороны от Солнца находится сейчас невидимая планета.
Российские ученые из петербургского Института теоретической астрономии М. В. Бажкова, Н. Е. Макарова и Ю. Д. Медведев также приняли активное участие в поисках десятой планеты. Однако наши специалисты не предложили новую планету, а наоборот, опровергли возможность существования некоторых гипотетических тел. В своих расчетах они рассматривали влияние десятой планеты не только на Уран и Нептун но и на комету Галлея, которая большую часть времени проводит вдали от Солнца и могла слегка "отступить" от своей орбиты под воздействием притяжения неизвестного тела. Таким образом удалось отвергнуть несколько гипотетических "Планет Икс", поскольку будь они на самом деле там, где их предсказали, они вызвали бы заметные отклонения в движении Урана, Нептуна или кометы Галлея, которые, однако, не наблюдаются.
Астрономы из Нижнего Новгорода и Вологды под руководством В. В. Радзиевского пошли еще дальше: они попытались использовать для предсказания десятой планеты все кометы, залетавшие во внутреннюю часть Солнечной системы из далекого трансплутонового пометного облака. Идея состояла в том, что если нанести на небесный глобус полюсы орбит комет, то с помощью специальных подсчетов можно определить и полюс орбиты планеты, с которой они взаимодействовали (если, конечно, подобное взаимодействие имело место).
Сделав это, астрономы обнаружили на глобусе полюс орбиты Юпитера, с которым многим кометам на самом деле пришлось иметь довольно близкие "отношения" (вспомним комету Шумейкеров-Леви 9, которая врезалась в Юпитер в 1994 году). Этот результат убедил исследователей, что они движутся в правильном направлении, и вскоре они нашли на глобусе еще несколько полюсов, которые не удалось отождествить с известными планетами.
Согласно Радзиевскому, невидимые "возмутители" комет находятся страшно далеко от Солнца и движутся не в плоскости Солнечной системы, а в плоскости Галактики. К примеру, одна из таких планет движется вокруг Солнца на расстоянии 170 астрономических единиц и находится сейчас в созвездии Южного Креста.
Есть ли она на самом деле?
Так или иначе, но "Планета Икс" уже достаточно долго избегает обнаружения, и вполне естественно возникает вопрос: есть ли она на самом деле?
Мы привыкли со школьных лет выстраивать планеты в порядке удаления от Солнца: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Но не каждый знает, что Нептун и Плутон меняются местами в этом списке! Орбита Плутона заметно вытянута, и планета то приближается к Солнцу, становясь восьмой по счету, то удаляется от него, занимая девятое место. Внимательный читатель тут же задаст вопрос: почему Нептун и Плутон не сталкиваются? Оказывается, планеты никогда не подходят близко друг к друга, потому что движутся в так называемом резонансе: период их обращения вокруг Солнца находятся в отношении 2:3.
Из-за резонанса планеты сближаются только тогда, когда Плутон находится в афелии — самой далекой от Солнца точке своей орбиты. И только десятая планета может оказаться "третьей лишней", способной разрушить вечный танец Нептуна и Плутона и заставить их сблизиться настолько, что Плутон покинет свою постоянную орбиту и начнет скитания.
На сверхмощном компьютере астрономы смоделировали движение Нептуна и Плутона вместе с различными "Планетами Икс" на 4 миллиона лет вперед и установили, что только достаточно маленькая или очень далекая от Солнца планета не разрушит резонанс Нептуна с Плутоном. Но поскольку мы видим Плутон там, где он есть, значит невидимая планета, если она существует, действительно не способна повлиять роковым образом на движение Плутона. Это значит, что либо она слишком маленькая, либо ее орбита находится очень далеко от Солнца!
Конец сомнениям положила работа сотрудника Калифорнийского технологического института Е. Стендиша. Он заново проанализировал расхождения между видимыми и расчетными положениями Урана и Нептуна, на основании которых собственно и начался поиск десятой планеты. При этом Стендиш воспользовался самыми современными данными о массах Урана и Нептуна, полученными с помощью американских космических аппаратов "Вояджер". Массу Нептуна, кстати, пришлось исправлять почти на 0.5%!
Стендиш заново определил невозмущенную орбиту Урана, учтя все точные наблюдения этой планеты, начиная с 1830 года, и рассчитал отклонения Урана от этой орбиты, вызываемые известными планетами. Полученная траектория и соответствующий ей видимый путь Урана оказались в таком хорошем согласии с наблюдениями, что Стендиш предложил вообще отказаться от гипотезы десятой планеты.
В необычайно эмоциональном заключении к своей научной работе Стендиш пишет: "Множество профессиональных судеб за три последних столетия было посвящено нескончаемым сериям наблюдений звезд и планет на меридианном круге. Эти наблюдения представляют собой одни из наиболее точных научных измерений, сделанных до открытия электроники. Многочисленные успехи, ставшие возможными благодаря этим инструментам, определенно впечатляют больше всего. Тем не менее, при любых измерениях существует предел точности, за которым нельзя ожидать извлечения полезной информации. Есть много случаев, когда этот предел тщетно пытаются преодолеть. "Планета Икс", несомненно, один из них".
Поиск продолжается
И все же, точку в этой истории ставить, наверное, пока еще рано. Ведь выдвижение аргументов "за" и "против" существования "Планеты Икс" далеко не закончилось. Заподозрив в движениях Урана и Нептуна след десятой планеты Солнечной системы, астрономы начали поиск других свидетельств ее существования. О некоторых из них было рассказано в этой статье. И хотя последние расчеты показывают, что все известные планеты ведут себя вполне предсказуемо и необходимости в гипотезе о десятой планете не возникает, косвенные свидетельства в пользу десятой планеты никто не отвергал. Вероятно, ее будут открывать и закрывать на бумаге до тех пор, пока растущая мощь телескопов или удачный рейс космического аппарата за пределы орбиты Плутона не установят окончательно, существует ли "Планета Икс" на самом деле.
Дикарев Валерий Владимирович — аспирант Санкт-Петербургского университета по специальности астрометрия и небесная механика.
