Возмущения открытие нептуна кратко
Обновлено: 05.07.2024
23 сентября 1846 года в Берлинской обсерватории был открыта восьмая планета Солнечной системы – Нептун. Совершили открытие немецкие астрономы Иоганн Галле и Генрих Луи д’Арре на основе расчетов французского математика Урбена Леверье.
Вскоре после открытия Урана разные астрономы стали отмечать, что его орбита отличается от рассчитанной. Так возникли предположения, что она испытывает воздействие еще одного небесного тела, расположенного дальше от Солнца, чем Уран. Расчетами независимо друг от друга занимались англичанин Джон Адамс и француз Урбен Леверье. Однако только Леверье удалось найти астрономов, согласившихся вести для него наблюдения – Галле и д’Арре. В распоряжении ученых были телескопы Берлинской обсерватории.
Астрономы проводили наблюдения в ночь с 23 на 24 сентября, сравнивая карту звездного неба с тем, что видели сами. Сразу после полуночи они обнаружили объект, не обозначенный на карте. Чтобы убедиться в том, что это и в самом деле планета, на следующую ночь они продолжили наблюдения, используя более мощный телескоп. Когда астрономам наконец удалось разглядеть диск планеты, последние сомнения исчезли. Несмотря на то, что фактически планета была обнаружена 24-го числа, официальной датой открытия Нептуна принято считать 23 сентября.
Интересно, что право предложить название для открытой планеты получил не ее первооткрыватель, как это принято у астрономов, а автор расчетов – Леверье. Открытие Нептуна было расценено как его исключительная заслуга.
Планета Нептун – восьмая и самая далекая в Солнечной системе. За свой необыкновенный синий цвет ее назвали в честь древнеримского бога морей и океанов.
Нептун входит в группу ледяных гигантов наряду с Ураном. От газовых гигантов Юпитера и Сатурна их отличает мантия, представляющая собой океан жидких аммиака и метана. Тот же метан в виде газа в атмосфере планеты придает ей узнаваемый синий оттенок.
изображение ледяного гиганта
История открытия и исследования
Нептун – единственная из планет Солнечной системы, которая не была обнаружена путем непосредственных наблюдений. История открытия планеты очень интересна.
Галилео Галилей в начале 17 века дважды наблюдал небесное тело в телескоп, но принимал его за звезду, расположенную по близости с Юпитером. Астрономы 19 века, наблюдавшие за движением Урана, обратили внимание на аномальное перемещение его по орбите, не соответствующее их расчетам. Англичанин Томас Джон Хасси в 1834 предположил, что такое поведение Урана может быть связано с наличием внешнего объекта. Одиннадцатью годами позднее британский математик Джон Кауч Адамс вычислил орбитальный путь еще не открытой восьмой планеты. Большинство членов астрономического сообщества не разделяло энтузиазма ученых по поводу нахождения нового планетарного тела в Солнечной системе.
После обнаружения небесного тела разгорелись нешуточные споры, кто же на самом деле ее открыл – Леверье или Адамс. Только в 1998 году были найдены ценные бумаги из Гринвичской обсерватории, касающиеся истории этого события. После их детального изучения было установлено, что настоящим первооткрывателем восьмой планеты является все-таки Леверье, т.к. расчеты Адамса имели большую погрешность.
Первым и пока единственным космическим аппаратом, сблизившимся с далеким гигантом, стал межпланетный зонд Вояджер-2. В 1989 году зонд пролетел всего в 4400 км от верхних слоев атмосферы ледяного гиганта, собрав сведения о его магнитосфере и погодных явлениях. Также Вояджер-2 открыл 6 нептуновых спутников и систему колец.
Общие сведения о планете
Нептун после разжалования Плутона является самой дальней из планет в Солнечной системе. Средняя удаленность его от центральной звезды составляет 4,5 млрд. км. Солнечный свет проходит расстояние до Нептуна за 253 минуты.
