К истории открытия и закрытия Плутона

[mevamevo]

Как всем известно, в 2006 году Плутон потерял статус полноценной планеты; сейчас его рассматривают как карликовую планету. История открытия и «закрытия» Плутона весьма интересна, будучи богатой множеством как случайных, так и «немного предсказуемых» событий. Для того, чтобы хотя бы конспективно описать всю эту эпопею, начать придётся с открытия Нептуна, тогда как к открытию Нептуна естественным образом привело открытие Урана... В общем, вот вам умеренно пространный текст по истории астрономии, с картинками и даже (местами) с моралью :).

Планета Уран (первая открытая планета кроме известных с древности) была обнаружена Уильямом Гершелем в 1781 году. До того, как стать профессиональным астрономом, Гершель зарабатывал на жизнь преподаванием музыки. Денег на астрономию не всегда хватало, поэтому даже шлифовкой зеркал и конструированием телескопов он занимался самостоятельно. Может показаться, что Гершелю с Ураном просто «повезло», но это не так: его открытие стало закономерным итогом тщательных телескопических исследований неба, которыми Гершель в итоге тоже прославился (именно он благодаря анализу распределения звёзд на разных участках небесной сферы впервые пришёл к выводу о том, что звёзды образуют дискообразную систему, которую мы теперь называем Галактикой). Занятный факт: именно Гершель, изучая кораллы под микроскопом, пришёл к выводу, что они не являются живыми существами. В общем, удивительно талантливый и разносторонний был человек. Открытие новой планеты, разумеется, произвело сенсацию (сравнимую с открытием Америки Колумбом): ещё бы, за одну ночь Солнечная система расширилась вдвое! И, само собой, новое светило стало тщательно изучаться всеми доступными методами (которые были тогда довольно скудными: по сути, астрономы изучали лишь движение Урана и могли оценить разве что его массу).



Земля и Уран в едином масштабе. Уран в 14,5 раз массивнее Земли.
Довольно скоро обнаружилось, что в движении Урана по небесной сфере наблюдаются значительные нерегулярности, не укладывающиеся в тогдашние теории (а небесная механика уже тогда достигла больших высот, простите за каламбур): планета то «отставала» от расчётного положения, то убегала вперёд. К 1830-ым годам стало очевидно, что эти нерегулярности никак не могут быть объяснены ошибками наблюдений, в результате чего было предложено несколько гипотез, могущих объяснить данное явление. Наиболее правдоподобной представлялась версия о том, что за орбитой Урана обращается ещё какое-то достаточно массивное тело, оказывающее пока ещё не учтённое влияние на его движение.

Наиболее серьёзные попытки предсказать положение гипотетического тела, влияющего на движение Урана, были осуществлены молодым английским математиком Джоном Каучем Адамсом и уже известным в ту пору французским математиком Урбеном Жаном Жозефом Леверье. И тут приключилась прямо-таки детективная драма (даже странно, что на этот сюжет ещё не сняли фильм :)).

У молодого Адамса был пусть и не слишком большой, но всё же приоритет. Его результаты были представлены Королевскому астроному (то есть директору Гринвичской обсерватории) Джорджу Бидделю Эйри (между прочим, именно Эйри считается первым исследователем астигматизма как дефекта зрения и создателем цилиндро-конических линз для его исправления) в виде короткой записки 21 октября 1845 года. Как позже оказалось, расчёты Адамса оказались не слишком точными, но всё же вполне могли позволить найти неизвестный объект при тщательных наблюдениях. Однако, вопреки ожиданиям, английские астрономы не потрудились развернуть широкие поиски! Почему?



Джон Кауч Адамс
Довольно долгое время этот факт считался досадным недоразумением или даже привлекался в качестве отрицательного примера косности английской науки в викторианскую эпоху. Сейчас, однако, доминирует другая точка зрения, согласно которой результаты Адамса были представлены чересчур уж поверхностно и неубедительно (записке Адамса недоставало доказательной базы), в связи с чем вызвали естественное недоверие у маститых астрономов-наблюдателей (у которых каждая наблюдательная ночь как бы на счету, тем более в условиях туманного Альбиона). Прогнозами Адамса заинтересовался лишь астроном Кембриджской обсерватории Джеймс Чэллис, однако продуктивный диалог между ним и Адамсом не сложился (то ли из-за того, что Адамс, по его собственному признанию, был медлителен и не любил писать письма, то ли из-за того, что он намеренно затягивал с подробными комментариями, так как не хотел в открытую признавать определённых натяжек и «тёмных мест» в своих расчётах). В связи с этим даже Чэллис не взялся развёртывать поиски в условиях, когда (по его собственным словам) «серьёзная работа была бы обеспечена, тогда как успех был мало чем обеспечен». В общем, англичане, имевшие хоть какую-то базу почти за полгода до других астрономов Европы, по стечению ряда обстоятельств не воспользовались своим преимуществом. Что ж, и так бывает...



