НЕБЕСНЫЕ СЫЩИКИ

До изобретения телескопа о расширении границ Солнечной системы, естественно, никто и не помышлял. Такого вопроса вообще не возникало. Солнечная система казалась вполне изученной, границы ее - незыблемыми. Все тела Солнечной системы были на виду, наблюдались на небе невооруженным глазом. Их можно было сосчитать по пальцам: Солнце, Луна, Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн.

Галилей, построив скромную зрительную трубу, сразу же открыл четыре спутника Юпитера и кольцо Сатурна. А потом открытия последовали как из рога изобилия.

В середине XVII в. Христиан Гюйгенс обнаружил спутник Сатурна. Вслед за ним директор Парижской обсерватории Кае-сини поочередно открыл еще четыре спутника Сатурна. Гершель в 1781 г. наткнулся на новую планету - Уран. Через 6 лет он же сообщил о наблюдении двух спутников Урана и вскоре добавил к перечню вновь открытых членов Солнечной системы еще два спутника Сатурна.

Если к началу XVII в. Солнечная система казалась лежащей «как на ладони», то теперь она неудержимо «разрасталась». Вооруженный телескопом наблюдатель видел гораздо лучше и гораздо дальше своих предшественников. И ему открывались новые небесные светила. Ободренный успехами коллег, каждый астроном был готов засучить рукава и приняться за поиски еще неизвестных членов Солнечной системы.

Но только ли удаленные члены Солнечной системы оставались неизвестными? Ведь еще Кеплер обратил внимание на изрядную брешь совсем неподалеку от Земли, между орбитами Марса и Юпитера. Вот сводка расстояний от Солнца до ближайших к нему планет в астрономических единицах:

до Меркурия - 0,4,
до Венеры - 0,7,
до Земли - 1,0,
до Марса - 1,5,
до Юпитера - 5,2,
до Сатурна - 9,5.

Скачок в расстояниях между Марсом и Юпитером действительно кажется чересчур резким.

Предположение, что на месте этого пробела может отыскаться еще одна планета, стало выглядеть особенно правдоподобным после появления в научной литературе странного арифметического правила. Немецкий математик Даниель Тициус установил это правило в 1766 г. в примечании к книге, которую он переводил.

Напишем ряд чисел. Первым из них пусть будет 0,4; вторым: 0,4+0,3; третьим: 0,4+0,3X2; четвертым: 0,4 + 0,3X4 и т.д., с удвоением для каждого последующего члена этого ряда множителя при 0,3. Полученный ряд чисел очень близко совпадает с рядом средних расстояний от Солнца до планет, если эти расстояния выражены в астрономических единицах (см. табл.).

Таблица чисел расстояний от Солнца до планет

На первых порах странная находка Тициуса оставалась незамеченной. Но она пришлась по вкусу другому немецкому ученому, астроному Иоганну Элерту Боде, который счел ряд Тициуса заслуживающим самого пристального внимания. Боде подробно изложил правило Тициуса в своей книге 1772 г. и впоследствии так много говорил и писал по этому поводу, что за правилом повсеместно укрепилось название правила Боде - Тициуса. Иногда его даже называют законом.

Правило Боде - Тициуса не является в подлинном смысле слова законом. Скорее всего, оно каким-то образом связано с проявлением еще не изученных закономерностей формирования планет Солнечной системы из протопланетного облака. Но справедливо ли подобное утверждение или не справедливо,- доныне никто доказать не может. Это так называемая эмпирическая закономерность, установленная из наблюдений и на протяжении вот уже 200 лет не имеющая под собой твердой теоретической основы.

Доверие к правилу Боде - Тициуса существенно возросло после открытия Гершелем в 1781 г. новой планеты, для которой Боде предложил название Уран. Среднее удаление Урана от Солнца составляет 19,2 астрономических единицы. Уран практически точно попал на восьмое место в ряду Тициуса. Но если правило Боде - Тициуса верно, то свободным остается еще и пятое место, место планеты между Марсом и Юпитером. Инициативу поисков этой планеты спешили взять на себя немецкие астрономы.