От Земли до Нептуна расстояние колеблется от минимального 4,3 млрд. км до максимального 4,553 млрд. км. Такая удаленность тел друг от друга не позволяет наблюдать нам планету на небосводе невооруженным глазом. Увидеть ее поможет телескоп с двухсоткратным увеличением и диаметром не менее 250 мм. Выглядит Нептун как шарообразное тело синего цвета. Такую окраску он получил благодаря своей газовой оболочке с большим содержанием метана, поглощающего красную часть спектра.
Особенностью Нептуна является невероятная скорость перемещения атмосферных масс. Вихри в его атмосфере могут достигать 600м/с, что делает их самыми быстрыми среди планетарных ураганов Солнечной системы.
Орбита и радиус
Орбита Нептуна обладает низким эксцентриситетом, по величине превосходя лишь венерианскую (0.011 и 0.007 соответственно). Полный оборот вокруг Солнца он проходит за 164,8 года, двигаясь по орбите со средней скоростью 5,44 км/с. Новый год со времен открытия небесного тела начался 12 июля 2011 года.
Наклон оси вращения к плоскости орбиты Нептуна составляет 28,3°. Это схоже с земным и марсианским значениями, что свидетельствует о сезонности климата. Однако из-за удаленности от Солнца сезоны здесь длятся по 40 лет.
орбита
Вокруг своей оси гигант оборачивается за 16 часов. Это касается его магнитного поля. С атмосферой дела обстоят иначе. Экваториальный пояс газовой оболочки совершает полный оборот вокруг оси за 18 часов, а полярные области – за 12. Такая разница в скорости обусловила возникновение самых сильных ураганов в Солнечной системе.
Физические характеристики
- Размер Нептуна: средний радиус – 24, 62 тыс. км, площадь поверхности – 7,65*10 9 кв. км.
- Масса Нептуна – 1,024*10 26 кг.
- Среднее значение плотности – 1,64 г/ куб. см.
- Ускорение свободного падения в экваториальной части планеты – 11,2 м/с 2 .
По строению Нептун напоминает своего соседа по Солнечной системе, ледяного гиганта Урана. Под газовой оболочкой, занимающей до 20% массы планеты, расположена ледяная мантия. Она представляет собой смесь жидких аммиака и метана. На самом деле, ледяной эту оболочку назвать трудно. Ее температура колеблется от 1700°С до 4700°С и она представляет собой огромный кипящий океан. Льдом эту жидкость прозвали за ее необычайную плотность.
Под мантией, уходящей вглубь на 7000 км, расположено ядро Нептуна. Оно состоит из железа и солей кремния, подвергнутый давлению в 7 мегабар и температуре в 5500°С.
Атмосфера
Верхние слои атмосферы Нептуна представляют собой водородно-гелиевую смесь с соотношением компонентов 4:1.Чем ближе к ледяной оболочке, тем больше в атмосфере метановых примесей. Это простейшее углеводородное соединение придает объекту синий цвет. Также в нижних слоях газовой оболочки формируются аммиачные и сероводородные облака.
Атмосфера Нептуна, как и большинства крупных тел Солнечной системы, имеет четыре основные области: тропосфера, стратосфера, термосфера и экзосфера. В тропосфере по мере удаления от поверхности ледяного гиганта температура опускается до минимума в — 213°С, а затем в верхних слоях атмосферы поднимается до -103°С. Термосфера прогревается до аномальных 470°.
Погода и климат
Вычислить среднюю температуру Нептуна невозможно, т.к. он не имеет твердой поверхности. Ядро планеты разогрето до 5500°С, в мантии температура колеблется от 4700°С до 1700°С, а самое холодное место – верхняя часть тропосферы – охлаждается до -213°.
За счет схожего с Землей наклона оси вращения восьмая планета подвержена смене сезонов. Правда, длятся они очень долго – чуть более 40 лет. С 1980 года лето продолжается на южной стороне, а в 2020 оно придет в северную ее часть.
Верхние слои атмосферы в области экватора вращаются медленней, чем в области полюсов. За счет этого возникают гигантские ураганы, достигающие невероятных 600 м/с. Самым крупным вихрем считается Большое темное пятно, которое наблюдалось в период с 1989 по 1994 год. Его размеры достигали 13*6,6 тыс. км. В это же время здесь бушевали еще два крупных урагана, расположенные южнее предыдущего. В 2017 году в области экватора был зафиксирован вихрь диаметром 9 тыс. км.