Урбен Жан Жозеф Леверье
Уже упоминавшийся французский математик Леверье занимался исследованием проблемы независимо от Адамса и представил свою детально разработанную теорию 1 июня 1846 года. Понятно, что по срокам он проиграл Адамсу чуть больше, чем полгода, однако работа Леверье была намного более внятной и убедительной (и его прогноз, как потом оказалось, вышел более точным, чем у Адамса). Ознакомившись с работой Леверье и отнесясь к ней с доверием, Королевский астроном Эйри, вероятно, пожалел, что не поверил Адамсу. В любом случае по его указанию («чтобы спасти ситуацию из почти отчаянного положения») Чэллис начал поиски новой планеты уже 29 июля. Однако и тут англичанам не повезло. Во-первых, наблюдения не удалось организовать должным образом: сам Чэллис (как он потом писал в мемуарах) был тогда загружен работой по анализу проведенных наблюдений различных комет. Во-вторых, помешал сам Адамс, оперативно предложивший новые решения «задачки» по своей методе (эти решения оказались менее точными, чем у Леверье, и, по сути, по крайней мере на какое-то время отвлекли Чэллиса от поисков в нужном месте). В-третьих (и в-главных!) у английских астрономов в то время не имелось звёздной карты необходимого качества (её наличие в подобных поисках было чрезвычайно важным, в чём мы ещё убедимся). Самый обидный и остросюжетный момент заключался в том, что Чэллис во время своих поисков всё-таки наблюдал Нептун как минимум дважды (8 и 12 августа), но ему не хватило наблюдательности или усидчивости для того, чтобы подтвердить, что он наблюдал именно планету, а не какую-то звезду (для этого нужно было тщательно сравнить и сопоставить зарисовки и описания наблюдений, проведенных в разные дни). Естественно, Чэллис (как следует из его писем) потом терзался угрызениями совести, но уже ничего нельзя было поделать...



Иоганн Готтфрид Галле
Между тем 31 августа Леверье публикует очередную статью, уточняя свои прогнозы. Несмотря на то, что его теория снискала широкое признание у теоретиков, французский математик тоже испытывал сложности с тем, чтобы заинтересовать поисками новой планеты астрономов-наблюдателей. В связи с этим свою свежую статью он отправляет в Берлин немецкому астроному Иоганну Готтфриду Галле (их связывало профессиональное знакомство, хоть и не слишком тесное). Тогдашняя почта Европы работала лишь чуть быстрее, чем нынешняя Почта России, поэтому Галле получил информацию от Леверье лишь 23 сентября, зато твёрдо вознамерился приступить к поискам немедленно. У немецких астрономов было большое преимущество перед английскими, так как в их распоряжении была лучшая на то время звёздная карта, составленная Карлом Бремикером и напечатанная в конце 1845 года (так уж вышло, что к сентябрю 1846 года она ещё не была разослана в обсерватории Великобритании и Франции). Но и тут не обошлось без осложнений: директор Берлинской обсерватории Иоганн Франц Энке был большим педантом (да ещё и с недоверием относился к инициативам молодых сотрудников), поэтому не хотел давать согласия на проведение незапланированных наблюдений. Однако настойчивому Галле удалось его переубедить (возможно, поспособствовало то, что именно 23 сентября Энке отмечал юбилей, ему исполнилось 55 лет). Помогать Галле вызвался его 24-летний студент Генрих Луи д’Арре.



