Поиски новых планет: все ли мы нашли в нашей Солнечной системе

Прошлый век сделал изумительные открытия в мире звезд и галактик. А планетная астрономия, когда-то главный предмет изучения, одно время отошла на второй план. Однако в последнее время ближний космос, солнечная система снова заинтересовали человека. На планеты и их спутники мы ныне смотрим, прежде всего, как на арену творческой деятельности человечества в сравнительно близком, вполне обозримом будущем. В связи с этим с новой остротой встал старый вопрос — все ли крупные планеты и спутники уже открыты в солнечной системе?

Существует ли планета вулкан

Имя Леверье знакомо каждому, хотя бы поверхностно интересовавшемуся историей астрономии. Не менее популярны и труды Леверье, увенчавшиеся открытием в 1846 году «на кончике пера» планеты Нептун. Гораздо менее известны попытки Леверье открыть неизвестную планету у центра Солнечной системы, между орбитой Меркурия и Солнцем.

В движении Меркурия еще в 19-м веке были замечены странные особенности. Перигелий, то есть ближайшая к солнцу точка этой орбиты, медленно перемещается в пространстве, «поворачивая» за собой орбиту. Подобное движение наблюдается и у других планет. Оно вызвано притяжением планет друг к другу. Но для Меркурия небесная механика предсказывала величину, резко отличающуюся от наблюдаемой.

Неудивительно, что Леверье, обнаруживший эти странные расхождения, высказал гипотезу о существовании неизвестной планеты внутри орбиты Меркурия. И действительно, вскоре после доклада Леверье в Парижской Академии наук распространились слухи, что его соотечественник любитель астрономии врач Лескарбо открыл гипотетическую планету. Леверье инкогнито, не называя себя, явился к Лескарбо, и тот убедил его, что открытие состоялось.

Леверье поспешил доложить об открытии новой планеты Вулкан на очередном заседании Академии наук. Он сообщил, в частности, что расстояние Вулкана от солнца 0,14 астрономические единицы, а период обращения около 20 суток. Лескарбо якобы еще в 1845 году наблюдал Вулкан в проекции на диск Солнца. Судя по видимым размерам новой планеты, ее диаметр вчетверо меньше диаметра Меркурия. Выяснилось, что, кроме Лескарбо, еще с 1761 года многие наблюдатели видели проходившие на фоне Солнца какие-то неизвестные планетообразные тела.

Замечательно, что здравый скептицизм ряда ученых оказался сильнее их преклонения перед авторитетом Леверье. Не поверив великому астроному, они решили сами проверить его вычисления, а также и наблюдения, казалось, не оставлявшие сомнения в реальности Вулкана.

И существование планеты Вулкана, по крайней мере, с теми параметрами, которые указывал Леверье, не подтвердились, хотя сам Леверье до конца жизни сохранил уверенность в реальности внутримеркуриальной планеты. Странные темные тела на диске Солнца в ряде случаев оказались солнечными пятнами, что заставило усомниться и в других наблюдениях такого рода. Что же касается странностей в движении Меркурия, то значительно позже, в XX веке, они были убедительно объяснены теорией относительности.

Вероятно, не стоило бы занимать внимание читателей этой историей, если бы она не имела современного продолжения. В 1963 году была опубликована работа известного американского астронома Д. Койпера под характерным заглавием «Пределы наших знаний о солнечной системе». В ней, в частности, рассказывается о продолжении поисков Вулкана в XX веке.

Отпали надежды открыть внутри орбиты Меркурия мало-мальски крупную планету. Но оставалось неясным, есть ли там тела, сравнимые по размерам с астероидами — малыми планетами.

Выводы таковы: вряд ли внутри орбиты Меркурия есть планеты с поперечником, большим нескольких десятков километров. Ослепительное сияние Солнца мешает высказать пока более определенное суждение о его ближайших окрестностях. Во всяком случае, если и есть планета Вулкан, то она сравнима по размерам не с Землей и даже не с Меркурием, а в лучшем случае с рядовыми астероидами.

За орбитой Плутона

Планету Нептун теоретически «увидел» Леверье. А Плутон в 1930 году открыл на фотоснимках неба молодой тогда американский астроном Клайд Томбо. Леверье после открытия Нептуна занимался поисками внутримеркуриальных планет. Томбо до самой своей смерти в 1997 году искал неизвестные планеты за орбитой Плутона. Пожалуй, на этом и кончается аналогия. Другой век — другие-методы. Да и поиски планет вблизи Солнца и в окраинных районах солнечной системы не похожи друг на друга.

Существование Нептуна было заподозрено по необъяснимым неправильностям в движении Урана. Но Леверье объяснил лишь часть этих «невязок». Другую часть пришлось приписать позже открытому Плутону, чье существование теоретически было предсказано П. Ловеллом.