Кольца Нептуна
Кольцевая система планеты оставалась не обнаруженной более 120 лет с момента ее открытия. В 1968 году было выдвинуто предположение о наличии у колец Нептуна, что сумел подтвердить межпланетный зонд Вояджер-2 в 1989 году.
кольца
Всего восьмая планета имеет 5 колец. Самым близким к ее поверхности является кольцо Галле, расположенное на расстоянии 42 тыс. км. Далее последовательно идут кольца Леверье, Ласселла и Араго. Последнее кольцо Нептуна, названное в честь британского математика Адамса, удалено от планеты на 63 тыс. км. Оно имеет пять дуг, называющихся Храбрость, Свобода, Равенство 1, Равенство 2 и Братство.
Состоят кольца Нептуна из водяного льда и кремниевых солей. Предположительно, в их состав также входят органические вещества, предающие кольцевой системе красный оттенок.
Спутники
Всего у самой дальней планеты в нашей системе имеется 14 естественных спутников, открытых на данный момент. Крупнейшей нептуновой луной является Тритон, открытый всего через 17 дней после обнаружения самой планеты. Его поверхность представляет собой ледяную оболочку со множеством активных криовулканов.
Нереида – вторая открытая нептунова луна. Свое название она получила в честь морских нимф, героинь мифов Древней Греции. По размерам Нереида занимает третье место среди спутников ледяного гиганта.
Еще 6 спутников в 1989 году обнаружил Вояджер-2. Свои названия они получили в честь морских нимф и божеств древнегреческой мифологии. Все они покрыты льдом и имеют каменное ядро.
С 2012 по 2013 год было еще открыто шесть мелких спутников диаметром до 60 км.
Нептун
Прежние наблюдения
Есть версии, связанные с тем, что Нептун астрономы могли наблюдать ранее, до официального оглашения факта его открытия.
С Земли увидеть его невооружённым глазом практически невозможно, т. к. видимая звёздная величина составляет 7,7 единиц. Поэтому первые исследования стартовали со времён изобретения телескопа. Есть версия, что Г. Галилей в 1612 г. наблюдал эту планету. Повторил своё исследование он ещё через год. На основании исследований учёный пришёл к выводам, что обнаруженное тело представляет собой звезду неподвижного типа, которая относится к Юпитеру.
Ещё одним учёным, имевшим связь с планетой, стал Д. Гершель. В 1846 г. в адрес В. Струве он отправил письмо, в котором содержалась информация о том, что он уже наблюдал Нептун 14 июля 1830 года. Несмотря на мощность телескопа, он ошибочно отнёс объект к категории светил. В 1847 году астроном из Америки в ходе исследования архивных записей обнаружил, что 8, а также 10 мая 1795 года один французский специалист также наблюдал звезду на месте нахождения Нептуна.
Особенности открытия
Открытие Нептуна предполагает богатую уникальную историю, которая предшествовала данному событию. Поскольку планета располагается на внушительной дистанции от нашего светила, отыскать её можно исключительно с помощью телескопа.
Историческая справка, связанная с обнаружением этого тела, начинается с деятельности Алексиса Бувара, который стал автором точных математических расчётов. В них была выведена траектория орбитального пути Урана, однако в процессе проведения оптимальных наблюдений были обнаружены несоответствия. Вследствие этого, учёные стали отмечать, что поблизости располагается относительно крупный объект.
Открытие Нептуна
Впоследствии за работы по изучению взялись такие известные специалисты, как Джон Адамс и Урбен Леверье. Они работали по отдельности, но подтверждали одну и ту же гипотезу. Посредством результатов исследовательских мероприятий они старались рассказать всему миру о том, что Нептун – это планета. Тем временем И. Галле применил расчёты, созданные Леверье, и отыскал объект в 1 градусе от его указаний и в 12 градусов от координат, предоставленных Адамсом.
