Охота на планету: Нептун

Однако это лишь первая аппроксимация исторической истины. Здесь упущены конкретные факты, имена прочих (и отнюдь не второстепенных!) участников событий, хронологические детали, тонкие нюансы человеческих отношений и социальных связей — и много, много чего еще. Сейчас, в Международный год астрономии, стоит напомнить историю открытия восьмой планеты без каких-либо упрощений и пропусков.

26 июня 1841 года 22-летний студент-математик кембриджского колледжа Святого Иоанна (St. John’s College) Джон Кауч Адамс заглянул в книжную лавку Джонсона, которую весьма почитали как учащиеся, так и доны его университета. Роясь в книгах, он наткнулся на опубликованный в 1832 году доклад директора Кембриджской обсерватории Джорджа Биделла Эри о прогрессе астрономии в XIX столетии, представленный только что созданной Британской ассоциации в поддержку науки. Эри утверждал, что наука о небесах движется вперед семимильными шагами и фактически не имеет нерешенных проблем за исключением единственной — странного поведения Урана. Любые попытки определить характеристики его орбиты и на основе этого предсказать положение среди светил неизменно завершались неудачами. Спустя несколько лет после очередного уточнения планета отклонялась от вычисленной траектории, и эти аберрации накапливались с течением времени. Сами по себе они были весьма невелики — порядка одной угловой минуты. Однако астрономы уже тогда умели вычислять движения прочих планет с точностью до нескольких секунд и никогда не ошибались. А вот с Ураном явно происходило что-то неладное.

Эта проблема особенно обострилась благодаря работам французского астронома Алексиса Бувара. В 1821 году он опубликовал наиболее обоснованные (естественно, для того времени) таблицы будущих позиций Урана на небесной сфере. Уже через 4−5 лет австрийские наблюдатели обнаружили небольшие расхождения между реальным движением планеты и координатами Бувара. К 1830 году эти девиации достигли 30 угловых секунд, так что пренебречь ими оказалось невозможным. Поэтому Эри имел все основания указать на эту аномалию в своем докладе.

Астрономы первой половины XIX века пытались объяснить девиации Урана его столкновением с крупной кометой, сопротивлением межпланетной среды, неточностью ньютоновского закона тяготения и даже арифметическими ошибками составителя таблиц. Однако все эти гипотезы были не слишком убедительными. Поэтому в 1832—1841 годах как минимум шестеро астрономов (в их числе и сам Бувар) независимо друг от друга пришли к выводу, что аномалии в движении Урана, по всей вероятности, обусловлены притяжением еще одной дальней планеты (племянник Алексиса Бувара Эжен, тоже астроном, даже написал об этом Эри, но сочувствия не встретил). Так что мысль о существовании трансурановой планеты уже в 1830-х годах не то чтобы носилась в воздухе, но пробивалась на поверхность. Более того, директор Кенигсбергской обсерватории Фридрих Вильгельм Бессель с учеником Фридрихом Флеммингом даже приступили к вычислениям, которые могли стать основой для ее открытия. Но Флемминг скоропостижно скончался, а Бессель заболел раком и оставил эту задачу. Случись иначе, Нептун, вероятно, открыли бы в начале 1840-х.

Случайная встреча с книгой Эри стала для Адамса поистине судьбоносной. Судя по всему, он сразу предположил, что на движение Урана влияет неизвестная планета, расположенная еще дальше от Солнца. Во всяком случае, он решил после получения диплома заняться аномалиями Урана и выяснить их причину.

Пока Адамс учился в Кембридже, ему и в самом деле было не до Урана. В конце весны 1843 года он лучше всех соискателей сдал финальный экзамен по специальности (mathematical tripos, требуется для получения отличия). Это была нешуточная задача — выполнить 12 письменных работ, на каждую из которых полагалось три часа. Адамс в общей сложности набрал больше 4000 баллов и вдвое опередил ближайшего соперника. Столь блестящий результат вкупе с престижной премией Смита обеспечил ему академическую карьеру. Адамса без промедления избрали сочленом того самого кембриджского колледжа Святого Иоанна, где он проучился четыре года. Препятствий для изучения аномалий седьмой планеты больше не существовало.

На лето Адамс уехал в Корнуолл на родительскую ферму и там приступил к вычислениям. Осенью он возвратился в университет и занялся преподаванием математики. В свободное время (а его было не так и много) он упорно продолжал заниматься Ураном, лишь иногда отвлекаясь на определение кометных траекторий.

