Открытие Нептуна

Адамс Джон Кауч

После того, как в 1781 В. Гершель открыл Уран и рассчитал параметры его орбиты, обнаружились загадочные аномалии в движении этой планеты: она то "отставала" от расчетного, то опережало его. Орбита Урана не соответствовала закона Ньютона. Это и навело на мысль о существовании еще одной планеты за Ураном, которая могла бы своим гравитационным притяжением искажать траекторию движения 7-й планеты.

26 июня 1841 22-летний студент-математик кембриджского колледжа Святого Иоанна Джон Кауч Адамс зашел в книжную лавку Джонсона, где заметил опубликованную 1832 доклад директора Кембриджской обсерватории Джорджа Биделла Эри о прогрессе астрономии в XIX столетии, представленную только созданной Британской ассоциации по поддержке науки. Эри утверждал, что наука о небесных телах движется вперед с огромной щвидкистю и фактически не имеет нерешенных проблем за исключением единственной - странного поведения Урана. Любые попытки определить характеристики его орбиты и на основе этого предвидеть размещения среди светил неизменно завершались неудачно. Через несколько лет после очередного уточнения планета отклонялась от вычисленной траектории, и эти возмущения накапливались со временем. Они были весьма невелики - около одной угловой минуты. Однако астрономы уже тогда умели вычислять движение других планет с точностью до нескольких угловых секунд и никогда не ошибались. А вот с Ураном явно что-то было не так.

Эта проблема особенно обострилась благодаря работам французского астронома Алексиса Бувара. 1821 он опубликовал основательного (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 отклонения достигли 30 угловых секунд, так что пренебречь ими оказалось невозможно. 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 шесть астрономов (среди них и сам Бувар) независимо друг от друга пришли к выводу, что аномалии в движении Урана, вероятно, обусловленные притяжением еще одной далекой планеты (племянник Алексиса Бувара Эжен, тоже астроном, даже написал о это Эри, но понимания не встретил). Более того, директор Кенигсбергской обсерватории Фридрих Вильгельм Бессель с учеником Фридрихом Флеммингом даже занялись вычислений, которые могли стать основой для ее открытия. Но Флемминг скоропостижно скончался, а Бессель заболел раком и оставил это дело. Случись иначе, вероятно, Нептун открыли бы в начале 1840-х.

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

На лето 1843 Адамс уехал в Корнуолла, на родительскую ферму и там взялся за вычисления. Осенью он вернулся в университет и стал к преподаванию математики. В свободное время он упорно продолжал исследовать движение Урана, лишь иногда отвлекаясь на определение кометных траекторий.

Адамс начал свои вычисления с двух упрощающих предположений. Он предположил, что гипотетическая планета вращается вокруг Солнца правильным кругом, радиус которого задан правилом Тициуса - Боде и поэтому 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. Он пришел к выводу, что новая планета втрое тяжелее Урана и потому на земном небосклоне выглядит лишь вдвое меньше него (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 странные вещи. Адамс знал Джеймса Челлиса, преемника Эри в должности директора Кембриджской обсерватории (самого Эри 1835 был назначен королевским астрономом и он автоматически возглавил национальную обсерваторию в Гринвиче). Чэллис еще в феврале 1844 письменно спросил Эри больше сведения о размещения Урана за несколько десятилетий, подчеркнув, что делает это по просьбе своего юного друга Адамса, который работает над теорией движения этой планеты (и Эри немедленно направил необходимые сведения).

Казалось бы, Адамсу нужно было сразу убедить Челлиса взяться за поиски новой планеты. Однако он лишь ознакомил коллегу со своими выводами, но от просьбы воспользоваться ими воздержался. По его признанию, он не имел ни малейшей надежды, что астрономы-практики вот так сразу и поверят его выкладкам. Такой скептицизм был вполне оправдан - по крайней мере, в отношении Челлиса. Тот действительно не захотел (в чем позже и признался) искать на небосклоне восьмую планету, однако дал Адамсу рекомендательное письмо к Эри, датированный 22 сентября. Через несколько дней Адамс сам отвез его в Гринвич.

Здесь его постигло разочарование - королевский астроном находился в Париже на сессии Академии наук. Адамс оставил Эри письмо и поехал в родительской усадьбе в Корнуолле. Эри после возвращения написал Челлиса, что весьма заинтересован исследованиями Адамса и хочет с ним встретиться или прочитать письменный отчет о его работе.