Между учёными возник спор за первенство в этом открытии. Представители общественности решили, что его заслуживают оба учёных. Поэтому в 1846 г. они были официально признаны первооткрывателями планеты Нептун. Своё название небесное тело получило в честь божества из Рима, которое правило морскими водами. Теперь известно, кто открыл Нептун.
Особенности обнаружения
Иоганн Готтфрид Галле
В ходе наблюдений применялся рефрактор в 23 сантиметра. Его изготовитель – И. Фраунгофер. Для того чтобы отыскать данное космическое тело, можно было использовать 2 способа.
- На основании видимого перемещения относительно звёзд.
- На базе заметного диска размером в 3 градуса.
Поначалу открытие Нептуна не представлялось возможным, поэтому Дарре был вынужден предложить третий, альтернативный вариант наблюдений: применить карту звёздного неба и заниматься сверкой светил, нанесённых на карту, с теми, которые реально присутствуют на ночном небе. Практически сразу же после наступления полуночи Галле назвал звезду, величина которой равнялась 8. Она не была найдена на карте, а положение отличалось от показаний Леверье на 52 минуты. На следующую ночь наблюдения продолжились. В этот раз уже применялся телескоп с окуляром, позволяющим получить 320-кратное увеличение. Именно в это время была получена более-менее подробная справка о светиле.
Генрих Луи Д’Арре
Выбор названия
Мифы об открытии планеты
Теперь уже рассмотрено и изучено, кто открыл Нептун. Осталось разобраться с тем, какие мифы таит в себе данная история. Один из них заключается в том, что наблюдение было якобы предсказано Нострадамусом, который сделал это за 300 лет до фактического события. Однако современные исследователи убеждены в том, что его астрологические расчёты были неточными, и в них присутствовали грубейшие ошибки.
Мировоззренческие характеристики события
Открытие данного космического тела стало важнейшим событием для всего научного мира, т. к. оно поспособствовало подтверждению справедливости всей гелиоцентрической системы Коперника, закона Ньютона. Многие учёные до сих пор считают открытие планеты, которая ранее не была видимой, результатом подготовки союза небесной механики.
Таким образом, процесс открытия рассматриваемого космического объекта – сложный и длительный. Несмотря на наличие большого количества помощников, принимавших участие в этом процессе, основным человеком, свершившим это открытие, стал Леверье.
Содержание
Ранние наблюдения
Есть свидетельства, что Нептун фактически наблюдался астрономами и ранее, до официального открытия в 1846.
Поскольку Нептун не видим с Земли невооруженным глазом (его видимая звёздная величина составляет порядка 7,7), первые наблюдения Нептуна были возможны только после изобретения телескопа. Считается, что ещё Галилео Галилей наблюдал Нептун 28 декабря 1612 года и 29 января 1613 года. Но в обоих случаях Галилей принял планету за неподвижную звезду в соединении с Юпитером на ночном небе [2] , и нет никаких свидетельств, что Галилей воспринял замеченный Нептун как новое, ранее неизвестное светило [3] .
Английский астроном Джон Гершель в своём письме 1846 к В. Я. Струве отметил, что фактически наблюдал Нептун 14 июля 1830 и, хотя его телескоп был достаточно мощным, чтобы рассмотреть диск Нептуна, он в то время ошибочно счёл наблюдаемый объект звездой [4] .
В 1847, уже после открытия Нептуна и расчёта характеристик его орбиты, американский астроном С.Уолкер из Военно-морской обсерватории США, исследуя архивные записи, обнаружил, что 8 и 10 мая 1795 французским астрономом Лаландом из Парижской обсерватории наблюдалась звезда, находившаяся в том самом месте, где должен был находиться Нептун. Обнаружение этих записей положения Нептуна в 1795 способствовало более точному расчету орбиты планеты [5] .
Возмущения орбиты Урана и их интерпретация
В положении a гипотетическая внешняя планета оказывает гравитационное воздействие на орбиту Урана, смещая его от места, где он должен находиться согласно расчётам, в точку b.