И вот сейчас история повторяется в третий раз. Оставшуюся, очень незначительную долю невязок в движении опять того же Урана, по-видимому, приходится приписать возмущающему действию Трансплутона — неизвестной планеты, расположенной много далее плутоновой орбиты.

Правда, многие видят виновника и этих невязок все в том же Плутоне, но тогда получается, что масса Плутона чрезмерно велика. Средняя плотность его получается в итоге непомерно большой — около 50 граммов на кубический сантиметр — в шесть раз плотнее железа!

Есть и еще один факт, как будто говорящий о реальности Трансплутона. Начиная с Юпитера и дальше от Солнца, у каждой планеты есть свое семейство комет. Говоря точнее, афелии, то есть наиболее удаленные от солнца точки орбит некоторых комет, концентрируются около орбиты Юпитера, других комет — около орбиты Сатурна. Есть семейства комет у Урана, Нептуна и Плутона. И вот на расстоянии около 70 астрономических единиц (что почти в 1,5 раза больше среднего расстояния Плутона от Солнца) концентрируются афелии орбит восьми комет. Если считать, что это проявление все того же правила, приходится признать, что где-то в этом районе солнечной системы вокруг Солнца должна обращаться еще одна достаточно крупная планета.

Поиски Трансплутона начались на Ловелловской обсерватории сразу же после открытия Плутона. Неспециалист вряд ли достаточно ясно представит себе трудность этой работы.
Сам Плутон на небе выглядит звездочкой 15-й звездной величины. Таких и более ярких звезд на небе великое множество. Среди них надо отыскать ту, которая, внешне не отличаясь от других, обладает еле различимым, очень медленным движением на фоне звездного неба (ведь Плутон обходит Солнце почти за 250 лет). Клайду Томбо здорово повезло — он открыл Плутон менее чем через год после начала поисков.

Методика поисков довольно проста. Систематически один за другим в строгой последовательности фотографируются небольшие участки звездного неба. Затем с помощью специального прибора — блинк-компаратора — сравниваются между собой два снимка одного и того же участка неба, полученные через небольшие промежутки времени (часы, сутки). При сравнении двух снимков в блинк-компараторе обычные звезды останутся на своих местах, неизвестная же планета чуть-чуть сместится, чем и обнаружит свое присутствие.

Идея проста. Исполнение очень трудно. Обычно на каждой пластинке фиксируются изображения 40—50 тысяч звезд. В богатых же звездами областях Млечного Пути их число доходит до миллиона.

Попробуй-ка найди среди них внешне не отличимую от звезды планету! Год за годом продолжается этот титанический труд. Каждый день — ожидание открытия. И… годы, десятилетия разочарований. В недавнем отчете о проделанной работе Клайд Томбо с удивительным хладнокровием сообщает, что, например, за 14 лет было проверено около 20 тысяч «подозреваемых планет». Все они оказались или дефектами эмульсии на фотопластинках, или ложными оптическими изображениями, или, наконец, просто крошечными пятнышками грязи.

Правда, однажды счастье как будто улыбнулось. Заметили неизвестную слабенькую звездочку 16-й звездной величины, с очень медленным смещением.

Сразу же получили контрольные снимки, но странный объект на них не появился. Что это было — Трансплутон или какой-то астероид вблизи своей «точки стояния», так и осталось неизвестным.

В 1959 году немецкий астроном Критцингер опубликовал вычисленные им гипотетические данные о Трансплутоне. Если верить этим вычислениям, то неизвестная планета должна обходить Солнце на расстоянии 77 астрономических единиц за 676 лет! Любопытно, что плоскость орбиты Трансплутона сильно наклонена (угол около 38°) к плоскостям орбит большинства планет. Это значит, что искать Трансплутон придется не в узкой зоне вблизи эклиптики, а в гораздо более обширных районах неба, что, конечно, затрудняет поиски.

Практически приходится обследовать почти все небо. Уже к 1943 году астрономы Ловелловской обсерватории во главе с Клайдом Томбо завершили фотографирование доступной наблюдению части неба, оставив не заснятыми лишь самые южные районы (25% от площади всего неба).

О том, насколько трудоемки поиски Трансплутона, свидетельствуют, например, такие красноречивые данные. С начала поисков в 1930 году Томбо исследовал на негативах свыше 90 миллионов изображений звезд! Исследование каждой пары пластинок занимало три недели кропотливой непрерывной работы, причем за день удавалось исследовать всего лишь несколько десятков тысяч звезд.

Своеобразной наградой за этот, хочется сказать, каторжный труд были побочные открытия. Рассматривая пластинки, Томбо и его сотрудники обнаружили несколько неизвестных звездных скоплений, скопление галактик из 1800 отдельных звездных систем, много переменных звезд и даже одну комету.

