Текст книги "За новыми горизонтами"

Открытие Плутона – 1930 г.

Из всех небесных тел, в классической традиции относившихся к планетам, Плутон – это не только самый далекий объект, который стали исследовать в последнюю очередь. Он и обнаружен был намного позже всех остальных планет – фактически нашим поколением. Это открытие было сделано в 1930 г. Клайдом Томбо, мальчиком с фермы в Канзасе, не имеющим профильного образования, – классическая история о том, как неуклонное упорство ведет к крупному выигрышу.

Клайда, который родился в 1906 г., посреди выматывающей силы фермерской жизни в Иллинойсе, с детства захватывала мысль об иных мирах. «Однажды, когда я был в шестом классе, – писал он в автобиографических записях, опубликованных в 1980 г., – меня посетила мысль: "А на что должна быть похожа география других планет?"» Когда мальчик подрос, семья переехала на ферму в Канзасе, где Клайд неустанно изучал небо с помощью 57-миллиметрового телескопа, который его отец приобрел по каталогу Sears, Roebuck. Мальчик изучал астрономию самостоятельно, шлифуя линзы, чтобы собрать новый телескоп, и тщательно зарисовывая пятна, которые он наблюдал на Юпитере и Марсе. Он читал все, имеющее отношение к астрономии и планетам, что только мог отыскать в местной библиотеке, и следил за спорами о сомнительных «каналах» на Марсе, которые «открыл» и широко разрекламировал богатый и харизматичный бостонский астроном Персиваль Лоуэлл. Также Клайд прочитал о том, что Лоуэлл предсказал существование неизвестной планеты за орбитой Нептуна.

Лоуэлл тщательно изучил орбиту Нептуна и пришел к выводу, что некоторые странности в его движении можно объяснить небольшим гравитационным влиянием далекой девятой планеты. Клайд читал об обсерватории Лоуэлла, построенной на горе над городом Флагстафф в Аризоне. Он представлял себе, как когда-нибудь поступит в колледж и станет астрономом, но его реальная жизнь была совершенно иной. Времена стояли тяжелые, и Клайд и помыслить не мог, что у его семьи когда-нибудь будет достаточно денег, чтобы он мог уехать с фермы и воплотить свои мечты в жизнь.

Тем не менее, все еще питая какую-то надежду, Томбо послал некоторые из своих лучших зарисовок Марса астрономам в обсерваторию Лоуэлла. И в один прекрасный день в 1928 г., к его величайшему удивлению, Клайд получил ответ от директора обсерватории доктора Весто Слайфера. Они искали ассистента и хотели узнать, не интересует ли Томбо эта работа.

Еще бы она его не интересовала! В январе 1929 г. буквально с одним чемоданчиком, набитым одеждой и книгами по астрономии, а также с несколькими бутербродами, которые мать сделала ему на дорогу, Клайд сел в поезд, идущий на запад, в Аризону. Молодой человек, которому через три недели должно было исполниться 23 года, возбужденный предстоящим путешествием, но немного огорченный тем, что покинул семейную ферму, наблюдал за тем, как поезд удаляется от Канзаса и приближается к горам Аризоны и как пейзаж за окном меняется от равнинных сельскохозяйственных земель до сухой пустыни и сосновых лесов. Этот поезд вез его прямиком на страницы истории, хотя Клайд об этом и не подозревал.

Когда Томбо прибыл на место, он выяснил, что его наняли для того, чтобы он работал на совершенно новом 33-сантиметровом телескопе, чтобы возобновить поиски «Планеты Х». Получив это потрясающее назначение, Клайд взялся за поиски, начатые знаменитым Персивалем Лоуэллом, который скончался в 1916 г., так и не отыскав «свою добычу». Теперь Томбо должен был продолжить его дело.

Новый телескоп, созданный специально для охоты за «Планетой Х», был мощнее, чем тот, который использовал сам Лоуэлл, а расположение обсерватории на высоте 2 км над уровнем моря, в горах северной Аризоны, обеспечивало темные и безоблачные ночи. Работа по поиску, которой должен был заниматься Томбо, была очень кропотливой. Ледяной зимой ночь за ночью он проводил в неотапливаемой башне телескопа, снимая один за другим крошечные участки неба на фотографические пластинки в том районе, где по расчетам параметров орбиты можно было предсказать существование новой планеты.

