Открытие Нептуна: Урбен Леверье и Джон Коуч Адамс

Как известно, планета Уран была открыта в 1781 году. Но вскоре в движении планетного тела обнаружились загадочные аномалии: она то «отставала» от расчетного положения, то опережала его, ее то не могли увидеть на ожидаемом месте, то она появлялась в определенной точке небосвода раньше, чем следовало по расчетам. Первым эти отклонения от расчетной траектории в 1783 году заметил петербургский академик Андрей Иванович Лексель. Изучив особенности движения Урана, Лексель предположил, что на него воздействует притяжение неизвестного космического тела, расположенного еще дальше.

В 1821 году были опубликованы таблицы положения Урана, рассчитанные на много лет вперед, а в 1832 в отчете Британской Ассоциации развития науки будущий королевский астроном Дж. Эйри указал, что за 11 лет разница в положении Урана достигла почти полминуты дуги, что слишком много для простой ошибки в расчетах. Вскоре после опубликования отчета Эйри получил от британского астронома-любителя, преподобного доктора Хасси, письмо, в котором тот предлагал поискать «заурановую» планету по ее возмущающему воздействию на Уран. По-видимому, это было первым предложением искать планету за Ураном. Эйри идею Хасси не одобрил, и поиски не были начаты.

В 1831 году, то есть за год до описанных событий, талантливый студент Дж. К. Адамс записал: «В начале этой недели появилась мысль заняться сразу же после получения степени исследованием аномалий в движении Урана, которые до сих пор не объяснены. Надо найти, могут ли они быть обусловлены влиянием находящейся за ним неоткрытой планеты, и, если возможно, определить хотя бы приблизительно элементы ее орбиты, что может привести к ее открытию».

Но приступить к решению этой задачи Адамс смог только через два года, а предварительные вычисления были закончены лишь к октябрю 1843 года. Он хотел показать их Эйри, однако встретиться с королевским астрономом ему не удалось. Адамсу пришлось вернуться в Кембридж, оставив для Эйри результаты проведенных расчетов. Отвечая на записку Адамса, Эйри задал вопрос об особенностях вычислений. Дело продолжало стоять на месте, поскольку Адамс не ответил на это письмо (этот ответ не найден до сих пор).

После записки к Эйри Адамс обратился к астроному-наблюдателю Джеймсу Челлису, и тот приступил к поискам в июле 1846 года. Но ему не повезло. Он неоднократно наблюдал планету в августе 1846 года, записывал ее координаты, но так и не удосужился сравнить результаты наблюдений, проведенных в разные дни. Челлис впоследствии объяснял это отсутствием в своей обсерватории точной звездной карты.

В то время точные звездные карты изготавливались в Берлинской обсерватории. Немецкие астрономы, экономя на почтовых расходах, рассылали свои звездные карты попарно, а к тому листу, на котором немцы через несколько месяцев обнаружили планету, еще не было пары, и карта имелась лишь в Берлинской обсерватории.

И все-таки Челлис лукавил: в период, когда он проводил наблюдения, новая планета проходила по соседнему участку неба, карта которого в Кембриджской обсерватории все-таки имелась, но он ею не воспользовался.

Адамс не публиковал расчетов, а сведения о его работе держались в секрете кембриджскими астрономами, и ему пришлось обратиться к обладателю самого крупного телескопа того времени в надежде, что в его мощный прибор удастся разглядеть диск новой планеты без кропотливой работы по сравнению положений сотен звезд.

Но увы, ему опять не повезло. Когда письмо пришло в Ливерпуль, у Ласселла была травма ноги, и он не мог дойти до телескопа. На следующий день он почувствовал себя лучше, попытался провести наблюдения, но не смог найти письма с координатами. Выяснилось, что горничная случайно выкинула его вместе с мусором. Ласселлу было настолько неудобно, что он так никогда и не рассказал Адамсу, почему не смог открыть новую планету.