Генрих Луи д’Арре
Вряд ли Галле и д’Арре надеялись на быстрый успех, но им всё же невероятно повезло. Направив телескоп на указанную Леверье область неба, они принялись сличать наблюдаемую картину с данными карты Бремикера (Галле описывал положение и блеск видимых им звёзд, а д’Арре находил и отмечал их соответствия на карте). Буквально через полчаса (!) поисков в начале первого ночи (ночь с 23 на 24 сентября 1846 года раздвинула Солнечную систему ещё в полтора раза!) они обнаружили неизвестную «звезду» на расстоянии в 52 угловых минуты от точки, предсказанной Леверье. Эта находка столь воодушевила наблюдателей, что они осмелились, несмотря на поздний час, сообщить об этом своему начальнику (который незадолго до этого противился их наблюдениям). Энке присоединился к первооткрывателям, и они вместе продолжили наблюдения за новым объектом до его захода. А уже следующей ночью берлинские астрономы смогли убедиться, что речь идёт именно о новой планете: во-первых, они смотрели на неё уже с бóльшим увеличением (и смогли надёжно разглядеть её диск), а, во-вторых, уже за сутки она заметно изменила своё положение (на то же «расстояние», что и предсказывал Леверье). Уже 25 сентября Галле сообщил Леверье об их общем открытии.



Диаграмма, сравнивающая прогнозы Адамса с финальным прогнозом Леверье и реальным положением Нептуна в момент открытия
Взято отсюда: https://en.wikipedia.org/wiki/File:Neptune_discovery.png, перевод подписей на русский.
Разумеется, открытие Нептуна стало эпохальным триумфом небесной механики, физики и науки вообще. К сожалению, не обошлось и без споров по поводу того, кому же принадлежит приоритет в данном открытии: англичане (которые, как мы уже знаем, были сами виноваты в том, что поздно спохватились) довольно быстро стали настаивать на том, что открытие принадлежит в равной степени как Леверье, так и Адамсу, но французы поначалу не воспринимали эти претензии всерьёз. В самой Англии проходили самые суровые «разборы полётов»: как, блин, можно было прошляпить такое открытие? Адамс поначалу отмалчивался (хотя позже полностью признал приоритет Леверье и Галле), Чэллис искренне переживал и раскаивался, а Эйри умело отбрехивался тем, что поиски новых планет вообще-то не входили в задачи Гринвичской обсерватории. В общем, накал страстей был нешуточным. Через какое-то время всё же выработалась более-менее консенсусная версия «Леверье - герой, но и Адамс тоже молодец», однако в самое последнее время роль англичан в открытии Нептуна трактуется как всё менее и менее значительная. В любом случае мы - не о политике. Переходим к Плутону!

Мир и спокойствие в небесной механике продлились недолго: довольно скоро наблюдения показали, что как Уран, так и новооткрытый Нептун всё равно движутся немного «неправильно». Сейчас-то мы знаем, что просто масса Нептуна изначально была оценена недостаточно точно (последнее её уточнение, выполненное в 1992 году на основании результатов, полученных космическим аппаратом «Вояджер-2», полностью устранило все несоответствия между теорией и наблюдаемыми фактами, а также сняло с повестки дня «необходимость» существования массивной планеты за Нептуном), но тогда астрономы, двигаясь по уже проторенной дорожке, решили не мудрствуя лукаво развернуть поиски ещё одной планеты, которая по тогдашним представлениям должна была бы обладать значительной массой. Одним из наиболее активных энтузиастов поиска «Планеты X» стал Персиваль Лоуэлл.



Персиваль Лоуэлл
Лоуэлл родился в 1855 году в состоятельной и известной семье (его отец был крупным бизнесменом и филантропом, вице-президентом Американской Академии наук и искусств). Поначалу в биографии Лоуэлла всё складывалось предсказуемо: он получил прекрасное образование, окончил Гарвардский университет, много путешествовал, увлёкся Дальним Востоком, изучил японский язык и опубликовал несколько популярных в то время страноведческих книг. Однако в 1894 году он решает кардинально изменить свою жизнь. Будучи весьма состоятельным человеком, он организует довольно хорошо по тем временам оборудованную обсерваторию (названную позже его именем) и привлекает к работе в ней нескольких выдающихся астрономов. Поначалу он концентрирует усилия на исследованиях Марса, изучая и зарисовывая его «каналы» и поддерживая версию о том, что на Марсе существует цивилизация (как мы сейчас знаем, ни «каналов», ни цивилизаций на Марсе не оказалось). Позже он ошибочно «открыл» какие-то спицеподобные структуры на Венере (как сейчас полагают, он в силу особенностей дневных наблюдений Венеры по сути «наблюдал» кровеносные сосуды своей сетчатки). В 1906 году он загорается идеей найти «Планету X», которая, по его представлениям, должна была иметь массу в 6-7 масс Земли. Как потом оказалось, в марте-апреле 1915 года фотографии Плутона были всё же получены, но сам объект не был на них идентифицирован. В 1916 году Лоуэлл скончался от инсульта (его биографы нередко отмечают, что он, будучи пацифистом, сильно переживал из-за развернувшейся Первой мировой войны), так и не достигнув поставленной цели. Тем не менее его энтузиазм и финансовые вложения в конце концов оправдали себя!