Ожидалось, что планета, которую искал Клайд, будет настолько тусклой (в тысячи или даже в десятки тысяч раз тусклее, чем объекты, различимые невооруженным глазом), что каждую фотографическую пластинку следовало экспонировать более часа, в течение которого Томбо тщательно вел телескоп, чтобы компенсировать вращение Земли и удерживать звезды неподвижными в поле зрения. Каждая из таких фотографий была усеяна тысячами звезд, галактик, множеством астероидов, и иногда в них даже попадали кометы.

Как же Клайд мог узнать, что какая-либо отдельно взятая точка является планетой? Для этого надо было фотографировать один и тот же небольшой участок неба несколько ночей подряд, чтобы заметить движение тусклого пятнышка на фоне звезд. Причем оно должно было двигаться с определенной скоростью, что указывало на то, что объект обращается по орбите позади Нептуна. Чтобы анализировать изображения, Томбо использовал прибор под названием «блинк-компаратор» – для того времени настоящее произведение искусства, – который позволял ему находить различия между снимками, сделанными в следующие друг за другом ночи. Когда он переключался между фотографиями, звезды фона оставались неподвижными, но планета должна была продемонстрировать медленное движение.

Трудно переоценить, насколько утомительной и трудной была эта работа. Сегодня ее сделали бы с помощью компьютера, но в те времена все операции производились вручную. Итак, Клайд шел к телескопу каждую ночь, когда позволяла погода и полная Луна не разгоняла глубокую темноту. Он жил по 28-дневному лунному циклу, прерывая наблюдения в дни полнолуния, когда ночное небо было слишком светлым, чтобы фотографировать такую желанную тусклую планету. Вынужденный простой он использовал для проявки фотографий и изучения их в лаборатории на блинк-компараторе, чтобы обнаружить первое пятнышко, а затем и следующее.

Но успеха никто не мог гарантировать. Некоторые старшие коллеги говорили Томбо, что он напрасно теряет время; что если бы существовали еще планеты, то они уже были бы обнаружены во время предыдущих исследований. Ничего удивительного, что Клайд страдал от упадка боевого духа и приступов сомнения в себе. Но он продолжал работу.

После почти года напряженной охоты, 21 января 1930 г., небо было ясным, и во время методичного прочесывания Томбо перешел к участку в созвездии Близнецы. Ночь была просто ужасной из-за поднявшегося сильного ветра, раскачивавшего телескоп и почти сорвавшего дверь с петель. Сделанные Клайдом фотографии оказались такими нерезкими, что казались бесполезными, но, как выяснилось, – хотя он сам тогда еще об этом и не знал, – Клайд действительно сфотографировал свою долгожданную цель – «Планету Х» Лоуэлла.

Поскольку 21 января погодные условия были плохими, Клайд решил сфотографировать тот же самый участок 23-го и 29-го. Это было правильным решением.

Несколько недель спустя, 18 февраля, когда почти полная Луна снова сделала поиски тусклых объектов практически невозможными, Томбо занялся сравнением январских снимков на блинк-компараторе, пытаясь отыскать что-то, что двигалось бы с определенной скоростью, указывающей на то, что оно находится на большем расстоянии, чем какая-либо из известных планет. Методом проб и ошибок он обнаружил, что переключение между кадрами со скоростью три раза в секунду работает лучше всего. На одной из январских пластинок Клайд заметил нечто, напоминающее то, что он искал. Крошечное тусклое пятнышко перепрыгивало туда-сюда на 3 мм – это было как раз правильное расстояние, указывающее на то, что объект находится за орбитой Нептуна. «Вот оно!» – сказал себе Клайд. Он вспоминает:

Меня охватил глубокий, благоговейный восторг. Я переключал шторку туда и обратно, изучая изображения… Следующие 45 минут или около того я пребывал в таком возбуждении, какого никогда в жизни не испытывал. Я должен был все проверить, чтобы быть полностью уверенным. Я измерил смещение и получил 3,5 мм. Тогда я заменил одну из пластинок на ту, которую снял 21 января. Почти мгновенно я нашел пятно в 1,2 мм к востоку от положения, которое было 23 января, что полностью совпадало с шестидневным смещением уже открытой пары… Теперь я был уверен на 100 %[3]3
  Clyde Tombaugh and Patrick Moore, Out of the Darkness (Harrisburg, PA: Stackpole Books, 1980).