1. Уран в своем движении испытывает сопротивление газо-пылевой среды, которая заполняет межпланетное пространство. Это сопротивление и вызывает систематические отклонения от расчетной траектории, построенной без учета какого-либо сопротивления среды.
2. Уран обладает не открытым ещё спутником, который вызывает наблюдаемые отклонения.
3. Незадолго перед открытием Урана Гершелем произошло столкновение этой планеты или её сближение с кометой, резко изменившее орбиту Урана.
4. Закон притяжения Ньютона не остается абсолютно справедливым на таких больших расстояниях от Солнца, на каком находится Уран, и далее.
5. На движение Урана оказывает влияние ещё одна, до сих пор не открытая и не известная планета (см. рисунок).
Варианты 1-3 были отвергнуты астрономическим сообществом практически сразу, в отношении варианта 4 большинство астрономов испытывало серьёзный скептицизм. Таким образом, наиболее вероятной оставалась гипотеза № 5.
В ряде источников первым человеком, предположившим существование заурановой планеты, называется английский астроном Томас Хасси. После публикации таблиц движения Урана французским астрономом А. Буваром, Хасси на основе собственных наблюдений обнаружил аномалии в орбите Урана и предположил, что они могут быть вызваны наличием внешней планеты. После этого Хасси посетил Бувара в Париже и обсудил с ним вопрос об этих аномалиях. Бувар обещал Хасси провести расчеты, необходимых для поиска гипотетической планеты, если найдет время для этого. В ноябре 1834 Хасси направил письмо Д. Б. Эйри (в 1835 году ставшему директором Гринвичской обсерватории), где отмечает:
Эйри на это ответил:
Поскольку продолжительность оборота Урана составляет 84 года, письмо Эйри охладило энтузиазм Хасси в поисках заурановой планеты.
Но, несмотря на скепсис Эйри, уже к 1836 в мировом астрономическом сообществе сложилось представление, что за орбитой Урана есть достаточно массивная планета и её надо искать. Так высказывались, например, в 1835 году известный немецкий астроном Э. Б. Вальц и директор обсерватории в Палермо Н. Каччиаторе. Последний даже сообщил, что он наблюдал в мае 1835 года движущееся небесное светило, представляющее, по-видимому, планету, расположенную за орбитой Урана.
Французский астроном Луи Вартман, узнав о наблюдениях Каччиаторе, опубликовал в том же 1836 году заметку, в которой он говорит, что ещё в сентябре 1831 года он также наблюдал движущееся небесное светило и высказывается в пользу того, что это — новая планета, которая должна находиться примерно на двойном расстоянии от Солнца по сравнению с Ураном, а её период обращения должен составлять, следовательно, около 243 лет.
Осталось неизвестным, действительно ли Вартман и Каччиаторе наблюдали новую планету, но, во всяком случае, их слова говорят не только о распространенности гипотезы о существовании неизвестной планеты, но и о том, что был уже поставлен вопрос о местонахождении этой планеты — за орбитой Урана. Но точных расчётов характеристик этой планеты и её орбиты не было сделано до середины 1840-х годов.
Расчёты Д. К. Адамса
Начиная с лета 1843 года до сентября 1845 года Адамс получил шесть решений по движению Урана, из которых каждое следующее он считал точнее предыдущего. В сентябре 1845 года он передаёт Чэллису указанные элементы орбиты неизвестной планеты, а также расчёт её предполагаемого положения на небе 30 сентября 1845 года. Расхождение координат Адамса с фактическим положением неизвестной планеты составляло в сентябре-октябре 1845 года около 1°,9. Это величина довольно существенная, — около четырёх видимых диаметров Луны, — но всё же вполне позволяющая вести успешный поиск. Начав наблюдения, Чэллис мог бы добиться успеха. Впоследствии английские астрономы вменяли Чэллису в вину именно то, что он такие наблюдения осенью 1845 года не начал.
Здесь начинается цепь недоразумений, случайностей и странных событий, которые до сих нор нельзя полностью объяснить и которые длились до самого открытия Нептуна в сентябре 1846.