Адамс начал свои калькуляции с двух упрощающих допущений. Он предположил, что гипотетическая планета обращается вокруг Солнца по правильной окружности, радиус которой задан правилом Тициуса-Боде и посему ровно вдвое превышает радиус орбиты Урана.

Расчеты показали, что притяжение такой планеты по крайней мере качественно объясняет аномальное поведение Урана. Теперь предстояло главное — определить массу этого небесного тела и выяснить, где следует искать его на небесной сфере. Эти задачи Адамс смог решить в конце лета 1845 года. Он пришел к заключению, что новая планета в три раза тяжелее Урана и потому на земном небосводе всего лишь вдвое меньше его (отсюда следовало, что ее можно видеть в любой хороший телескоп). Он вычислил также, что ночью 1 октября она окажется в созвездии Водолея вблизи границы с созвездием Козерога.

А дальше начались странности. Адамс хорошо знал Джеймса Челлиса, преемника Эри на посту директора Кембриджской обсерватории (сам Эри в 1835 году был назначен королевским астрономом и автоматически возглавил национальную обсерваторию в Гринвиче). Челлис еще в феврале 1844 года письменно запросил у Эри все доступные сведения о положении Урана за несколько десятилетий, подчеркнув, что делает это по просьбе своего юного друга Адамса, который работает над теорией движения этой планеты (и Эри немедленно прислал требуемые сведения).

Казалось бы, Адамсу нужно было сразу убедить Челлиса заняться поисками новой планеты. Однако он лишь ознакомил коллегу со своими выводами, но от просьбы их использовать воздержался. По его признанию, он не питал ни малейших надежд, что астрономы-практики вот так сразу и поверят его выкладкам. Такой скептицизм был вполне оправдан — во всяком случае, по отношению к Челлису. Тот действительно не захотел (в чем позднее и признавался) искать на небосводе восьмую планету, однако дал Адамсу рекомендательное письмо к Эри, датированное 22 сентября. Спустя несколько дней Адамс сам завез его в Гринвич.

Здесь его постигло разочарование — королевский астроном пребывал в Париже на сессии Академии наук. Адамс оставил Эри письмо и уехал в родительскую усадьбу в Корнуолл. Эри по возвращении написал Челлису, что весьма заинтересован изысканиями Адамса и хочет с ним встретиться или же прочитать письменный отчет о его работе.

Узнав об этом, Адамс на обратном пути вновь заехал в Гринвич. 21 октября он пришел в обсерваторию, но опять не застал директора на месте. Оставив для Эри визитную карточку и краткое резюме своих результатов, написанное всего на одном листе бумаги, он пообещал зайти чуть позже. Вернувшись через час, Адамс обнаружил, что Эри, которому почему-то не сказали, что гость появится вновь, уже ушел обедать. В результате Адамс удостоился беседы с его дворецким, который дал понять, что королевского астронома не положено отвлекать от трапезы. Настаивать Адамс не стал и тут же отправился назад в Кембридж.

Неудачный визит мог бы и не иметь фатальных последствий. Хотя Эри был занят разборкой скандала, вызванного арестом одного из его сотрудников, он ответил Адамсу уже 5 ноября. Эри не скрыл, что не слишком верит в возможность вычислить траекторию планеты, предположительно возмущающей орбиту Урана, даже если таковая существует. Однако он вовсе не отмел заявку Адамса, а просто попросил разъяснений. Его особенно интересовало, может ли Адамс объяснить не только расхождения таблиц Бувара с реальным движением Урана по небосводу, но и ошибку в определении его радиус-вектора. Эри дал понять, что его отношение к работе Адамса будет зависеть от выяснения этого момента.

Наверное, Адамсу следовало немедленно ответить на это письмо, но он этого не сделал. Почему именно — история астрономии умалчивает. Возможно, он счел вопрос Эри тривиальным — коль скоро таблицы Бувара неверны в целом, то и радиус-вектор дают с ошибкой. Возможно, дело было в том, что он тогда корректировал свои вычисления и хотел подождать окончательных результатов. Как бы то ни было, ответа Эри не получил. Скорее всего, он счел, что юный кембриджский математик нашел серьезные дефекты в своих расчетах и не хочет в этом признаться. Эри убрал октябрьскую записку Адамса в свой личный архив и предал ее забвению. Он не только не пытался сам искать новую планету в предсказанной Адамсом зоне (поскольку уже много лет назад практически прекратил телескопические наблюдения), но и не препоручил этого никому из сотрудников обсерватории.

