Тайна девятой планеты

Еще 20 лет назад школьные учебники утверждали, что в Солнечной системе девять планет. Теперь школьников учат, что планет восемь. Не хватает Плутона, который обнаружили 13 марта 1930 г., а позже перестали считать полноценной планетой из-за американца Майка Брауна. Тому, кстати, пришлось сделать нелегкий выбор между своими амбициями и научными взглядами. Он открыл десятую планету и мог войти в учебники, а вместо этого потратил немало сил, чтобы аннулировать и свое открытие, и открытие Плутона.

Как ученые дошли до приграничья Солнечной системы – и остановились

Наши предки были уверены, что всего планет семь. Это видимые с Земли невооруженным глазом Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн, Солнце и Луна. Позже Николай Коперник «разжаловал» Землю из центра мира в обычную планету, а Луну – в ее спутника, и некоторое время люди думали, что планет шесть.

В 1781 г. при внимательном взгляде в телескоп выяснилось, что вокруг нас есть и другие планеты: так астроном Уильям Гершель обнаружил Уран. В начале XIX в. его коллеги открыли еще четыре планеты: Цереру, Палладу, Юнону и Весту на орбите между Марсом и Юпитером. В Солнечной системе стало 11 планет.

Гершель категорически с этим не согласился и придумал для Цереры и других, похожих на нее, термин «астероид». Когда счет таких «планет» в космическом пространстве между Марсом и Юпитером пошел на десятки, эту версию поддержали даже самые отпетые скептики.

Открытый Гершелем Уран бросал вызов учению Исаака Ньютона. Он двигался по орбите совсем не так, как должен был это делать согласно закону всемирного тяготения. Следовательно, существует еще одна, неизвестная планета, которая влияет на орбиту Урана, решили астрономы. Придуманная Ньютоном теория подсказала, где ее искать – так в 1846 г. был обнаружен Нептун.

Но странности на этом не кончились. Когда Нептун внесли в уравнение, Уран все равно продолжал двигаться немного не так, как должен был по теории. Математические расчеты доказывали, что где-то за Нептуном скрывается еще одна, загадочная девятая планета. Ее назвали «Икс».

Среди тех, кто бросился искать планету «Икс», был американец Персиваль Лоуэлл. Его отец управлял текстильным бизнесом и мечтал, что оба сына станут успешными предпринимателями. По окончании университета он выдал каждому стартовый капитал. Персиваль оправдал надежды отца и сумел преумножить сумму. Но стезя предпринимателя его не слишком привлекала. Он перепоручил вести дела брату, а сам увлекся путешествиями – объездил всю Азию и написал несколько книг о своих странствиях. Затем Персиваль переключился на астрономию и построил во Флагстаффе (Аризона) одну из старейших и крупнейших частных обсерваторий.

Лоуэлл исследовал марсианские каналы и доказывал в научно-популярных книгах, что с их помощью марсиане орошали плантации водой из полярных шапок. Он изучал кратеры Луны, картографировал Венеру и, конечно, не смог пройти мимо поисков загадочной «Икс». Позже выяснилось, что ему дважды удалось сфотографировать еще не открытый тогда Плутон. Но один раз тот оказался на фоне звезды, а в другой его скрыл дефект пленки.

В 1916 г. Лоуэлл умер, завещав часть своего состояния на развитие науки. Но еще 11 лет ушло на судебные тяжбы – вдова Лоуэлла пыталась оспорить его последнюю волю. В 1927 г. она проиграла суд, и обсерватория смогла получить финансирование. Было решено продолжить поиски планеты «Икс», наняв для этого отдельного сотрудника. Им стал человек, который иначе вряд ли смог бы построить научную карьеру.

Фермер-звездочет

Клайд Томбо был старшим из шести сыновей фермера, еле сводящего концы с концами. Однажды из-за неурожая Томбо пришлось на год бросить школу: у отца не было денег нанять работников. Другой неурожай поставил крест на его попытке поступить в колледж. Томбо с детства увлекся звездами благодаря своему дяде – астроному-любителю. В перерывах между работой на ферме Томбо занимался самообразованием и мастерил телескопы.

В 23 года он набрался смелости и, не имея никаких дипломов, откликнулся на вакансию Лоуэлловской обсерватории. И Клайда Томбо взяли! Причиной этого стали то ли энтузиазм молодого человека, то ли скромные финансовые запросы. Томбо досталась довольно унылая и кропотливая работа. Телескоп делал снимки одного и того же участка неба в разное время. Две фотографии помещались в прибор под названием блинк-компаратор. Его принцип работы проще всего объяснить на примере обыкновенного блокнота. Представьте, что вы нарисовали на каждой его странице одинаковое расположение точек. Затем на каждой четной странице – дополнительную точку. Когда вы начнете быстро листать страницы, эта точка станет «мигать» на фоне остальных.