Узнав об этом, Адамс на обратном пути снова заехал в Гринвича. 21 октября он пришел к обсерватории, 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 немного позже. Вернувшись через час, Адамс обнаружил, что Эри, которому почему-то не сказали, что гость появится снова, уже пошел на обед. В результате Адамс разговаривал с его дворецким, который дал понять, что королевского астронома не позволено отвлекать от трапезы. Настаивать Адамс не стал и сразу отправился обратно 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 утаил, что не очень верит в возможность вычислить траекторию планеты. Однако он вовсе не отверг заявку Адамса, а просто попросил разъяснений. Его особенно интересовало, может Адамс объяснить не только разногласия таблиц Бувара с реальным движением Урана на небосклоне, 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. Возможно, он считал вопрос Эри тривиальным - если уж таблицы Бувара неверные в целом, то и радиус-вектор дают с ошибкой. Возможно, дело было в том, что он тогда корректировал свои вычисления и хотел дождаться окончательных результатов. Как оно там ни было, ответы Эри не получил. Скорее всего, он считал, что юный кембриджский математик нашел серьезные ошибки в своих расчетах и ​​не хочет в этом признаться. Эри убрал октябрьскую записку Адамса к своему личного архива. Он не только не пытался сам искать новую планету в предусмотренной Адамсом зоне (поскольку уже много лет практически прекратил телескопические наблюдения), но и не поручил этого никому из сотрудников обсерватории.

Урбен Леверье

Между тем аномалиями Урана заинтересовались французские астрономы. В конце лета 1845 Эжен Бувар ознакомил Академию наук с новой версии таблиц своего умершего двумя годами раньше 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 надоевшей проблемой Урана время покончить. По его мнению, для этой цели как никто другой подходил 34-летний преподаватель Политехнической школы Урбен Жан Жозеф Леверье, известный как блестящими работами по небесной механике, так и очень скверным характером.

Леверье ответил на вызов и уже 10 ноября предоставил Академии первую работу. Ни о каких трансурановые планеты там еще не было, а только было доказано, что возмущения орбиты Урана нельзя объяснить одним лишь гравитационным влиянием Сатурна и Юпитера. Стоит напомнить, что Адамс к тому времени уже вычислил орбиту новой планеты и сообщил о том Эри Челлиса и нескольких кембриджских коллег. На континенте, однако, о его трудах никто не слышал.

1 июня 1846 Леверье опубликовал еще одну статью о Уран, где окончательно отверг все интерпретации его аномалий, которые не допускали наличии заурановой планеты. Он также вычислил ее приближенную траекторию - иначе, чем Адамс, но не менее убедительно. С его расчетов следовало, что 1 января 1847 эту планету следует искать на границе созвездий Водолея и Козерога (Адамс пришел к аналогичному выводу на год раньше!). Леверье признал, что его координаты требуют корректировки, однако выразил уверенность, что не мог ошибиться более чем на 10 градусов долготы.

Статья Леверье произвела должное впечатление на астрономов всей Европы. Ее прочитал 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, выяснить проблему с радиусом-вектором Урана. Тем не менее он ни словом не упомянул о работе Адамса, хотя должен это сделать по правилам научной и человеческой этики. Интересно, что тогда же, на ежегодной конференции научных кураторов Гринвичской обсерватории, проходившей под председательством президента Королевского общества, он дал положительный отзыв на работы обоих ученых. Эри особо отметил почти полной идентичности выводов Адамса и Леверье и выразил уверенность, что трансурановых планету будет открыт в ближайшее время.

Письмо-ответ Леверье поступил в Гринвич 1 июля. В нем сообщалось, что Леверье надеется вскоре уточнить позицию новой планеты и не сомневается, что таким образом автоматически в рабочем порядке будет решена и проблема радиус-вектора Урана. Есть все основания полагать, что такого же мнения изначально придерживался и Адамс.

Итак, в конце июня 1846 Джордж Биделл Эри наконец поверил в правильность выводов Адамса. Казалось бы, как директор Гринвича он должен был позаботиться о сохранении британского приоритета на большое астрономическое открытие и немедленно распорядиться начать поиски новой планеты. Но такого приказа Эри не отдал. Историки астрономии приводят для этого несколько возможных причин. Возможно, Эри не хотел отвлекать персонал от канитель обязанностей по мониторингу звезд и планет, или считал, что даже самый Гринвичский телескоп-рефрактор с 17-сантиметровой апертурой слишком слаб для такого поиска (Адамс мог бы изменить его убеждения, но Эри с ним так и не встретился).