[Закрыть].

В тот момент Томбо понял, что поймал свою добычу. Также он осознал, что стал первым за несколько десятилетий человеком, открывшим новую планету[4]4
  Томбо оказался последователем Вильяма Гершеля, который в 1781 г. открыл Уран, и Иоганна Галле, в 1846 г. обнаружившего Нептун. Галле часто делит славу с Урбеном Леверье, который точно предсказал расположение Нептуна, опираясь на расчеты, основанные на возмущениях орбиты Урана, и, таким образом, указал Галле, где искать планету. – Прим. авт.


[Закрыть]. Эта крошечная темная точка, скачущая, как блоха, по светло-серой фотопластинке, окруженная россыпью неподвижных звезд, была первым изображением мира, который доселе не видел ни один человек.

Там была новая планета! И несколько долгих минут Клайд Томбо был единственным человеком на Земле, который о ней знал. Затем, удостоверившись в подлинности своей находки, он медленно пошел в холл, чтобы рассказать о ней начальнику. Идя по коридору, он старался подобрать нужные слова, но в конце концов вошел в кабинет директора обсерватории и просто сказал: «Доктор Слайфер, я нашел вашу "Планету Х"».

Слайфер знал, насколько аккуратно и тщательно Клайд ведет наблюдения. Раньше Томбо никогда не делал такого заявления, и на ложную тревогу оно не походило. После того, как Слайфер и еще один ассистент проверили снимки и подтвердили находку Томбо, они согласились с ним, но приняли решение держать открытие в тайне, сообщив только нескольким коллегам по обсерватории. Тем временем Клайд провел последующие наблюдения, чтобы подтвердить открытие и получить больше информации о том, что представляет собой объект и как он движется. Фальшивая сенсация могла бы стать настоящей катастрофой.

Более месяца они провели, проверяя и перепроверяя новую планету и ее путь на небе, подтверждая наблюдения расчетами, которые показали, что объект находится дальше Нептуна. Планета прошла все тесты, появляясь на каждой новой фотографии и двигаясь в точности с нужной скоростью. Также астрономы потратили месяц на поиск спутников планеты (не нашли ни одного) и на попытки с помощью более мощного телескопа увидеть ее как диск, а не просто точку, чтобы можно было оценить размеры. Этого они добиться не смогли, и можно было сделать предположение о том, что планета маленькая.

Наконец, полностью удостоверившись в своей находке, они объявили об открытии 13 марта 1930 г. – в 149-ю годовщину открытия Урана и 75-й день рождения Персиваля Лоуэлла.

Сенсационная новость мгновенно распространилась по всему миру. The New York Times вышла с заголовком на всю ширину полосы: «НА ОКРАИНЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ ОБНАРУЖЕНА ДЕВЯТАЯ ПЛАНЕТА – ПЕРВАЯ, НАЙДЕННАЯ ЗА 84 ГОДА», и сообщение тут же подхватило бесчисленное множество других газет и радиостанций.

Открытие стало предметом огромной гордости Лоуэлловской обсерватории, которой нужно было быстро выбрать название новой планеты, пока это не сделал кто-нибудь другой. Вдова Персиваля Лоуэлла Констанс, ранее 10 лет сражавшаяся за то, чтобы лишить лабораторию тех средств, которые ее покойный муж оставил на поиск «Планеты Х», теперь настаивала на том, чтобы назвать планету Персиваль или Лоуэлл. Потом она захотела, чтобы планету назвали Констанс в ее честь. Естественно, никто ее желаний не разделял, но для обсерватории ситуация сложилась неловкая, поскольку учреждение по-прежнему финансово зависело от семьи Лоуэлл.