В блинк-компаратор помещались две фотографии неба. Перекидывая специальное зеркало то вправо, то влево, Томбо видел либо один, либо другой снимок. Первой его задачей было расположить снимки так, чтобы звезды на нем совпали. Затем он начинал быстро перекидывать зеркало и точки, которые были только на одном снимке, начинали мерцать или двигаться (если планета не успевала покинуть наблюдаемый квадрат неба).

Томбо работал почти без выходных. По его собственным подсчетам, за год с небольшим он проверил около 2 млн звезд. Не раз он находил мигающие точки, но позже выяснялось, что это астероиды, кометы или же просто дефекты пленки. В феврале 1930 г. ему (и всем нам) наконец повезло: очередная замигавшая точка оказалась неизвестной планетой. После ряда проверок 13 марта 1930 г. (в день, когда Гершель открыл Уран) Лоуэлловская обсерватория объявила об обнаружении планеты «Икс».

Счастливая ошибка

Новую планету по традиции нужно было назвать в соответствие с классической мифологией. В обсерваторию прислали более 150 вариантов. Выиграла 11-летняя школьница Венеция Берни из Оксфорда, причем сама того не желая. Ее дедушка поинтересовался у внучки, как бы она назвала планету? Это далекий и холодный мир, и имя у планеты должно быть как у бога подземного царства и смерти Плутона, ответила Венеция. Дедушка работал в библиотеке Оксфордского университета и похвастался этим разговором перед знакомым астрономом. А тот написал об этом в Лоуэлловскую обсерваторию. В это время там выбирали название из двух вариантов: Минерва и Кронос, но у Плутона оказалось одно неожиданное преимущество: две первых буквы этого слова совпадали с инициалами основателя обсерватории Персиваля Лоуэлла.

Согласно расчетам, у таинственной планеты «Икс» должны были быть размеры и масса примерно как у Земли. Такие характеристики ей в теории и приписали. Но астрономов смущало, что столь большая планета должна быть хорошо видна в телескопы того времени – а разглядеть ее было почти невозможно. Ученые решили: это потому что у планеты очень темная поверхность, она почти не отражает свет и поэтому кажется в телескопе такой маленькой.

Понемногу техника совершенствовалась и к концу 1940-х гг. Плутон «усох» до массы примерно как у Марса. В 1970 гг. обнаружилось, что он покрыт метановым льдом. Значит, планета, наоборот, отражает много света. Следовательно, ее масса еще меньше.

В 1978 г. у Плутона нашли первый спутник и благодаря этому наконец точно рассчитали массу самого Плутона. Оказалось, что она составляет лишь 0,22% от массы Земли. А это означало, что Плутон слишком маленький и легкий, чтобы быть планетой «Икс» и оказывать влияние на орбиту Урана. Поиски таинственной планеты разгорелись с новой силой.

Конец им положил в 1989 г. космический аппарат «Вояджер-2». Он позволил точно высчитать массу Нептуна. Астрономы ошиблись: Нептун оказался тяжелее, чем они предполагали. Когда новые данные ввели в теоретическую модель, выяснилось, что на Уран не влияет никто, кроме Нептуна. И планеты «Икс» попросту не существует. Таким образом, Клайду Томбо невероятно повезло: он высчитал, где теоретически должна была находиться планета «Икс», и случайно наткнулся на этом участке неба на Плутон.

Пари на пять бутылок

Все доказательства того, что планеты «Икс» не существует, не убедили вполне серьезного ученого, американского астронома Майка Брауна из Калифорнийского технологического института. В 1999 г. его коллега обнаружила первый объект из так называемого пояса Койпера: скопления огромного количества малых небесных тел за орбитой Нептуна. Для Брауна это стало еще одним доказательство того, что за Нептуном прячется неизвестная планета. Они с коллегой заключили пари на пять бутылок шампанского, что до 31 декабря 2004 г. планету найдут.

Не надеясь на коллег-астрономов, Браун лично занялся поисками. Это было непросто. Два года ушло на то, чтобы отфотографировать участок неба с поясом Койпера. Делалось это с помощью стеклянных фотопластинок и в буквальном смысле на ощупь. В отличие от обычной фотопленки, эмульсия реагировала на красный свет. Так что в полной темноте ее наносили на стекло, несли к телескопу и на ощупь вставляли. После 30-минутной выдержки в 30 минут фотопластину извлекали и отправляли в темную комнату на проявку. Конечно, в то время астрономы уже использовали цифровую фототехнику. Но чтобы охватить такой большой участок неба, требовалось разрешение в 500 мегапикселей. Для сравнения: у профессиональных фотокамер того времени было стандартное разрешение два мегапикселя. Так на помощь пришла старая добрая фотопластина.