Расчёты У.Леверье
В ноябре 1845 года Леверье публикует первую статью, посвящённую Урану. Он заново строит всю теорию движения Урана с учётом возмущений от известных планет, перекрывая и уточняя всё, что было сделано Буваром. Его работа и характер самого изложения отличались тщательностью, учётом тончайших деталей, чёткостью. Возмущения находятся двумя различными методами, что гарантирует отсутствие ошибок. Окончательно точность вычисляемых координат Урана 0",1.
На эту работу сразу обратил внимание Эйри. Нет ничего удивительного в этом. Ведь Эйри два месяца назад (в сентябре 1845 года) получил от Адамса краткую записку с результатами, означающими полное решение проблемы неизвестной планеты, но без какого-либо объяснения, как они получены. Конечно, такая записка не произвела на Эйри положительного впечатления, но всё же эта проблема вошла в какой-то мере в круг его непосредственных интересов. Теперь он видит статью Леверье, написанную именно в том стиле, какой ему импонирует. В ней не было решения проблемы, но в ней закладывалась солидная основа для дальнейшего анализа. Эйри написал впоследствии, оценивая эту работу:
Опубликованное в 1847 году подробное изложение данной работы занимает около 100 страниц.
Всю зиму 1845 года и весну 1846 года Леверье усиленно продолжает исследования и 1 июня представляет в Академию наук вторую статью по данной проблеме. Она состоит из двух частей. В первой части Леверье заново проводит сравнение всех существущих наблюдений Урана и вычислений по своей точной теории движения Урана. Получены гораздо более подробные и более точные, чем у Адамса, данные о расхождениях между теорией и наблюдениями. Рассматривается 115 условных уравнений, составленных по 279 наблюдениям с 1690 по 1845 год, с целью устранения этих расхождений за счёт исправления элементов первоначальной орбиты Урана. Леверье делает категорический вывод: наблюдения совершенно непримиримы с теорией, обращается к Эйри в письме от 28 июня 1846 с просьбой организовать поиски новой планеты:
Поиски новой планеты начались в Англии 29 июля 1846. Леверье о них ничего не знал до самого их конца.
Обнаружение новой планеты
И.Галле, получив письмо Леверье 23 сентября, тем же вечером приступил к наблюдениям. Поскольку поиск новой планеты не входил в плановые наблюдения Берлинской обсерватории, на внеплановую работу нужно было получить разрешение директора обсерватории И. Ф. Энке, который отличался большой педантичностью в соблюдении регламента наблюдений, а также изрядным скепсисом в отношении инициатив молодых сотрудников. Поначалу Энке отказал Галле, но после настойчивых просьб последнего дал согласие, поскольку уходил на празднование своего юбилея (23 сентября 1846 Энке исполнилось 55 лет). Помочь Галле в поисках новой планеты с энтузиазмом вызвался 24-летний студент Генрих д’Арре.
Для наблюдений был использован ахроматический рефрактор с 24-сантиметровым зеркалом, изготовленным компанией И.Фраунгофера. (Этот телескоп впоследствии был размещён в Немецком музее в Мюнхене, где его в настоящее время можно увидеть в качестве экспоната [8] ). Для поиска новой планеты было два возможных пути:
- 1.По видимому перемещению относительно звёзд (в этом случае каждую звезду в районе предполагаемого нахождения новой планеты надо было наблюдать дважды с интревалом в несколько дней. фиксируя её точные координаты);
- 2.По видимому диску (размер которого, как указывал Леверье, должен был составлять порядка 3").
Поначалу Галле, направив телескоп в указанную Леверье точку неба, не обнаружил новой планеты. Тогда д’Арре предложил третий способ поиска: использовать карту звёздного неба, сличая светила, нанесённые на карту с теми, которые реально наблюдаются на небе. Поскольку неизвестной планеты на карте не может быть, ей окажется звезда, не обозначенная на звёздной карте. Для этого требовалась достаточно подробная и точная звёздная карта, и такая карта в Берлинской обсерватории была. Это была карта звёздного атласа Берлинской академи наук, составленная Карлом Бремикером и напечатанная в конце 1845. (К сентябрю 1846 эта карта ещё не была разослана в обсерватории Великобритании и Франции).