Тем временем пришло более тысячи писем, где предлагались различные названия новой планеты. Некоторые из них были достаточно серьезными, основанными на мифологии и подходящими к названиям других планет, например Минерва, Озирис и Юнона. Другие предлагали современные названия, такие как «Электричество». Были и куда более экстравагантные и невероятные предложения: одна женщина с Аляски прислала стихотворение, чтобы подкрепить свое намерение назвать планету Том Бой («мальчик Том») в честь Томбо. Кто-то из Иллинойса заявил, что планету нужно именовать Лоуэллофой в честь обсерватории Лоуэлла в Флагстаффе, штат Аризона. А мужчина из Нью-Йорка предложил «Зиксмал», потому что это было последнее слово в словаре и, таким образом, оно идеально подходило для «последней планеты».

Но Венеция Берни, 11-летняя школьница из Англии, предложила название «Плутон» – имя римского божества, повелевающего подземным миром. Ее дедушка рассказал об этой идее Венеции знакомому астроному, который, в свою очередь, послал в обсерваторию Лоуэлла судьбоносную телеграмму, гласящую: «В качестве названия для новой планеты рассмотрите, пожалуйста, "Плутон" – имя, которое маленькая девочка Венеция Берни предложила для темного и мрачного мира».

Клайду и его более именитым коллегам из обсерватории Лоуэлла название понравилось, и они предложили его Американскому астрономическому обществу и Королевскому астрономическому обществу Англии. Обеим организациям название пришлось по вкусу. Астрономы из Лоуэлловской обсерватории считали, что это имя просто идеально подходит для планеты и не только потому, что оно соответствует традиции называть планеты по именам богов из классической мифологии, но также и потому, что первые две буквы «ПЛ» совпадают с инициалами их основателя и покровителя Персиваля Лоуэлла.

2
Плутоновый андеграунд

Плутонофилы

С наступлением в 1960-е гг. эры непосредственных исследований планет они, когда-то бывшие всего лишь точками света, смутно поблескивающими в окуляре телескопа, стали настоящими мирами, которые можно было разведывать и изучать с помощью новых мощных приборов и методов, в том числе тех, которые использовали для исследований нашей родной планеты Земля. В этих мирах были камни и лед, рельеф, погода, облака и климат. Таким образом, их изучением занялись геологи, метеорологи, специалисты по изучению магнитосферы, химики и даже биологи. Несмотря на всю сложность, такие исследования особенно привлекали предприимчивых и авантюрных ученых, которые были в состоянии решать новые сложные задачи на стыке различных дисциплин. Так возникала новая, отдельная область знаний – планетология.

Из всех планет лишь самый отдаленный и труднодостижимый Плутон оставался скрытым в тени таинственным миром, особенно сложным для изучения. Но планетологи любят непростые наблюдения и головоломки, а Плутон обеспечивал их в огромном количестве. Ученые стремятся узнать новое и сделать свой вклад в знания. И благодаря множеству тайн Плутона возникло новое научное сообщество решительно настроенных любителей этой планеты. Жаждущие новой информации ученые разрабатывали все более сложные телескопы и другие более совершенные приборы для того, чтобы разобраться в том, что могли увидеть издалека, с поверхности Земли.

Первое, что удалось узнать о Плутоне с помощью примитивных инструментов, доступных после его открытия в 1930 г., – это размер и форма его орбиты, которая по сравнению с орбитами уже известных в то время планет была просто огромной и чрезвычайно странной. Некоторые думают, что Солнце очень далеко от Земли. Так, в сущности, и есть: до него 150 млн км. Когда мы слышим об этом, наш мозг с трудом может представить что-то, кроме очень, очень большого числа. Поэтому обычно используют аналогии и, если уменьшить Землю, к примеру, до размеров баскетбольного мяча, то Солнце окажется на расстоянии почти 9 км от нее. Но орбита Плутона в среднем находится в 40 раз дальше от Солнца, чем орбита Земли, что в том же самом баскетбольном масштабе означает: Плутон находится в 354 км от мяча!

На таком огромном расстоянии гравитационное влияние Солнца намного слабее, и планеты обращаются гораздо медленнее. В результате на один оборот вокруг Солнца Плутону требуется 248 лет. Только подумайте об этом: примерно один плутонский год назад капитан Кук отплыл в свое первое путешествие из Англии, и прошла всего треть этого года с тех пор, как Клайд Томбо первым заметил точку – Плутон, – которая сместилась в рамке блинк-компаратора в обсерватории Лоуэлла.