Астрограф, с помощью которого был открыт Плутон (на дне прибора, ближе к нам, видна металлическая кассета с фотопластинкой)
Взято отсюда: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lowell_astrograph.jpg
Ввиду того, что вдова Лоуэлла развернула череду судебных тяжб по поводу его наследства, работа Лоуэлловской обсерватории была практически остановлена до 1929 года. С возобновлением работ поиски «Планеты X» были поручены 23-летнему Клайду Томбо (разумеется, обсерватория занималась не только этим). Поиски велись с использованием так называемого блинк-компаратора: устройства, которое позволяло быстро переключать изображения одной и той же области неба, полученные в разное время (если на двух фотографиях одного и того же участка неба имелся подвижный объект, занимающий разные позиции на сравниваемых изображениях, то блинк-компаратор отображал этот объект «прыгающим», резко смещающимся). Данный метод был на то время уже не авангардным, но ещё относительно новым: первый небесный объект был открыт с его помощью в 1905 году (новооткрытому астероиду в честь этого даже дали довольно необычное название Стереоскопия); метод оставался продуктивным вплоть до широкого внедрения компьютерных технологий в астрономическое дело. Работа на блинк-компараторе на первый взгляд кажется простой, но на самом деле она была довольно муторной и нудной, поскольку изучать приходилось громадное множество фотопластинок, которые, ко всему, были довольно тяжёлыми и громоздкими. Успех пришёл лишь через год подобных мучений: движущийся объект был обнаружен 18 февраля 1930 года (на фотографиях, сделанных 23 и 29 января того же года). Новость об открытии новой планеты была официально телеграфирована в Гарвардскую обсерваторию 13 марта. Понятно, что данное событие в очередной раз взбудоражило весь мир.



Блинк-компаратор, с помощью которого был открыт Плутон
Взято отсюда: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lowell_blink_comparator.jpg
Название новой планете было дано уже в мае того же года. Сотрудники обсерватории Лоуэлла выбирали название из следующего «шорт-листа»: Минерва (уже тогда это имя носил один из астероидов), Крон и Плутон (название Плутон было предложено Венецией Берни, 11-летней школьницей, дед которой, работавший библиотекарем Оксфордского университета и следивший за последними астрономическими новостями, в шутку поинтересовался у неё, как она назвала бы новую планету). В итоге вариант Плутон был выбран единогласно. Данное название оказалось удачным ещё и потому, что его первые буквы совпадали с инициалами Персиваля Лоуэлла.



Бедный Плутон!
Взято отсюда: https://userscontent2.emaze.com/images/abacd6d5-342f-462c-b1fc-56e099ef0a86/ec24c82f2465360decf5ddebf58a8be5.jpg
Как известно, Плутон считался девятой планетой Солнечной системы до 2006 года. В 2006 году Международный астрономический союз дал формальное определение понятию «планета», которому Плутон, к сожалению, не соответствовал (точнее, соответствовал, но недостаточно). В итоге его переквалифицировали как «карликовую планету». Астрономам, безусловно, виднее, однако данное решение вызвало значительный всплеск как интереса к данному решению (и к астрономии вообще), так и недовольства им. Дошло до массовых акций, многочисленных петиций и даже законодательных решений на уровне двух американских штатов (Нью-Мексико и Иллинойс) в духе «считать Плутон планетой» (что и говорить, глупые решения, но зато совершенно безобидные :)), а Американское диалектологическое общество даже признало глагол «to pluto» («оплутонить», т. е., «понизить в ранге, обесценить, лишить былой значимости») «словом года». Понятно, что широкая публика в подобных вопросах руководствуется в первую очередь лишь «культурологическими» соображениями (я, например, тогда тоже испытал пусть и маленький, но стресс от того, что мои ещё ранне-школьные знания о количестве и названиях планет Солнечной системы оказались поколеблены :)). Однако путь к лишению Плутона статуса планеты был как весьма долгим, так и довольно закономерным.

