Пошуки нових планет: чи ми знайшли все в нашій Сонячній системі

Минуле століття зробило дивовижні відкриття у світі зірок і галактик. А планетна астрономія, колись головний предмет вивчення, один час відійшла на другий план. Проте останнім часом ближній космос, сонячна система знову зацікавили людину. На планети і їх супутники ми нині дивимося, насамперед, як на арену творчої діяльності людства в порівняно близькому, цілком осяжному майбутньому. У зв’язку з цим з новою гостротою постало старе питання – чи всі великі планети і супутники вже відкриті в сонячній системі?

Чи існує планета вулкан

Ім’я Левер’є знайоме кожному, хто хоча б поверхово цікавився історією астрономії. Не менш популярні і праці Левер’є, що увінчались відкриттям в 1846 році «на кінчику пера» планети Нептун. Набагато менш відомі спроби Левер’є відкрити невідому планету у центрі Сонячної системи, між орбітою Меркурія і Сонцем.

У русі Меркурія ще в 19-му столітті були помічені дивні особливості. Перигелій, тобто найближча до Сонця точка цієї орбіти, повільно переміщається в просторі, «повертаючи» за собою орбіту. Подібний рух спостерігається і в інших планет. Він викликаний тяжінням планет одна до одної. Але для Меркурія небесна механіка передбачала величину, що різко відрізняється від спостережуваної.

Не дивно, що Левер’є, який виявив ці дивні розбіжності, висловив гіпотезу про існування невідомої планети всередині орбіти Меркурія. І дійсно, незабаром після доповіді Левер’є в Паризькій Академії наук поширилися чутки, що його співвітчизник любитель астрономії лікар Лескарбо відкрив гіпотетичну планету. Левер’є інкогніто, не називаючи себе, явився до Лескарбо, і той переконав його, що відкриття відбулося.

Левер’є поспішив доповісти про відкриття нової планети Вулкан на черговому засіданні Академії наук. Він повідомив, зокрема, що відстань Вулкана від Сонця 0,14 астрономічних одиниці, а період обертання близько 20 діб. Лескарбо нібито ще в 1845 році спостерігав Вулкан в проекції на диск Сонця. Судячи за видимими розмірами нової планети, її діаметр вчетверо менше діаметра Меркурія. З’ясувалося, що, крім Лескарбо, ще з 1761 року багато спостерігачів бачили на тлі Сонця якісь невідомі планетообразні тіла.

Чудово, що здоровий скептицизм ряду вчених виявився сильнішим їх схиляння перед авторитетом Левер’є. Не повіривши великому астроному, вони вирішили самі перевірити його обчислення, а також і спостереження, що здавалося, не залишали сумнівів в реальності Вулкана.

І існування планети Вулкана, принаймні, з тими параметрами, які вказував Левер’є, не підтвердилося, хоча сам Левер’є до кінця життя зберіг впевненість в реальності цієї планети. Дивні темні тіла на диску Сонця в ряді випадків виявилися сонячними плямами, що змусило засумніватися і в інших спостереженнях такого роду. Що ж стосується дивацтв в русі Меркурія, то значно пізніше, у XX столітті, вони були переконливо пояснені теорією відносності.

Ймовірно, не варто було б займати увагу читачів цією історією, якби вона не мала сучасного продовження. У 1963 році була опублікована робота відомого американського астронома Д. Койпера під характерною назвою «Межі наших знань про сонячну систему». У ній, зокрема, розповідається про продовження пошуків Вулкана в XX столітті.

Відпали надії відкрити всередині орбіти Меркурія мало-мальськи крупну планету. Але залишалося неясним, чи є там тіла, порівнянні за розмірами з астероїдами – малими планетами.

Висновки такі: навряд чи всередині орбіти Меркурія є планети з поперечником, завбільшки декількох десятків кілометрів. Сліпуче сяйво Сонця заважає висловити поки більш певне судження про його найближчі околиці. У всякому разі, якщо і є планета Вулкан, то вона порівнянна за розмірами не із Землею і навіть не з Меркурієм, а в кращому випадку з рядовими астероїдами.

За орбітою Плутона

Планету Нептун теоретично «побачив» Левер’є. А Плутон в 1930 році відкрив на фотознімках неба молодий тоді американський астроном Клайд Томбо. Левер’є після відкриття Нептуна займався пошуками всередині меркуріальних планет. Томбо до самої своєї смерті в 1997 році шукав невідомі планети за орбітою Плутона. Мабуть, на цьому й кінчається аналогія. Інше століття – інші-методи. Та й пошуки планет поблизу Сонця і в окраїнних районах сонячної системи не схожі один на одного.

Існування Нептуна було запідозрене з нез’ясовних неправильностях в русі Урана. Але Левер’є пояснив лише частину цих «нев’язок». Іншу частину довелося приписати пізніше відкритому Плутону, чиє існування теоретично було передвіщено П. Ловелом.

І ось зараз історія повторюється втретє. Залишену дуже незначну частку нев’язок в русі знову того ж Урана, мабуть, доводиться приписати впливу Трансплутона – невідомої планети, розташованої багато далі плутонової орбіти.