К тому же орбита Плутона имеет большой эксцентриситет, то есть его эллиптическая орбита более вытянута, чем орбита любой планеты, расположенной ближе к Солнцу. Из-за этого со времени его открытия и до конца 1980-х гг. Плутон медленно двигался внутрь системы, все больше приближаясь к Земле и Солнцу. В 1950-х гг. его возрастающая яркость и новые инструменты для более точного измерения блеска астрономических объектов впервые позволили измерить кривую блеска Плутона – то, как его яркость меняется при вращении вокруг оси. Из этого анализа удалось выяснить, что существует регулярная пульсация – усиление и уменьшение яркости, которые имеют периодичность ровно 6,39 земных суток. Установив этот медленный постоянный ритм, ученые выяснили продолжительность суток на Плутоне. Тогда как Земле требуется 24 часа для одного оборота, Плутон вращается со сравнительно небольшой скоростью, и сутки длятся в 6,4 раза дольше, то есть они продолжительнее, чем на любой другой планете, за исключением Венеры и Меркурия.

С совершенствованием технических средств в 1970-х гг. астрономы-планетологи также сумели записать первую приблизительную спектрограмму Плутона – определить зависимость его яркости от длины волны. Выяснилось, что в целом планета имеет красноватый оттенок.

В 1976 г. астрономы-планетологи из высокогорной обсерватории на Гавайях обнаружили в спектре Плутона слабые отпечатки следов замерзшего метана (замерзшего природного газа!), который находился на его поверхности[5]5
  Классическая статья, сообщающая об этом открытии и других выводах о размере и отражательной способности поверхности планеты, – «Плутон: доказательства существования замерзшего метана» (Pluto: Evidence for Methane Frost). Ее написали Дэйл Круикшэнк, Карл Пилчер и Дэвид Моррисон и опубликовали в журнале Science 19 ноября 1976 г. – Прим. авт.


[Закрыть]. Это стало первым свидетельством того, что поверхность планеты имеет поистине экзотический состав. Ученые, обнаружившие метан на Плутоне, поняли, что открытие может дать важную информацию о размерах планеты, которые в то время были еще неизвестны. Все, что исследователи знали на тот момент, – это то, сколько света в целом отражает Плутон. Из этого можно было вывести его размеры, если знать – или предполагать, – какую долю солнечного света отражает его поверхность. Поскольку замерзший метан хорошо отражает свет, его открытие означало, что Плутон, скорее всего, маленький.

Далее, в июне 1978 г. Джеймс «Джим» Кристи, астроном из Военно-морской обсерватории США, обнаружил «дефекты» на некоторых своих фотографиях Плутона. Были ли это какие-то реальные детали рельефа или просто недостатки изображения? Кристи заметил, что у звезд на тех же фотографиях подобных дефектов не было, они имелись только у Плутона. Тогда он проанализировал время, которое проходило между появлениями дефектов, и нашел знакомый период – 6,39 земных суток, один оборот Плутона вокруг своей оси! Другие наблюдатели, оповещенные Кристи, обнаружили то же самое. Таким образом, он открыл, что у Плутона есть спутник, который находится близко к планете и обращается по орбите с периодом, который точно совпадает с сутками на Плутоне. Позже этот спутник назвали Хароном (в англоязычных странах чаще всего произносится как Шарон), в честь лодочника из греческой мифологии, перевозившего мертвых в подземное царство повелителя загробного мира Плутона. Такой выбор названия также позволил Кристи назвать спутник Плутона созвучно с именем своей жены Шарлин. В конце концов, ученые ведь тоже люди[6]6
  Мы должны упомянуть о том, что первоначальный анализ наблюдений, позволивших сделать открытие, был проведен Робертом Харрингтоном и Джеймсом Кристи. Кристи первый заметил «дефекты» и предположил существование спутника, но в научной литературе славу открытия с полным правом делят Кристи и Харрингтон. – Прим. авт.


[Закрыть].