Выбор названия новой планеты
Признание открытия Нептуна научным сообществом и общественностью
Согласно замыслу одного из участников Википедии, на этом месте должен располагаться специальный раздел.
Вы можете помочь проекту, написав этот раздел.
Мифы об открытии Нептуна
Открытие Нептуна, как и любое значительное событие в истории, стало обрастать мифами. Один из них — это якобы предсказанные за 300 лет Нострадамусом время и обстоятельства открытия планеты. В 4-й центурии, 33-м катрене Нострадамуса есть строки:
Юпитер связан с Венерой больше, чем с Луной,
Явившейся во всем своем блеске.
Венера скрыта, в свете Луны исчез Нептун,
Поражаемый тяжелым копьем Марса.
Некоторые интерпретаторы Нострадамуса предложили следующее толкование этих строк:
Нептун в свете полной Луны.
Полнолуние. Констелляция 7.08.1846.
Марс в оппозиции к Нептуну.
Венера под горизонтом.
Расстояние от Венеры до Юпитера.
Расстояние от Юпитера до Луны.
Мировоззренческое значение открытия Нептуна
Открытие Нептуна имело исключительно важное значение для науки, поскольку оно окончательно подтвердило справедливость как гелиоцентрической системы мира Николая Коперника, так и справедливость и универсальность закона всемирного тяготения. Открытие ранее невидимой планеты было подготовлено союзом небесной механики и всевозрастающей точности искусства астрономических наблюдений.
Д. Б. Эйри отмечал:
История поиска и обнаружения планеты Нептун началась в 1781 году, когда английский астрономом Уильям Гершель прямым наблюдением в телескоп обнаружил Уран - седьмую планету Солнечной системы. Открытие сие было встречено с большим энтузиазмом, Гершель за него получил от тогдашнего английского короля Георга III банку варенья и корзину печенья, не преминув в свою очередь назвать вновь открытую планету "Звездой Георга" (серьезно, название вышло из употребления только к середине 19-го столетия). Отдельно следует отметить возбуждение в среде астрономов: мало того, что открыта новая огромная неизвестная планета, так еще и ее орбита удовлетворяет правилу Тициуса-Боде. Было от чего возбудиться, кроме шуток.
Довольно быстро выяснилось, однако, что Уран себя ведет довольно-таки по свински, отклоняясь в своем движении от траектории, вычисленной на основании ньютоновского закона всемирного тяготения. Гипотезы по этому поводу были самые разные, вплоть до вполне безумных. Наиболее здравых гипотез было две: нарушение закона всемирного тяготения, либо наличие за орбитой Урана некоей массивной планеты, до того момента неизвестной.
Собственно говоря, используя вторую гипотезу в качестве исходной предпосылки, Урбан Леверье (а равно и некоторые другие исследователи) успешно и с достаточной точностью предсказал положение неизвестной планеты на небе, сообщил об этом в Берлинскую обсерваторию, и в ночь с 23 на 24 сентября 1846 года планета была успешно обнаружена Иоганном Галле и Генрихом Д'Арре.
Однако, это все лирика, пора переходить к тому, что и как Леверье посчитал.
Давайте посмотрим, что, собственно, происходит с нашими планетами.
Я тут утащил красивую картинку с Википедии (надо сказать, подписана она в соответствующей статье очень странно):
Что же мы тут видим?
В правом нижнем углу у нас Солнышко, по внешнему эллипсу мчится Нептун, по внутреннему - Уран.
Так как Уран движется быстрее, то взаимное положение планет меняется. Сначала, в точке а, Уран, за счет притяжения к Нептуну, движется чуть быстрее чем надо, затем в точке b, чуть медленнее. Отклонение от расчетной орбиты хоть и мало, но доступно инструментальному измерению. Вот собственно и все, что было у Леверье на руках в качестве исходных данных.
Раз отклонения орбиты маленькие, то.
Встречаем! На сцене теория возмущений! Смертельный номер!
Для начала, предлагаю грубо оценить, насколько же малы эти возмущения.