Главная цель — открытие Трансплутона – так пока и не достигнута. Обзору были подвергнуты звезды до 18-й звездной величины. Если считать, что отражательная способность Трансплутона такая же, как у Луны, то в зоне между орбитой Плутона и сферой радиусом 100 астрономических единиц удалось бы заметить планету с поперечником от 2500 километров (на расстоянии Плутона) до 15 000 километров (на расстоянии 100 астрономических единиц). Это означает, что гипотетический Трансплутон по размерам вряд ли превосходит Землю.

В близком будущем предполагается расширить обзор до звезд 20-й звездном величины. Тогда уже даже на расстоянии Плутона можно будет заметить планету с поперечником в 600 километров. А тело, подобное Земле, станет доступным наблюдению до расстояний в 290 астрономических единиц.

На орбите Юпитера около двух точек, образующих вместе с Юпитером и Солнцем вершины двух равносторонних треугольников, расположены две группы малых планет. Им присвоены имена героев троянской войны, и потому эти необычные планеты называются троянцами. Троянцы — своеобразные конвоиры Юпитера. Десять из них предшествуют Юпитеру, пять следуют за ним. При этом взаимное расположение Юпитера, Солнца и троянцев в целом не меняется, хотя троянцы совершают весьма сложные движения около точек, где они сосредоточены.

Эти точки называются «треугольными точками либрации», или, проще, либрационными точками. Районы либрациониых точек, как это следует из законов небесной механики, являются областями устойчивого равновесия. Это значит, что тела, оказавшиеся вблизи либрационных точек в любой системе двух небесных тел и обладающие небольшими скоростями, останутся в этом районе, совершая вблизи либрационных точек сложные движения.

Троянцы — типичные либрационные планеты. Их существование, естественно, натолкнуло астрономов на мысль о поисках других подобных тел в солнечной системе. Либрационные планеты искали на орбитах почти всех главных планет солнечной системы от Меркурия до Нептуна. Пока ничего не нашли, но зато уточнили «пределы знаний» и в этом вопросе. Так, например, на орбите Меркурия могли остаться незамеченными либрационные планеты с поперечниками максимум в несколько десятков километров. У далеких планет неоткрытые либрационные «конвоиры» могут быть крупнее.

Либрационных планет пока не нашли, зато несколько лет назад польский астроном Е. Кордилевский открыл вблизи либрационных точек системы Земля—Луна два огромных разреженных облака космической пыли. Эта новая, неизвестная ранее деталь окрестностей Земли должна быть учтена при будущих космических полетах.

Луна Луны

Поиски второго спутника Земли — второй Луны, а также спутника самой Луны, или, иначе говоря, «Луны Луны», начались еще в прошлом веке. Время от времени появлялись сообщения об открытии какого-нибудь из гипотетических тел, но при проверке открытия не подтверждались.

С 1953 года на ряде обсерваторий начались систематические поиски неизвестных маленьких спутников Земли. Несколько раз удавалось сфотографировать какие-то подозрительные слабосветящиеся движущиеся объекты. Но все они на повторных контрольных негативах не появлялись. Были ли это неизвестные маленькие астероиды или, может быть, крошечные спутники Земли с очень вытянутой орбитой, то есть быстро «ускользающие» от наблюдателя, сказать трудно.

Луну Луны ищут обычно во время полных лунных затмений, когда сильно ослабленное земной тенью сияние Луны не мешает наблюдениям. Заподозрено более 500 объектов, но ни один из них не выдержал повторной проверки.

Можно с уверенностью сказать, что если бы между Землей и Луной оказалась глыба поперечником всего в 5 метров, то ее обнаружили бы. Луну Луны удалось бы заметить и в других положениях, если бы ее поперечник превышал 30 метров. Таким образом, если у Земли и Луны и есть естественные спутники, то размеры их в космических масштабах ничтожны.

Гораздо более успешно идут поиски спутников других планет. За последние 30 лет были открыты три спутника Юпитера и по одному спутнику у Урана и Нептуна. Установлены пределы знаний и для возможных гипотетических спутников других планет. Можно, например, с уверенностью сказать, что если у Венеры и есть спутник, то его диаметр не превосходит 12 километров. Не может быть и третьего спутника Марса с поперечником, большим 1,4 километра.

Для Юпитера предельный диаметр гипотетических спутников составляет 18 километров, для Сатурна — 40. Однако у самых дальних планет солнечной системы — Нептуна и Плутона — еще не открытые спутники могут быть крупными телами с поперечником в сотни километров.

Искать и искать

Мы рассказали о той сфере деятельности современных астрономов, которая малоизвестна читателю популярной литературы. Годы, десятилетия повседневных очень кропотливых поисков новых планет и лун, с первого взгляда, могут показаться крайне неблагодарной областью научной деятельности. Но в этом научном подвиге есть большой смысл. Непрерывно расширяются пределы наших знаний о солнечной системе. Сужается область неведомого, неоткрытого. Все меньшими становятся размеры гипотетических планет и лун. Человеческий разум и здесь скромно, без всякой сенсационной шумихи, одерживает победу за победой.

Автор: Ф. Юльев.