Открытие Джеймсом Кристи Харона стало кладезем информации о Плутоне. Тщательные наблюдения за изменениями положения и яркости спутника позволили вычислить размер его орбиты. Это, а также законы физики, наконец, решили трудный вопрос о массе Плутона, и результат оказался несколько неожиданным. В то время как Лоуэлл, Томбо и многие из тех, кто исследовал Плутон вслед за ними, ожидали увидеть планету приблизительно земной массы или даже тяжелее, оказалось, что масса Плутона составляет примерно 1 / 400 от массы Земли. Вместо того чтобы оказаться очередным гигантом, как Нептун, Плутон был меньше всех ранее открытых планет.

И на этом сюрпризы не кончились. По сравнению с Плутоном Харон был огромным, его масса составляла около 10 % от массы Плутона; эта пара буквально сформировала двойную планету – первую в Солнечной системе! До открытия Харона это явление было совершенно неизвестно научному сообществу. С каждым разом, когда мы узнавали о нем что-то новое, Плутон становился все более экзотическим.

Но помимо того, что открыл нам Харон, с ним была связано нечто, очень удобное для ученых. Когда Харон обнаружили, оказалось, что его орбита скоро займет весьма необычное пространственное положение: в плоскость орбиты Харона попадет Земля. Да, это звучит странно – и на самом деле это странно. Поскольку наклон орбиты Харона остается постоянным, пока Плутон медленно оборачивается вокруг Солнца, иногда (но только в течение короткого периода времени) Харон, с нашей точки зрения, оказывается в положении, когда он снова и снова проходит прямо перед Плутоном, а потом оказывается за ним. Такое идеальное расположение складывается всего на несколько земных лет за весь 248-летний период обращения Плутона по своей орбите. Удивительно, но такое удачное положение по одной линии как раз предстояло буквально через несколько лет после открытия Харона. Таким образом, благодаря удачному стечению обстоятельств с точки зрения находящихся на Земле наблюдателей вот-вот должны были начаться переменные затмения планеты и ее недавно обнаруженного спутника. Это явление оказалось просто научной удачей, благодаря которой мы многое узнали о далеком Плутоне и его крупном спутнике Хароне.

По расчетам ученых, эти затмения должны были начаться приблизительно в 1985 г. и продолжаться в течение шести лет. Во время этого «сезона взаимных событий» затмения происходили каждые 3,2 суток, то есть один раз за половину орбитального периода движения Харона (6,4 суток). Они позволили впервые определить размер и форму обоих небесных тел и дали множество дополнительных подсказок по поводу яркости поверхности, состава, цвета и наличия возможной атмосферы Плутона и его спутника. В коллекции странных счастливых совпадений тот факт, что Харон был открыт как раз перед тем, как начался сезон взаимных затмений – в конце концов, следующая их серия состоится только спустя более 100 лет, – стоит в одном ряду с тем, что положение планет, пригодное для большого путешествия, возникло как раз тогда, когда люди могли использовать эту возможность, создав космический аппарат.

Одним из любителей Плутона, которому довелось наблюдать эти взаимные затмения, был Марк Бюи, еще одно дитя космической эпохи, которого во времена его юности глубоко потрясли черно-белые телевизионные изображения людей во взлетающих ракетах. Будучи студентом колледжа, он подхватил «инфекцию» исследований Плутона и так от нее и не излечился.

После колледжа Марк поступил в аспирантуру университета штата Аризона в городе Тусоне. Он успел вовремя получить докторскую степень в 1985 г., поскольку как раз в это время и начинались взаимные затмения Плутона и Харона. Марк:

Нам повезло открыть Харон как раз перед тем, как начались взаимные затмения, поэтому нам выпала замечательная возможность – шесть лет наблюдений, благодаря которым с того времени Плутон попал в повестку дня всех крупных научных конференций планетологов, а также получил еще одно очко в коллективном научном сознании.

В середине 1980-х гг. несколько групп наблюдателей ждали начала предсказанных затмений, но никто точно не знал, когда же произойдет первое из этих событий. Впервые его засек молодой ученый по имени Ричард «Рик» Бинзель в феврале 1985 г. Затем, поскольку стало известно, что события начались и Плутон и Харон отбрасывают друг на друга тень каждые 3,2 суток, в игру вступили и другие наблюдатели, и это обеспечило просто лавину новых данных, в том числе интересные подсказки об особенностях поверхности и удивительные различия между этой парой небесных тел. Как сказал Марк, благодаря этим затмениям «Плутон вышел на авансцену».