Тем временем аномалиями Урана заинтересовались французские астрономы. В конце лета 1845 года Эжен Бувар ознакомил Академию наук с новой версией таблиц своего скончавшегося двумя годами ранее дяди, над которой тот работал в течение десяти лет. Естественно, эти таблицы тоже расходились с данными наблюдений. Поэтому директор Парижской обсерватории, знаменитый астроном Франсуа Араго, решил, что с навязшей в зубах проблемой Урана пора покончить. По его мнению, для этой цели как никто иной подходил 34-летний преподаватель Политехнической школы Урбен Жан Жозеф Леверье, известный как блестящими работами по небесной механике, так и исключительно скверным (и даже склочным) характером.

Леверье принял вызов и уже 10 ноября представил Академии первую работу. Ни о какой трансурановой планете там еще не говорилось, а только было показано, что девиации орбиты Урана нельзя объяснить одним лишь гравитационным влиянием Сатурна и Юпитера. Стоит напомнить, что Адамс к этому времени вычислил движение новой планеты и уведомил о том Эри, Челлиса и нескольких кембриджских коллег. На континенте, однако, о его трудах никто не слышал.

1 июня 1846 года Леверье опубликовал вторую статью об Уране, где окончательно разделался со всеми интерпретациями его аномалий, которые не предполагали наличия заурановой планеты. Он также вычислил ее приближенную траекторию — по-другому, нежели Адамс, но не менее убедительно. Из его расчетов вытекало, что 1 января 1847 года эту планету следует искать на границе созвездий Водолея и Козерога (Адамс пришел к аналогичному выводу годом раньше!). Леверье признал, что его координаты нуждаются в корректировке, однако выразил уверенность, что не мог ошибиться более чем на 10 градусов долготы.

Статья Леверье произвела должное впечатление на астрономов всей Европы. Ее прочел и Эри, от которого отнюдь не укрылось, что выводы Леверье и Адамса практически совпадают. 26 июня Эри написал Леверье и попросил его, как в свое время и Адамса, прояснить проблему с радиусом-вектором Урана. Тем не менее он ни единым словом не упомянул о работе Адамса, хотя должен бы был это сделать по правилам научной и человеческой этики. Любопытно, что тогда же, на ежегодной конференции научных кураторов Гринвичской обсерватории, проходившей под председательством президента Королевского общества, он дал благоприятный отзыв на работы обоих ученых. Эри особо отметил почти полную идентичность выводов Адамса и Леверье и выразил уверенность, что трансурановая планета будет открыта в самое ближайшее время.

Ответное письмо Леверье добралось до Гринвича 1 июля. Он сообщал, что надеется вскоре уточнить позицию новой планеты и не сомневается, что таким образом автоматически в рабочем порядке будет разрешена и проблема радиуса-вектора Урана. Есть все основания полагать, что такого же мнения с самого начала придерживался и Адамс.

Итак, в конце июня 1846 года Джордж Биделл Эри наконец уверовал в правильность выводов Адамса. Казалось бы, как директор Гринвича он должен был озаботиться сохранением британского приоритета на великое астрономическое открытие и немедленно распорядиться приступить к поискам новой планеты. Но такого приказа Эри не отдал. Историки астрономии приводят этому несколько возможных причин. Возможно, Эри не хотел отвлекать персонал от рутинных обязанностей по мониторингу звезд и планет или же считал, что даже самый большой гринвичский телескоп-рефрактор с 17-сантиметровой апертурой чересчур слаб для такого поиска (Адамс мог бы его в этом разуверить, но ведь Эри с ним так и не встретился).

Как бы то ни было, Эри решил, что для охоты за новой планетой лучше всего подходит сохранившийся до наших дней 30-сантиметровый рефрактор Кембриджской обсерватории, построенный на средства герцога Нортумберленда и посему названный в его честь. Эту обсерваторию по-прежнему возглавлял Джеймс Челлис, и 9 июля Эри специальным письмом попросил его приступить к поискам. Не получив ответа от Челлиса (тот был в отпуске), он спустя четыре дня написал ему вторично. Тон письма не оставляет сомнений, что Эри старался побудить кембриджского коллегу не откладывать охоту на новую планету.