Германия в ту эпоху была расчленена на десятки карликовых государств: королевств, великих герцогств, герцогств, княжеств и вольных городов. До наполеоновских войн все эти многочисленные германские государства не были объединены даже формально. Каждый из местных властелинов проводил собственную политику и, между прочим, снисходил до покровительства «своей» музе. При дворе герцога Саксен-Веймарского покровительствовали поэзии. Там жили Гёте и Шиллер. При других дворах предпочитали музыкантов либо живописцев. Астрономия нашла приют в Готе, столице герцога Саксен-Кобург-Готского. Придворный астроном герцога Ксаверий фон Цах и предпринимал усилия для организации поисков предполагаемой планеты, занимающей пятое место в ряду Тициуса.

Цах снесся с другими астрономами и, заручившись поддержкой пяти из них, на рубеже XIX в. объявил о создании «отряда небесной полиции» с целью «выследить и поймать беглого подданного Солнца». Астрономы поделили небо между собой и готовились к долголетнему утомительному «выслеживанию», как вдруг беглая планета неожиданно нашлась сама собой.

Это случилось в Палермо, на острове Сицилия, в ночь начала нового столетия. Джузеппе Пиацци, профессор Палермского университета, 1 января 1801 г., как обычно, работал над составлением очередного каталога звездных положений. Ему попалась быстро перемещающаяся «звезда», путь которой Пиацци трудолюбиво прослеживал из ночи в ночь полтора месяца. Конечно, это могла быть и комета. Однако по многим косвенным признакам Пиацци был почти убежден, что открыл недостающую планету. Он назвал ее Церерой в честь древнеримской богини плодородия, покровительницы Сицилии.

Дальнейшие события приняли неожиданный оборот. От переутомления Пиацци слег в постель, а вновь открытое светило тем временем скрылось в солнечных лучах.

В Италии бушевала война. Связь Сицилии с материком была плохой. Да и сообщать о своем открытии Пиацци сначала не торопился. Он хотел сам продолжить наблюдения и вычислить орбиту нового небесного тела. Но отыскать его на небе повторно Пиацци так и не смог. Пришлось, пока еще не все было потеряно, взывать о помощи.

Счастливому открытию Пиацци сопутствовало еще одно счастливое обстоятельство. Точным наукам и астрономии в Германии оказывалось покровительство не только при дворе герцога Саксен-Кобург-Готского, но и в королевстве Ганновер. Здесь, в небольшом городке Геттингене, существовал известный всей Европе старинный университет. И в описываемое нами время в Геттингенском университете креп математический гений Карла Фридриха Гаусса.

Гаусс был еще очень молод. К тому моменту, когда Пиацци призвал коллег оказать ему посильное содействие в повторном отыскании Цереры, Гауссу едва исполнилось 24 года. Но именно ему задача Пиацци оказалась по плечу. Несмотря на свою молодость, Гаусс успел в основных чертах разработать оригинальный метод вычисления планетной орбиты всего по трем наблюдениям, без каких бы то ни было предположений о характере орбиты. Наблюдения Пиацци давали Гауссу великолепный повод проверить свои идеи на практике. Он поспешил выполнить необходимые вычисления и предсказал место нового светила на небосводе на несколько месяцев вперед.

Плохая погода помешала европейским астрономам тотчас проверить прогноз юного математика. Подходящая возможность представилась лишь в последнюю ночь 1801 г. И уже на следующую же ночь, в годовщину открытия Пиацци, Ксаверий фон Цах вновь обнаружил на небе утраченную было планету Цереру. А чуть позже ее увидел аптекарь из города Бремена Ольберс. Ольберс был известным любителем астрономии и много лет посвятил наблюдению комет и изучению их орбит.

Расстояние Цереры от Солнца составляло 2,8 астрономической единицы - точно такое, какое требовалось по правилу Боде - Тициуса.

Что касается метода вычисления орбит, предложенного Гауссом, то он оказался в высшей степени плодотворным и отчасти не потерял значения вплоть до наших дней.