Страница 6 из 7
Сначала Пьяцци принял новый объект за комету. Для планеты он был слишком мал – выглядел в телескоп крохотной светлой точкой даже при самом большом увеличении. Но последующие наблюдения, выполненные как самим Пьяцци, так и его коллегами-астрономами, не выявили характерного туманного пятнышка, облачка, которое обычно окружает ядро кометы. Орбита, по которой это тело обращалось вокруг Солнца, тоже была совсем не похожа на кометную. Орбиты комет имеют форму очень вытянутого эллипса: они обращаются вокруг Солнца по траекториям, напоминающим вытянутую или сплющенную окружность, а орбита нового объекта была почти круговой, что характерно для планет. Более того, тело обращалось вокруг Солнца как раз в «провале» между Марсом и Юпитером. Таким образом, Пьяцци случайно открыл «недостающую планету». Следуя давней традиции называть небесные тела именами богов – практика, в которой отразилась архаическая вера в сверхъестественную природу ночного неба, – он назвал новооткрытую планету Церерой в честь древнеримской богини плодородия.
Спустя всего год немецкий астроном Генрих Вильгельм Маттиас Ольберс нашел на небе еще один объект с похожими характеристиками. Он тоже перемещался по небу от ночи к ночи, и его орбита тоже была слишком близка к круговой, чтобы это могла быть комета. Туманный ореол, окружающий все кометы, у этого тела тоже отсутствовал, и орбита его лежала в той же области Солнечной системы, что и орбита Цереры – как раз между Марсом и Юпитером. Ольберс назвал новую планету Палладой в честь греческой богини мудрости. Как и Церера, Паллада была крохотной – выглядела просто искоркой света на черном фоне космического пространства. Было, однако, странно, что Церера и Паллада обращались вокруг Солнца примерно на одном и том же расстоянии. Астрономы предсказывали существование только одной «недостающей планеты», и никто из них не предвидел, что планет окажется две. Все остальные известные планеты на участках своих орбит доминировали – Церера и Паллада, казалось, были исключением из этого правила. Ольберс предположил, что это уцелевшие фрагменты большой планеты, развалившейся на куски, – возможно, из-за катастрофического столкновения с кометой или внутреннего взрыва. Он предсказал, что вскоре будут найдены и другие фрагменты.
Гершель подытожил результаты этих открытий и привел характеристики двух новых «планет» в своей публикации, выпущенной Королевским обществом.4 Итак, эти тела в телескоп были видны, как звезды; по размерам они напоминали кометы, но не имели характерной для комет туманной оболочки и обращались вокруг Солнца по орбитам, типичным для планет. Так как эти объекты имели что-то общее и со звездами, и с кометами, и с планетами, но одновременно и отличались от них всех, Гершель предположил, что они могут относиться к новому классу астрономических объектов. Он придумал для них новое название: «астероиды», образовав его из греческих корней ἀστήρ- (астер) и -εἶδος (эйдос), что вместе значило «похожие на звезды». Это слово, впрочем, прижилось не сразу, и многие астрономы еще долго называли новые тела «планетами» или «фрагментами планет».
Третий астероид, названный Юноной, открыл в 1805 году немецкий астроном Карл Людвиг Хардинг. А в 1807 году Ольберс обнаружил и четвертый (для него самого он был уже вторым) – Весту. То, что в промежутке между орбитами Марса и Юпитера оказалось уже четыре малых «планеты», говорило в пользу гипотезы Ольберса о развалившейся на куски планете. Становилось ясно, что между орбитами Марса и Юпитера происходило что-то странное.
Хладни ликовал. Ведь в своем труде «Железные массы» (Jronmasses) он давно уже высказал тогда еще ни на чем не основанную догадку, что метеориты могут быть малыми фрагментами разрушившейся планеты. Астероиды были физическим свидетельством того, что эта гипотеза вполне может оказаться верной. Возможно, метеориты были чем-то вроде шрапнели, образовавшейся в ходе планетарного катаклизма и долетевшей до Земли. Впридачу некоторые астрономы, оказывается, уже сообщали об изменениях в яркости астероидов: эти изменения могли свидетельствовать о том, что у малых планет неправильная форма. Если они и вправду были кусками разрушенной планеты, то вполне естественно, что они представляли собой обломки, которые, беспорядочно вертясь в процессе орбитального движения, неравномерно отражают падающий на них солнечный свет.