Правда, багато хто бачить винуватця і цих нев’язок все в тому ж Плутоні, але тоді виходить, що маса Плутона надмірно велика. Середня щільність його виходить у підсумку непомірно великою – близько 50 грамів на кубічний сантиметр – у шість разів щільніше заліза!

Є і ще один факт, який ніби говорить про реальність Трансплутона. Починаючи з Юпітера і далі від Сонця, у кожної планети є своє сімейство комет. Говорячи точніше, афелії, тобто найбільш віддалені від Сонця точки орбіт деяких комет, концентруються біля орбіти Юпітера, інших комет – біля орбіти Сатурна. Є сімейства комет в Урана, Нептуна і Плутона. І ось на відстані близько 70 астрономічних одиниць (що майже в 1,5 рази більше середньої відстані Плутона від Сонця) концентруються афелії орбіт восьми комет. Якщо вважати, що це прояв все того ж правила, доводиться визнати, що десь в цьому районі сонячної системи навколо Сонця повинна обертатися ще одна досить велика планета.

Пошуки Трансплутона почалися на Ловеллівській обсерваторії відразу ж після відкриття Плутона. Неспеціаліст навряд чи достатньо ясно уявить собі труднощі цієї роботи.
Сам Плутон на небі виглядає зірочкою 15-ї зоряної величини. Таких і більш яскравих зірок на небі безліч. Серед них треба відшукати ту, яка, зовні не відрізняючись від інших, володіє ледь помітним, дуже повільним рухом на тлі зоряного неба (адже Плутон обходить Сонце майже за 250 років). Клайду Томбо дуже пощастило – він відкрив Плутон менш ніж через рік після початку пошуків.

Методика пошуків досить проста. Систематично один за іншим в строгій послідовності фотографуються невеликі ділянки зоряного неба. Потім за допомогою спеціального приладу – блінк-компаратора – порівнюються між собою два знімки одної і тої ж ділянки неба, отримані через невеликі проміжки часу (години, добу). При порівнянні двох знімків в блінк-компараторі звичайні зірки залишаться на своїх місцях, невідома ж планета трохи зміститься, чим і виявить свою присутність.

Ідея проста. Виконання дуже важке. Зазвичай на кожній платівці фіксуються зображення 40-50 тисяч зірок. У багатих же зірками областях Чумацького Шляху їх число доходить до мільйона.

Спробуй-но знайди серед них зовні не відміну від зірки планету! Рік за роком триває ця титанічна праця. Кожен день – очікування відкриття. І… роки, десятиліття розчарувань. У недавньому звіті про виконану роботу Клайд Томбо з дивовижною холоднокровністю повідомляє, що, наприклад, за 14 років було перевірено близько 20 000 «підозрюваних планет». Всі вони виявилися або дефектами емульсії на фотопластинках, або помилковими оптичними зображеннями, або, нарешті, просто крихітними цятками бруду.

Правда, одного разу щастя ніби посміхнулося. Помітили невідому слабеньку зірочку 16-ї зоряної величини, з дуже повільним зміщенням.

Відразу ж отримали контрольні знімки, але дивний об’єкт на них не з’явився. Що це було – Трансплутон або якийсь астероїд поблизу своєї «точки стояння», так і залишилося невідомим.

У 1959 році німецький астроном Крітцінгер опублікував обчислені їм гіпотетичні дані про Трансплутон. Якщо вірити цим обчисленням, то невідома планета повинна обходити Сонце на відстані 77 астрономічних одиниць за 676 років! Цікаво, що площина орбіти Трансплутона сильно нахилена (кут близько 38 °) до площин орбіт більшості планет. Це означає, що шукати Трансплутон доведеться не у вузькій зоні поблизу екліптики, а в набагато більш великих районах неба, що, звичайно, ускладнює пошуки.

Практично доводиться обстежити майже все небо. Вже до 1943 року астрономи Ловеллівської обсерваторії на чолі з Клайдом Томбо завершили фотографування доступної спостереженню частини неба, залишивши поза відзнятим лише самі південні райони (25% від площі всього неба).

Про те, наскільки трудомісткі пошуки Трансплутона, свідчать, наприклад, такі промовисті дані. З початку пошуків в 1930 році Томбо досліджував на негативах понад 90000000 зображень зірок! Дослідження кожної пари пластинок займало три тижні копіткої безперервної роботи, причому за день вдавалося досліджувати всього лише кілька десятків тисяч зірок.

Своєрідною нагородою за цю, хочеться сказати, каторжну працю були побічні відкриття. Розглядаючи пластинки, Томбо і його співробітники виявили декілька невідомих зоряних скупчень, скупчення галактик з 1 800 окремих зоряних систем, багато змінних зірок і навіть одну комету.

Головна мета – відкриття Трансплутона – так поки і не досягнута. Оглядом були піддані зірки до 18-ї зоряної величини. Якщо вважати, що відбивна здатність Трансплутона така ж, як у Місяця, то в зоні між орбітою Плутона і сферою радіусом 100 астрономічних одиниць вдалося б помітити планету з поперечником від 2500 кілометрів (на відстані Плутона) до 15000 кілометрів (на відстані 100 астрономічних одиниць ). Це означає, що гіпотетичний Трансплутон за розмірами навряд чи перевершує Землю.