Эри решил, что для охоты за новой планетой лучше подходит 30-сантиметровый рефрактор Кембриджской обсерватории, построенный на средства герцога Нортумберленд и поэтому назван в его честь. Эту обсерваторию прежнему возглавлял Джеймс Чэллис, и 9 июля Эри специальным письмом попросил его стать к поискам. Не получив ответа от Челлиса (он был в отпуске), он через четыре дня написал ему вторично. Тон письма не оставляет сомнений, что Эри пытался побудить кембриджского коллегу не откладывать охоту на новую планету.

Чэллис ответил Эри 18 июля и обещал немедленно выполнить его просьбу. Более того, он сообщил о своем намерении Адамсу, который сразу же вычислил таблицу положений трансурановых планеты с 20 июля по 8 октября. К сожалению, Чэллис не счел нужным поделиться этими сведениями ни с кем из британских астрономов-любителей, хотя некоторые из них имел первоклассные телескопы. Иначе планету наверняка бы обнаружили до наступления осени. Возможно, Чэллис 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 указанную Адамсом участок небосвода. Поскольку условия для наблюдений ухудшились, следующий сеанс состоялся лишь 12 августа. Чэллис и позже неоднократно повторял свои попытки - но безрезультатно. 2 сентября он информировал Эри, для поисков Планеты (так он ее называл в письме - с большой буквы) требуется больше времени, чем он может уделить до конца года.

Интересная (и печальная для престижа британской астрономии) обстоятельство заключается в том, что Планета шла Челлиса просто 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 пар звезд, но так и не обнаружил различий. Если бы он взял их немного больше, то увидел бы, что светила, которому 12 августа было предоставлено 49-й номер, две недели назад вообще не было на положенном месте.

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 точных указаний. Нацелился на Планету и Сирс Кук Уокер из вашингтонской обсерватории американского флота. Однако суперинтендант обсерватории отказывал Уокеру в телескопическом времени до самого октября.

Иоганн Готфрид Галле

31 августа 1846 Леверье представил на рассмотрение Академии свою третью работу. Там была вычислена новая позиция планеты на 1 января, сдвинута 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 пора перейти от вычислений наблюдениям. Он обратился к нескольким астрономов, в частности к редактору немецкого журнала Astronomische Nachrichten Генриха Шумахера. Тот посоветовал парижском коллеге самом связаться с обсерваториями, имеющих хорошие телескопы. Тут-то Леверье вспомнил, что год назад ассистент Берлинской обсерватории Иоганн Готфрид Галле направил ему копию своей диссертации. Зная, что обсерватория располагает великолепный девятидюймовый рефрактор (22,5 см), Леверье решил воспользоваться заочным знакомством. Галле получил его письмо 23 сентября и сразу же перемовися с директором обсерватории Иоганном Францем Энке, который санкционировал работу с телескопом. Во время разговора присутствовал студент-практикант Генрих д'Аррест, который попросился в Галле помощником. Дождавшись темноты, они вскоре проявили не обозначенную в звездном атласе светлую точку, сдвинутую по предусмотренной Леверье позиции примерно на один градус. Галле и д'Аррест немедленно известили Энке, как раз отмечал свое 55-летие. Следующей ночью совместно с Энке они провели повторные наблюдения и убедились, что светило передвинулось в точном соответствии с прогнозом Леверье. На этот раз удалось даже измерить диаметр диска, который составил 2,6 угловой секунды.

Вот таким образом и произошло открытие, с которым и Галле, и Энке сразу поздравили Леверье. Написал ему и Шумахер, назвал открытие восьмой планеты крупнейшим из известных ему триумфов научной теории. Далее были споры о ее наименовании (победу одержала предложена Леверье название "Нептун") и о приоритете открытия, которые велись между астрономами, так и в прессе. Что же касается самих Адамса и Леверье, то они впервые встретились в июне 1847 в Оксфорде и вполне дружески обменялись рукопожатиями.

Относительно вердикта потомков, то его принято давно, хотя иногда и оспаривается. Джон Кауч Адамс и Урбен Жан Жозеф Леверье предсказали существование восьмой планеты совершенно независимо и разными методами. Адамс сделал это раньше, зато Леверье вычислил ее движение точнее (точка, на которой Галле и д'Аррест впервые заметили Нептун отклонялась от предусмотренной Адамсом позиции на 12 градусов). Поэтому перед нами классический пример научного открытия с различными равноправными авторами.