Начать с того, что сразу после открытия сильно бросалось в глаза, что орбита Плутона как-то уж чересчур отличается от орбит «нормальных планет»: она обладает заметной «вытянутостью» и наклонена к эклиптике намного больше, чем прочие орбиты. К тому же оценки массы Плутона постоянно лишь уменьшались: если в 1930 году её оценивали как равную массе Земли, то уже в 1976 году было ясно, что она не превышает одного её процента (это, в частности, послужило поводом для астрономической шутки о том, что к 1980 году Плутон « совсем исчезнет»). В 1978 году был открыт первый спутник Плутона - Харон, что позволило дать более-менее надёжные оценки его массы (они оказались предсказуемо малыми); в настоящее время считается, что масса Плутона составляет примерно 0,2 % от массы Земли. Для сравнения: масса Меркурия составляет около 5,5 % от массы Земли (при этом в Солнечной системе имеются спутники планет - Ганимед и Титан - с размерами (но не с массой) бóльшими, чем у Меркурия). К слову, чуть позже Плутон и Харон преподнесли ещё один сюрприз: их система оказалась двойной планетой, так как оба они обращаются вокруг общего центра масс, не находящегося внутри Плутона (в случае, например, с Землёй и Луной - самым крупным спутником относительно планеты-хозяйки во всей Солнечной системе - барицентр всей системы находится всё же внутри Земли, хоть и заметно отдалён от её центра). В общем, сложно было не заметить, что Плутон - крайне странная и нетипичная планета...

Ко всему, с 1990-х годов было открыто множество других транснептуновых объектов (их сейчас так много, что далеко не каждый астроном упомнит их названия: Хаумеа, Макемаке, Квавар, Седна, Эрида и многие другие, включая десятки пока ещё не названных). Все они, как и Плутон, оказались довольно маленькими, но не сильно уж мельче Плутона (Эрида оказалась даже на четверть тяжелее). Стало ясно, что Плутон мало чем выделяется среди большого количества транснептуновых объектов, а сам рост количества открытых тел Солнечной системы (с 1990-х этот рост стал буквально взрывным) естественным образом потребовал детализации наших классификаций (в связи с чем и было решено формализовать понятие «планета»). Сейчас Плутон можно рассматривать как «первую ласточку» из, вероятно, громадного количества транснептуновых объектов, дальнейшее изучение которых, безусловно, расширит не только границы нашей Солнечной системы, но и наши представления о её истории и будущем.

В утешение поклонникам Плутона можно лишь напомнить, что сам Плутон от переклассификации никуда не делся. Он по-прежнему кружится вокруг Солнца, и вы по-прежнему вряд ли когда-нибудь увидите его собственными глазами, так как для этого нужен весьма мощный телескоп :). К тому же «планетарный» статус Плутона определённым образом навечно зафиксирован как минимум в названии химического элемента плутоний: плутоний получил своё название именно благодаря Плутону-планете (так как в периодической таблице он следует за нептунием, тоже названным в честь соответствующей планеты; история именования химических элементов - тема для отдельного рассказа :)). Можно упомянуть и о том, что в честь Плутона назван целый класс тел Солнечной системы - плутино, уже не говоря о популярном диснеевском персонаже Плуто (данный факт и не подтверждён, и не опровергнут, но всё же представляется весьма вероятным).

Наконец, Плутон получил от землян замечательный подарок в виде довольно близкого пролёта исследовательского аппарата «Новые горизонты» летом 2015 года (практически на своё «85-летие» :)). Все ведь помнят милую картинку, представленную ниже? Так вот, столь детальные изображения карликовой планеты (фото, послужившее основой для данной картинки, является далеко не самым детальным!) мы получили лишь относительно недавно - и лишь благодаря уже упомянутому аппарату (см. мою запись от 22 июля 2015 с наглядной гифкой-иллюстрацией). К слову, светлая область, похожая очертаниями на стилизованное изображение сердца, названа «Областью Томбо» в честь первооткрывателя Плутона.


Дорогая Земля, спасибо за визит! С любовью, твой Плутон.
Взято отсюда: https://i.pinimg.com/originals/35/e7/5b/35e75b331127ec62739e8676c9196c8a.png

Такая вот история Плутона... От «крупной планеты на самых задворках» до самой первой песчинки из ещё не раскопанной кучи... :)