Независимо от Адамса над проблемой «заурановой» планеты работал во Франции астроном-теоретик Урбен Леверье. Он служил в парижском Бюро долгот, возглавляемом великим французским астрономом Франсуа Араго. Именно Араго и заинтересовал молодого ученого поисками местоположения неизвестной планеты.

Неоценимую роль в расчетах Леверье сыграла публикация информации о наблюдениях Урана, проведенных датским астрономом Оле Ремером в 1706 году. Ремер был не только крупной величиной в мире астрономии (он ни много ни мало впервые измерил скорость света!), но также и мэром Копенгагена. Однако после его смерти судьба сыграла злую шутку с его архивом астрономических наблюдений. Даже созданная им хорошо экипированная пожарная команда не спасла его бумаги от уничтожения во время большого копенгагенского пожара 1728 года. Тогда пламя поглотило почти весь город – более 1700 домов, включая ратушу и университет. От обсерватории Ремера осталось только пепелище.

Но толика записей Ремера все же сохранилась. Там нашлись и наблюдения за планетой Уран, сделанные за 75 лет до ее открытия: в 1706 году в течение трех ночей Ремер фиксировал координаты Урана, считая его одной из звезд. Именно эти материалы и попали затем в Берлин, где их исследовал астроном Иоганн Галле. Обработка наблюдений Урана, выполненных Ремером, стала для Галле диссертационной работой. Публикацию ее в научном журнале Галле разослал европейским астрономам, которые занимались вычислениями планетных движений. Получил эту статью и Леверье.

Десятого ноября 1845 года Леверье представил Французской Академии наук результаты своего теоретического анализа движения Урана. Указав на расхождение между данными наблюдений и расчетов, он писал о существующем внешнем факторе, эти оценки были проведены в первой половине 1846 года. Ему помогло предположение, что неведомая планета движется в соответствии с правилом Тициуса – Боде и что орбита имеет очень малый наклон к плоскости эклиптики. Леверье примерно показал, где следует искать новую планету.

Получив второй трактат Леверье, королевский астроном Эйри обращает внимание на близкое совпадение результатов исследований Адамса и Леверье, относящихся к движению предполагаемой планеты. Но, как и ранее, он не торопится начать поиски и начинает хлопотать о них только в июле 1846 года.

Тем временем 31 августа 1846 года Леверье закончил еще одно исследование, получив в окончательном виде систему элементов орбиты искомой планеты и указав ее место на небе. Парижские астрономы не пожелали начать такие поиски, полагая, что невозможно вычислить расположение планеты, не зная о ней почти ничего. Леверье пишет немецкому астроному Галле, который уже один раз помог ему, найдя данные о наблюдениях Урана в архивах Ремера. Письмо было доставлено в Берлинскую обсерваторию 23 сентября 1846 года. По его получении Иоганн Галле тут же отправился к профессору Иоганну Энке, директору обсерватории. Надежда на такие поиски была невелика – да и как можно было запланировать наблюдения неизвестного тела? Однако Леверье повезло: письмо пришло в Берлин в день 55-летнего юбилея директора обсерватории. Иоганн Энке собирался праздновать и в предстоящую ночь наблюдения отменил. Поэтому он и разрешил своему ассистенту Иоганну Галле выполнить просьбу парижского коллеги, хотя скептически заметил, что считает это занятие пустой тратой времени.

Живший при обсерватории немецкий студент Генрих д’Арре попросил разрешения участвовать в наблюдениях, на что Энке тоже согласился. Именно благодаря д’Арре наблюдения и стали успешными. Как только стемнело, Галле навел телескоп на участок неба с координатами, указанными в письме. Он искал заметный диск планеты – главное отличие от звезд. Подобного объекта в поле зрения телескопа не оказалось. А значит, для поиска планеты предстоит записать координаты множества звезд на этом участке неба и на следующий день повторить наблюдения: так можно было обнаружить объект, положение которого изменилось. Работа предстояла долгая и кропотливая.

