Удивительная Солнечная система

Еще до открытия Урана немецкий астроном И. Тициус эмпирически нашел, а другой немецкий астроном И. Боде широко распропагандировал правило, связывающее порядковый номер планеты с расстоянием ее от Солнца: R_n = 4 + 3 × 2ⁿ

, где R_n – средний радиус орбиты в астрономических единицах, а п =

о для Венеры, 1 для Земли, 2 для Марса и т. д. (Для Меркурия п равен минус бесконечности.) Действительность как будто подтверждала правило Тициуса – Боде: максимальное отличие среднего радиуса орбиты от реального едва превышало 5 % (для Марса). Орбита открытого Гершелем Урана также хорошо вписывалась в правило Тициуса – Боде. Лишь орбита Нептуна резко не согласуется с правилом Тициуса – Боде, но Нептун был открыт лишь в 1846 году, так что правило, оказавшееся впоследствии ошибочным, в конце XVIII столетия принималось многими за истину. Имелась только одна странность: отсутствовала планета с п = 3.

Бытовавшие с глубокой древности представления о «гармонии сфер» и о том, что «природа не терпит пустоты», побуждали астрономов верить: неизвестная планета между Марсом и Юпитером действительно существует, вопрос лишь в том, как найти ее. Пусть планета мала, пусть темна – это чисто наблюдательная задача. В распоряжении астрономов уже имелись достаточно крупные телескопы, чтобы решить ее. И вот барон Франц Ксавер фон Цах, бывший в то время главным астрономом Австрийской империи, начал методические поиски недостающей планеты. Увы – для одного астронома эта задача оказалась непосильной. Представьте себе, сколько звездочек ярче, скажем, 9-й звездной величины находится в полосе плюс-минус 10° от эклиптики, и вы поймете всю громоздкость задачи, а если вы когда-нибудь смотрели на небо в телескоп, то не только поймете, но и ужаснетесь. Ведь необходимо было дважды тщательно измерить координаты каждой звездочки! Тогда Цах понял, что для поисков новой планеты необходимы скоординированные усилия многих астрономов.

В 1800 году Цах разделил зодиакальную область неба на 24 зоны и намеревался предложить 24 астрономам заняться поисками планеты. Нашлись и единомышленники, правда, в меньшем количестве, чем нужно. Времена стояли непростые: уже начались наполеоновские войны, в Европе было неспокойно. И все же Цах надеялся на успех. Но прежде чем были разосланы карты и работа развернулась, в первый день XIX столетия, 1 января 1801 года итальянский астроном Джузеппе Пиацци случайно открыл новую планету между Марсом и Юпитером.

Пиацци не участвовал в программе Цаха – ему только еще собирались предложить это. Будучи профессором астрономии Палермского университета (Сицилия), он занимался рутинной работой по определению положения звезд для каталога. Одно светило 8-й звездной величины привлекло его внимание быстрым движением среди звезд. Пиацци решил, что открыл новую комету – правда, без туманной оболочки, не говоря уже о хвосте, но мало ли во Вселенной всяких «уродцев», не вписывающихся в общие правила! По виду объект был неотличим от звезды, из чего Пиацци сделал правильный вывод, что если это все-таки планета, то очень маленькая.

Шесть недель Пиацци следил за открытым им светилом, пока болезнь не прервала его работу, а по выздоровлении Пиацци не смог найти на небе открытый им объект – так сильно он переместился. Тогда Пиацци разослал письма другим астрономам с сообщением об открытии и просьбой искать «утерянное» светило. Какова его орбита, Пиацци не знал – он не смог вычислить элементы орбиты из своих наблюдений.

И тут очень кстати подоспело открытие, сделанное молодым, а впоследствии великим математиком Карлом Гауссом. Чуть ранее открытия Пиацци он разработал метод вычисления элементов орбит небесных тел. Всего этих элементов шесть. Два из них (большая полуось и эксцентриситет) определяют параметры эллипса, третий показывает ориентацию эллипса в своей плоскости, четвертый и пятый определяют положение орбитальной плоскости относительно основной координатной плоскости (в качестве которой чаще всего берется плоскость эклиптики), и, наконец, шестой элемент определяет положение объекта на орбите в некий начальный момент времени. Гаусс блистательно решил увлекшую его математическую задачу: определить, по скольким наблюдениям движущегося небесного тела можно вычислить все шесть элементов его орбиты. Он математически доказал, что необходимы всего три наблюдения.

Понятное дело, желательно, чтобы эти три наблюдения проводились с достаточно большой разницей во времени, иначе неизбежные погрешности в определении небесных координат объекта приведут к значительной ошибке в вычислении орбиты, – но как раз с этим у астрономов-наблюдателей дело не всегда обстоит хорошо. Впрочем, Пиацци следил за перемещением своей звездочки достаточно долго, чтобы можно было уверенно вычислить орбиту. Она оказалась не кометной, а планетной, правда, со значительным наклоном к эклиптике (более 10°), но зато с эксцентриситетом, равным 0,0789, что меньше, чем у орбиты Марса. При этом орбита нового тела находилась между орбитами Марса и Юпитера и очень хорошо соответствовала правилу Тициуса – Боде.