У близькому майбутньому передбачається розширити огляд до зірок 20-ї зоряної величини. Тоді вже навіть на відстані Плутона можна буде помітити планету з поперечником в 600 кілометрів. А тіло, подібне Землі, стане доступним спостереженню до відстаней в 290 астрономічних одиниць.

На орбіті Юпітера близько двох точок, що утворюють разом з Юпітером і Сонцем вершини двох рівносторонніх трикутників, розташовані дві групи малих планет. Їм присвоєні імена героїв троянської війни, і тому ці незвичайні планети називаються троянцями. Троянці – своєрідні конвоїри Юпітера. Десять з них передують Юпітеру, п’ять йдуть за ним. При цьому взаємне розташування Юпітера, Сонця і троянців в цілому не змінюється, хоча троянці здійснюють вельми складні рухи близько точок, де вони зосереджені.

Ці точки називаються «трикутними точками лібрації», або, простіше, лібраційними точками. Райони лібраційних точок, як це випливає із законів небесної механіки, є областями стійкої рівноваги. Це означає, що тіла, що опинилися поблизу лібраційних точок у будь-якій системі двох небесних тіл і володіють невеликими швидкостями, залишаться в цьому районі, здійснюючи поблизу лібраційних точок складні рухи.

Троянці – типові лібраційні планети. Їх існування, природно, наштовхнуло астрономів на думку про пошуки інших подібних тіл у сонячній системі. Лібраційних планет шукали на орбітах майже всіх головних планет сонячної системи від Меркурія до Нептуна. Поки нічого не знайшли, але зате уточнили «межі знань» і в цьому питанні. Так, наприклад, на орбіті Меркурія могли залишитися непоміченими лібраційні планети з поперечниками максимум в кілька десятків кілометрів. У далеких планет невідкриті лібраційні «конвоїри» можуть бути більшими.

Лібраційних планет поки не знайшли, зате кілька років тому польський астроном Е. Корділевський відкрив поблизу лібраційних точок системи Земля-Місяць дві величезних розріджених хмари космічного пилу. Ця нова, невідома раніше деталь околиць Землі повинна бути врахована при майбутніх космічних польотах.

Місяць Місяця

Пошуки другого супутника Землі – другого Місяця, а також супутника самого Місяця, або, інакше кажучи, «Місяця Місяця», почалися ще в минулому столітті. Час від часу з’являлися повідомлення про відкриття якого-небудь з гіпотетичних тіл, але при перевірці відкриття не підтверджуються.

З 1953 року на ряді обсерваторій почалися систематичні пошуки невідомих маленьких супутників Землі. Кілька разів вдавалося сфотографувати якісь підозрілі слабосвітні рухомі об’єкти. Але всі вони на повторних контрольних негативах не з’являлися. Чи були це невідомі маленькі астероїди або, може бути, крихітні супутники Землі з дуже витягнутою орбітою, тобто швидко «вислизаючі» від спостерігача, сказати важко.

Місяць Місяця шукають зазвичай під час повних місячних затемнень, коли сильно ослаблене земною тінню сяйво Місяця не заважає спостереженням. Під підозрою більше 500 об’єктів, але жоден з них не витримав повторної перевірки.

Можна з впевненістю сказати, що якби між Землею і Місяцем виявилася брила поперечником всього в 5 метрів, то її виявили б. Місяць Місяця вдалося б помітити і в інших положеннях, якби його поперечник перевищував 30 метрів. Таким чином, якщо у Землі і Місяця і є природні супутники, то розміри їхні в космічних масштабах незначні.

Набагато більш успішно йдуть пошуки супутників інших планет. За останні 30 років були відкриті три супутники Юпітера і по одному супутнику в Урана і Нептуна. Встановлені межі знань і для можливих гіпотетичних супутників інших планет. Можна, наприклад, з впевненістю сказати, що якщо у Венери і є супутник, то його діаметр не перевищує 12 кілометрів. Не може бути і третього супутника Марса з поперечником, більшим 1,4 кілометра.

Для Юпітера граничний діаметр гіпотетичних супутників становить 18 кілометрів, для Сатурна – 40. Проте у найдальших планет сонячної системи – Нептуна і Плутона – ще не відкриті супутники можуть бути великими тілами з поперечником в сотні кілометрів.

Шукати і шукати

Ми розповіли про ту сферу діяльності сучасних астрономів, яка маловідома читачеві популярної літератури. Роки, десятиліття повсякденних дуже кропітких пошуків нових планет і місяців, з першого погляду, можуть здатися вкрай невдячною областю наукової діяльності. Але в цьому науковому подвигу є великий сенс. Безперервно розширюються межі наших знань про сонячну систему. Звужується область невідомого, невідкритого. Все меншими стають розміри гіпотетичних планет і місяців. Людський розум і тут скромно, без всякого сенсаційного галасу, здобуває перемогу за перемогою.

Автор: Ф. Юльев.