Однако Генриху д’Арре пришла мысль воспользоваться подробной картой звездного неба. Такие карты для различных участков как раз и готовила в те годы Берлинская обсерватория. Он стал рыться в шкафах, и снова везение – карта была найдена! Это оказался самый свежий лист, только что отпечатанный и еще не разосланный в другие обсерватории. И вот Галле вновь смотрит в телескоп, произнося вслух координаты каждой звезды, а д’Арре сличает их с картой, отвечая: «Есть, есть…»

Спустя полчаса, в начале первого ночи, в башне обсерватории раздался радостный возглас: «Этой звезды нет на карте!» Расхождение с координатами, указанными Леверье, составило меньше одного градуса, но оно было!

Однако берлинские астрономы с сообщением об открытии торопиться не стали, нужно было абсолютно точно убедиться, что это планета, а не звезда. На следующую ночь было обнаружено, что за прошедшие сутки «звездоподобный» объект 8-й звездной величины сместился относительно неподвижных звезд. Вот теперь стало ясно, что планета, вычисленная Леверье, обнаружена!

Утром в Париж полетело письмо с радостной вестью и предложением назвать планету Янусом. Леверье поздравил коллег и предложил назвать новую планету Нептуном. Поначалу, однако, планету называли просто планетой Леверье. Но и сам по себе факт открытия стал событием: найдена еще одна, восьмая планета Солнечной системы. Причем не случайно найдена, а вычислена, и эти вычисления подтверждены наблюдением!

По указанным координатам новую планету наблюдают астрономы разных стран. Франция награждает и Леверье, и Галле орденами Почетного легиона. Лондонское Королевское общество (Британская Академия наук) присуждает Леверье высшую награду – медаль Копли. Петербургская Академия наук избирает его почетным членом.

Но никто не подозревает, что в дело об открытии новой планеты вот-вот вмешаются астрономы из соседней Англии – и на бесспорный приоритет Леверье будет брошена тень.

Через полтора месяца после триумфального открытия Нептуна Англия заявила, что претендует на приоритет в открытии планеты. На собрании Королевского астрономического общества было объявлено, что Джон Адамс, астроном-теоретик из Кембриджа, еще осенью 1845 года (то есть за год до открытия Нептуна) вычислил положение новой планеты, о чем он сообщил краткой запиской королевскому астроному и директору Гринвичской обсерватории Джорджу Эйри.

Англичане, к их чести, начали с того, что попытались выяснить, почему Эйри не организовал поиски новой планеты (мы уже знаем, как это получилось). Впоследствии Джон Гершель, один из руководителей Королевского астрономического общества, выступал с пропагандой выполненных Адамсом вычислений, хотя они и не были опубликованы и не привели к открытию новой планеты. Кампания велась агрессивно, ее следы заметны до сих пор: во многих справочниках значится, что Нептун открыт по вычислениям, которые независимо друг от друга сделали Адамс и Леверье. Причем фамилия Адамса, как правило, стоит первой.

Сам же Адамс вел себя в высшей степени корректно. Он отказался и от дворянского титула, который ему хотела присвоить королева Виктория, и от должности в Гринвичской обсерватории, предпочтя остаться профессором геометрии в Кембридже. Несмотря на спор за приоритет открытия между Францией и Англией, который продолжался больше года, между Адамсом и Леверье установилось полное взаимопонимание, они оставались друзьями до конца жизни.

Показательно то, что рассчитанная Леверье и Адамсом орбита Нептуна очень быстро отклонялась от действительной орбиты планеты, и если бы поиски затянулись на несколько лет, то по этим вычислениям найти планету уже было бы нельзя.

В последующие годы Нептун был найден на более ранних звездных картах, датированных до его открытия. Однако самое раннее наблюдение, по-видимому, было сделано Галилео Галилеем в 1612 году: на зарисовках Юпитера и его спутников, сделанных рукой Галилея на рубеже 1612–1613 годов, значится звезда 8-й звездной величины, которой нет на современных звездных картах.