Новых астероидов не открывали почти сорок лет. Но между 1845 и 1855 годами произошел настоящий бум: в каталоги было внесено еще тридцать три астероида. Теперь их общее число составляло тридцать семь. Еще через десять лет их стало уже восемьдесят пять. Теперь большинство людей понимают, что такого количества обычных планет существовать не может. Термин «астероид» стал общепринятым и проник в разговорную речь. Пространство между орбитами Марса и Юпитера стали называть «поясом астероидов»: оказалось, что астероиды образуют обширную зону каменных обломков, обращающихся вокруг Солнца. Пояс астероидов расположен на расстоянии примерно от 2 до 4 а.е. от Солнца, а его ширина – почти 300 миллионов километров – вдвое больше расстояния между Солнцем и Землей. Так орбита «недостающей планеты» превратилась в обширное межпланетное поле, населенное астероидами.
По мере того как открывались все новые и новые астероиды и вычислялись их орбиты, появилась возможность исследовать структурные детали пояса астероидов. Американский астроном Дэниэл Кирквуд в 1866 году описал «примечательные разрывы» – замеченные им концентрические зоны, в которых астероиды не появлялись. Эти промежутки были в его честь названы «люками Кирквуда». Таким образом, пояс астероидов был не просто хаотическим кольцом обломков, обращающихся вокруг Солнца: он состоял из ряда концентрических колец. Кирквуд правильно объяснил природу этих промежутков гравитационными взаимодействиями астероидов с крупнейшей планетой Солнечной системы – Юпитером. В процессе сложного «танца» астероидов вокруг Солнца в сочетании с «танцами» планет, определенные области пояса оказываются в «орбитальном резонансе» с Юпитером. Согласно открытому Ньютоном закону всемирного тяготения, скорость, с которой движется по своей орбите вокруг Солнца планета, астероид или комета, зависит от расстояния между этим небесным телом и Солнцем. Чем дальше от Солнца находится орбита, тем медленнее движется по ней тело. Орбитальные резонансы в поясе астероидов возникают, когда отношение периодов обращения астероида и Юпитера может быть выражено целым числом.
Представьте себе Солнечную систему в виде циферблата, в центре которого находится Солнце, а планеты и астероиды обращаются вокруг него на разных расстояниях. И пусть орбита Юпитера очерчивает внешний край нашего циферблата. Теперь представьте астероид, орбита которого пролегает ближе к центру циферблата (то есть ближе к Солнцу): этот астероид будет совершать один оборот быстрее, чем Юпитер, расположенный дальше. Допустим, мы установили, что этот астероид совершает оборот вокруг центра часов (то есть один оборот по орбите вокруг Солнца) вдвое быстрее Юпитера. За один оборот Юпитера происходит два оборота астероида. Эта ситуация называется орбитальным резонансом 2:1. Тогда на каждом втором орбитальном обороте астероида и Юпитер, и астероид будут на циферблате одновременно на двенадцати часах. В этом положении мощное гравитационное поле Юпитера будет слегка подтаскивать астероид к планете, из-за чего его орбита будет становиться более эллиптической. За сотни тысяч оборотов влияние этих малых гравитационных толчков на двенадцати часах будет накапливаться, и резонанс выбросит астероид на хаотическую орбиту. Подобные резонансы (и, следовательно, разрывы в положениях орбит) образуются при отношениях периодов обращения 3:1, 5:2, 7:2 и 7:3.
Хаотические орбиты могут привести астероид в безопасное положение в более гравитационно устойчивой части пояса. А некоторые астероиды могут быть вообще выброшены из пояса – либо в сторону Солнца, во внутреннюю часть Солнечной системы, либо вовне, в ее ледяные периферийные области. В результате изменения орбит между астероидами могут происходить и катастрофические столкновения с образованием роев мелких обломков – «шрапнели». Но какова бы ни была их дальнейшая судьба, все астероиды, обнаруживаемые внутри областей орбитального резонанса, обречены на то, чтобы быстро эту область покинуть. Поэтому в поясе и образуются разрывы, пустоты, в которых астероидов почти не встречается.