К счастью для Брауна, прогресс не стоял на месте и тратить годы на работу с блинк-компаратором не пришлось. Фотографии загрузили в компьютер, Браун написал программу, и тот всего за два часа обнаружил все движущиеся объекты. Их оказалось 8761. На проверку ушел еще год – и никакой планеты не нашлось. Все объекты оказались дефектами съемки или уже известными объектами.

Браун не отчаивался и убедил руководство института продолжить поиски. К этому времени цифровые технологии были усовершенствованы, хотя по-прежнему фотографировали меньшую площадь, чем аналоговая техника. Зато они делали снимки куда быстрее, чем бегающие в темноте с фотопластинами астрономы. В итоге уже через год, в 2002 г., удача улыбнулась Брауну. Он обнаружил движущееся тело, которое по первоначальным подсчетам оказывалось размером примерно с Плутон. Увы, проверка с помощью космического телескопа «Хаббл» показала, что на самом деле объект был вдвое меньше. Произошло то же, что когда-то с Плутоном: оба небесных тела состояли из льда, отражали много света и оказались ярче, чем изначально предполагали ученые. Но все равно это была победа. Еще несколько лет назад ученое сообщество считало, что ничего такого крупного в той области не существует. Браун дал новому объекту имя Квавар – так звали божество индейского племени Тонгва.

В 2003 г. Майкл Браун вновь сумел «выбить» финансирование на продолжение поисков. Следующий крупный объект он обнаружил только в ноябре 2004 г. и назвал его Седна (богиня моря в инуитской мифологии), причем оказалось, что Седна не относится к поясу Койпера. Она движется по настолько длинной орбите, что совершает полный оборот вокруг солнца за 11 000 земных лет. Размер Седны оценили примерно в ¾ Плутона и решили не считать планетой. Браун проиграл своей коллеге пять бутылок шампанского, и ему не хватило всего нескольких дней, чтобы выиграть пари.

Как Браун «разжаловал» Плутон

5 января 2005 г. он обнаружил за Нептуном объект, диаметр которого оценили в 3000 км – больше Плутона. Позже диаметр скорректировали до 2326 км. По всем правилам это была десятая планета Солнечной системы. Браун назвал ее Зена в честь героини сериала «Зена – королева воинов». А ее спутнику дал имя Габриэль – как у спутницы Зены. Правда, Международный астрономический союз встал на дыбы и Брауну пришлось переименовать космические тела в соответствии с классической греческой мифологией – в богиню раздора Эриду и ее дочь, богиню беззакония Дисномию.

В ученом сообществе действительно наступил раздор. Эриду надо было признавать планетой. Но что делать с Седной, которая немногим меньше? Какой размер отличает планету от астероида? К тому же с 2001 г. Браун успел обнаружить в поясе Койпера еще несколько объектов диаметром в сотни километров и продолжал находить все новые и новые. У астрономов крепла уверенность в том, что рано или поздно Браун или кто-то из его коллег наткнется еще на одно тело размерами как Плутон. Снова переписывать учебники, включая в них 11-ю планету?

Смущало и то, что орбита Плутона была совсем не похожа на орбиты остальных планет Солнечной системы. На плакате, который в детстве висел в спальне Брауна, помещались орбиты всех планет, кроме Плутона. Чтобы совершить полный оборот, последнему пришлось бы вылететь в окно, пересечь двор, показаться на улице и затем вернуться обратно.

В августе 2006 г. конференция Международного астрономического союза в Праге придумала изящное решение проблемы. До этого планетой считалось небесное тело, которое, во-первых, вращается вокруг Солнца, во-вторых, не является спутником другой планеты, и в-третьих, обладает достаточной массой для приобретения сферической формы. Конференция добавила еще одно требование: тело должно «расчистить» свою орбиту от тел сопоставимого диаметра.

Таким образом Плутон перестал соответствовать критериям планеты. Для него придумали специальный термин «карликовая планета» (dwarf planet). Сегодня таких «карликов» поясе Койпера обнаружено уже несколько, включая Эриду. И Церера, которая считалась одним из астероидов из пояса между Марсом и Юпитером, также превратилась в карликовую планету.

Клайд Томбо умер в 1997 г. и не застал того, как открытый им Плутон разжаловали в «карлики». А придумавшая для него название Венеция Берни была еще жива. «В моем возрасте такие решения уже не кажутся важными», – прокомментировала она действия Международного астрономического союза.

В штатах Нью-Мексико и Иллинойс, где жил и работал Томбо, приняли специальные законы, согласно которым Плутон считается настоящей планетой (правда, ответственности за нарушение этих законов не предусмотрено). Такого же мнения до сих пор придерживается ряд астрономов. Сам Майкл Браун с самого начала настаивал, что ни Плутон, ни открытая им Эрида не являются планетами. А его коллега, с которой он спорил на пять бутылок, решила иначе. Она своим решением продлила их спор еще на пять дней – до 5 января 2005 г., признала себя проигравшей и прислала Брауну шампанское.