Челлис ответил Эри 18 июля и обещал немедленно исполнить его просьбу. Более того, он сообщил о своем намерении Адамсу, который сразу же вычислил таблицу положений трансурановой планеты с 20 июля по 8 октября. К сожалению, Челлис не счел нужным поделиться этими сведениями ни с кем из британских астрономов-любителей, хотя некоторые из них обладали первоклассными телескопами. Будь иначе, планету наверняка бы обнаружили до наступления осени. Возможно, Челлис просто хотел сохранить честь открытия за собой и своей обсерваторией.

Впрочем, сам он не терял времени. 29 и 30 июля и 4 августа он добросовестно обшарил указанный Адамсом участок небосвода. Поскольку условия для наблюдений ухудшились, следующий сеанс состоялся лишь 12 августа. Челлис и позже повторял свои попытки неоднократно — но безрезультатно. 2 сентября он информировал Эри, что для поисков Планеты (так он ее именовал в письме — с заглавной буквы!) требуется больше времени, нежели он может уделить до конца года.

Самое интересное (и самое печальное для престижа британской астрономии) обстоятельство заключается в том, что Планета шла прямо Челлису в руки. 12 августа он определил координаты звезд в центре поля зрения своего телескопа и сопоставил их с данными от 30 июля. Он повторил эту операцию для 39 парных позиций, но так и не обнаружил никаких расхождений. Если бы он взял большее число пар, то увидел бы, что светила, которому 12 августа был присвоен 49-й номер, две недели назад не было на положенном месте. Мораль стара как мир — всякое дело необходимо доводить до конца.

Новую планету этим же летом искали и наблюдатели Парижской обсерватории. Однако Араго 4 августа приказал не тратить время зря — скорее всего потому, что ожидал от Леверье более точных указаний. Нацеливался на Планету и Сирс Кук Уокер из вашингтонской обсерватории американского флота. Однако суперинтендант обсерватории отказал Уокеру в телескопическом времени вплоть до самого октября.

31 августа 1846 года Леверье представил на суд Академии свою третью работу. Там была вычислена новая позиция планеты на 1 января, сдвинутая относительно предыдущей на полтора градуса по долготе. Леверье оценил ее массу в две с половиной массы Урана, а видимый размер диска — в 3,3 угловой секунды. Более того, он решил, что пришло время перейти от вычислений к наблюдениям. Он обратился к нескольким астрономам, в том числе и к редактору немецкого журнала Astronomische Nachrichten Генриху Шумахеру. Тот посоветовал парижскому коллеге самому связаться с обсерваториями, обладающими хорошими телескопами. Тут-то Леверье вспомнил, что год назад ассистент Берлинской обсерватории Иоганн Готфрид Галле прислал ему копию своей диссертации. Зная, что обсерватория располагает превосходным девятидюймовым рефрактором, Леверье решил воспользоваться заочным знакомством. Галле получил его письмо 23 сентября и сразу же переговорил с директором обсерватории Иоганном Францем Энке, который санкционировал работу с телескопом. При этой беседе присутствовал студент-практикант Генрих д’Аррест, который попросился к Галле в помощники. Дождавшись темноты, они вскоре обнаружили не обозначенную в звездном атласе светящуюся точку, сдвинутую относительно предсказанной Леверье позиции примерно на один градус. Галле и д’Аррест немедленно известили Энке, который как раз отмечал свое 55-летие. Следующей ночью совместно с Энке они провели повторные наблюдения и убедились, что светило передвинулось в точном соответствии с предсказанием Леверье. На этот раз даже удалось измерить диаметр диска, который составил 2,6 угловой секунды.

Вот таким образом и состоялось открытие, с которым и Галле, и Энке тут же поздравили Леверье. Написал ему и Шумахер, который назвал открытие восьмой планеты величайшим из известных ему триумфов научной теории. Далее последовали споры о ее наименовании (восторжествовало предложенное Леверье имя «Нептун») и о приоритете открытия, которые велись как между астрономами, так и в прессе. Но это уже совсем другая история. Что до самих Адамса и Леверье, то они впервые встретились в июне 1847 года в Оксфорде и вполне дружественно обменялись рукопожатиями.

Что до вердикта потомков, то он вынесен давно, хоть иногда и оспаривается. Джон Кауч Адамс и Урбен Жан Жозеф Леверье предсказали существование восьмой планеты абсолютно независимо и неодинаковыми методами. Адамс проделал это раньше, зато Леверье вычислил ее движение точнее (точка, на которой Галле и д’Аррест впервые заметили Нептун, отстояла от предсказанной Адамсом позиции на 12 градусов). Поэтому перед нами классический пример научного открытия с различными равноправными авторами. В истории науки подобные события — отнюдь не редкость.