Согласно закону всемирного тяготения, найдем отношение ускорений Урана, вызванных Нептуном и Солнцем:
Расстояние от Урана до Солнца грубо 20 а.е., минимальное расстояние между Ураном и Нептуном около 10 а.е.
Чтобы не громоздить цифирь, сразу скажу, что Солнце примерно в 20 тысяч раз тяжелее Нептуна.
Возмущение не то что маленькое, а очень маленькое. Кстати сказать, это верно не только для системы Солнце-Уран-Нептун, но и вообще для всех планет Солнечной системы. Солнце всегда главный фактор, на фоне которого все остальное - мелкие возмущения.
В качестве невозмущенного решения (см. Ч.1) берется кеплерова эллиптическая орбита (т.е. система Солнце-Уран, больше ничего), параметры которой сравнительно несложно вычисляются. После этого последовательно, методами теории возмущений учитываются гравитационное воздействие Сатурна, потом Юпитера и т.д. Разница между рассчитанными элементами орбиты, найденными с учетом всех известных небесных тел, и реальными измерениями и даст нам то самое уравнение, которое, опять-таки методами теории возмущений придется решать.
Как представлю, сколько нужно было вычислений проделать, притом вручную, мне аж дурно становится. Какое счастье, что у нас есть компьютеры, с помощью которых мы можем сидеть вконтактике и строчить в жежешечку.
Теоретическое предсказание положения новой, неизвестной планеты и ее успешное обнаружение безусловно являются одним из блистательных достижений научной мысли. Более того, Леверье был настолько крут, что правильно предсказал не только положение неизвестной планеты, но и видимый угловой размер ее диска: 3".
Забавно, что открытие Урана стало мощнейшим аргументом в пользу правила Тициуса-Боде, тогда как открытие Нептуна его просто похоронило (параметры орбиты Нептуна, с точки зрения правила Т-Б не лезут ни в какие ворота). R.I.P.
Кстати, у Роберта Хайнлайна в романе "Время для звезд" правило Тициуса-Боде склоняется на все лады, и главный герой как-то вспоминает, что, вроде бы, оно использовалось для вычисления положения Нептуна. Это, конечно, неверно, так что, дабы не теребить зря тень великого мастера, спишем ошибку на недостаточную прилежность героя в школе.
В заключение, хочу сказать пару слов об еще одном эпичном достижении Леверье. Если бы его имя не было обессмерчено открытием Нептуна, то значит он обрел бы бессмертие, открыв аномальную прецессию орбиты Меркурия.
Прецессия - это такой метод описания движения планеты, когда сама она считается движущейся по эллиптической орбите, но эллипс этот при этом вращается.
Сама по себе прецессия вполне нормальное явление, орбиты всех планет прецессируют, в результате гравитационного воздействия своих соседей. Другое дело, что в 1859 году Леверье, тщательно учтя все известные источники возмущения, обнаружил, что орбита Меркурия перемещается с угловой скоростью, большей предсказанной, на 43" в столетие. Это, конечно, очень маленькая угловая скорость, но она заведомо превышала погрешность расчета: порядка 1" в столетие. Не медля, Леверье воспользовался отработанной технологией и предсказал новую, неизвестную дотоле планету Вулкан. Толпы астрономов кинулись проверять предсказание (сам Леверье предсказал!), однако вышел конфуз-с. Планету не обнаружили ни тогда, ни позже. Вины Леверье, впрочем, тут нет. Вначале поста я упоминал две наиболее вероятные гипотезы для объяснения пертурбаций Нептуна: отклонения от ньютоновского закона тяготения и неизвестная планета. Так вот - в случае Меркурия верна первая гипотеза.
Это, кстати, хороший повод вспомнить о том, что математическая модель сама по себе ничего никогда не доказывает, какой бы хорошей она ни была. Единственный критерий истинности знания - практика.
Аномальная прецессия Меркурия была объяснена в 1915 году в рамках общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Меркурий находится слишком близко к Солнцу, чтобы можно было пренебречь эффектами искривления пространства. Впрочем, релятивистская прецессия наблюдается и у орбит других планет, просто она значительно слабее.
Читайте также: