Науково-популярні статті з різних галузей астрономії

Уміщена нижче стаття була написана задовго до 2015 р., коли автоматична міжпланетна станція «Нові горизонти» пройшла повз Плутон та його супутники. Це дозволило отримати нову інформацію про систему Плутона. Водночас стаття Л. Р. Лісіної цікава не лише тим, що розповідає про історію відкриття Плутона, але й тим, що дає змогу з висоти сьогодення «відчути» нестримний розвиток астрономічної науки.

Система Плутон-Харон: відкриття і дослідження

Л. Р. Лісіна

кандидат фізико-математичних наук

Головна астрономічна обсерваторія НАН України

Із дев’яти планет Сонячної системи лише три мають історію відкриття. Меркурій, Венера, Марс, Юпітер і Сатурн, не кажучи вже про Землю, були відомі ще з античних часів.

Сьому планету, Уран, відкрито відомим англійським астрономом Вільямом Гершелем 13 березня 1781 р. випадково. Це стало можливим завдяки тому, що все життя він спостерігав небо за допомогою телескопа з метою створення повного і систематизованого його огляду з описом положення і зовнішнього вигляду кожного об’єкта (коротко про це розповідається в попередньому випуску «Короткого календаря»).

Відкриття Урана мало неоціненне значення. По-перше, воно розсунуло межі Сонячної системи, збільшивши майже вдвічі її розмір. По-друге, воно привело до теоретичного передбачення англійцем А. Адамсом і незалежно від нього французом У. Левер’є існування восьмої планети і її відкриття в 1846 р. у Німеччині Й. Г. Галле.

Історія відкриття Нептуна повчальна. Вона певною мірою підтверджує вислів: «Нема пророка в своїй вітчизні». Спочатку в Англії негативно поставилися до розрахунків Адамса. Потім у Франції Левер’є не добився успіху у спробі переконати астрономів організувати пошук передбаченої ним планети. І лише коли на його прохання спостереження були виконані в Німеччині і планету було відкрито, до обох провісників прийшло визнання. На думку про можливість існування Нептуна навели розбіжності між спостереженнями і обчисленою орбітою Урана, які досягали 133″.

Коли орбіта Нептуна стала відомою з достатньою точністю, максимальні нев’язки в русі Урана зменшилися до 4″. Однак повністю їх усунути не вдавалось.

Крім того, почали виявлятися «неправильності» і в русі Нептуна — щось збурювало його орбіту.

Ще в 1834 р. П. Ганзен висловив думку про те, що одна планета не може бути причиною зростання різниці в довготі Урана між розрахованою і тією, що дають спостереження.

До висновку про існування транснептунової планети різного часу дійшли Б. Пірс (1848), С. Ньюком (1874), К. Фламмаріон (1879), Г. Форбс (1890), А. Гайо (1909), X. Лау (1914), В. Пікерінг (1909).

Були спроби пошуку цієї планети. Так, Д. Тодд (1880) візуально за допомогою 66-см рефрактора Морської обсерваторії США обстежив смугу завширшки один градус з обох сторін відекліптики, намагаючись знайти планету на середній відстані від Сонця 52 а. о. з кутовим розміром 2″. Критерієм реальності планети на той час вважали наявність помітного диска. Це було помилкою, бо, як виявилося, єдиним можливим критерієм може бути повільний видимий рух планети серед зір.

Розрахунки В. Пікерінга, які були недалекі від істини, в 1919 р. надихали М. Х’юмасона (обсерваторія Маунт ВІлсон) на пошук планети. Він за допомогою 25-см астрографа одержав декілька фотографій в районі розрахованого положення планети. Цей пошук успіху не приніс. Але пізніше, коли планету відкрили, на деяких його знімках її ототожнили, бо вже стало відомо, де її шукати.

Людиною, з іменем якої найтісніше пов’язані пошук і відкриття дев’ятої планети, був П. Ловелл. У своїх згадках про відкриття Плутона 80-річний К. Томбо, якому пощастило знайти планету, пише: «Якби не було П. Ловелла, я впевнений, що Плутон не було б відкрито до цього часу. Коли ви переходите від восьмої зоряної величини Нептуна до п’ятнадцятої Плутона, то потрапляєте в інший світ майже неймовірних труднощів».

В. Пікерінг змушений був визначити, «якби не посмертний дар Ловелла, то цілком ймовірно, що планета не була б відкрита ще багато років, і тому треба повною мірою оцінити його важливу роль у відкритті».

П. Ловелл заснував у 1894 р. обсерваторію, згодом названу його ім’ям, на вулканічній столовій горі на захід від м. Флагстафф (штат Арізона) з метою вивчення Марса. Він опублікував декілька книг про цю планету, де висловлював точку зору про штучне походження каналів, відкритих Дж. Скіапареллі в 1877 р. Це підірвало його репутапію серед співробітників. К. Лампланд розповідав К. Томбо, що Ловелл сподівався передбаченням і відкриттям дев’ятої планети виправити положення. Цим частково пояснюють його невтомну працю з вивчення нерегулярностей в русі Урана і Нептуна.

Свої теоретичні дослідження за понад десять років він виклав у 1915 р. в «Трактаті про транснептунову планету». Висновок був тякий: маса «Планети Ікс», як назвав її П. Ловелл, становить 1/50 000 маси Сонця, або в 7 разів більша за земну, середня відстань від Сонця 43 а. о., густина її мала, альбедо високе, подібно до планет-гігантів, диск має розмір 1″, зоряна величина між 12^m і 13^m.

Пошук планети П. Ловелл розпочав ще 1905 р. Розуміючи, що єдиним засобом розпізнати планету серед безлічі зір є фотографія, він придбав 12,5-см об’єктив. За допомогою цієї камери В. Слайфер одержав майже 20,0 пластинок в 1906 і 1907 рр., потім Дж. Вільямс зняв ще 50.

Ця серія пластинок відображала ціле кільце на небі вздовж «незмінної» площини, в якій оберталися планети навколо Сонця. Дублікати пластинок одержували через 5°. Експозиція тривала три години, і за цей час реєструвалися зорі до 16^m.

П. Ловелл перевіряв усі пластинки, користуючись ручною лупою, складаючи пари, щоб помітити зміну положення якоїсь зорі. Робота була копіткою і не забезпечувала необхідної точності. Тому він пізніше придбав для цієї роботи цейссівський блінк-компаратор.

Нова планета не могла бути знайдена, бо, як ми тепер знаємо, вона знаходилась зразу за південною межею зони, знятої на пластинці.

Наступну серію спостережень проведено в 1911 р. за допомогою 106-см рефлектора. Однак мале поле зору телескопа робило його непридатним для пошукових робіт. З 1914 по 1916 р. для спостережень запозичили в обсерваторії Спруля 23-см телескоп.

Вже тоді зрозуміли, що для пошуку планети потрібен фотографічний телескоп з більшим полем зору і значною світлосилою. Початок першої світової війни перешкодив придбанню такого телескопа.

П. Ловелл був дуже засмучений безплідністю пошуку, позначилась також напружена праця, і в 1916 р. він помер, як казали в ті часи, від удару (інсульт), не дочекавшись відкриття планети, в яке весь час вірив і якого прагнув.

Після його смерті пошуки планети припинилися до 1929 р. П. Ловелл заповів більшу частину свого статку обсерваторії для продовження робіт. Проте його вдова запросила велику долю собі. Обсерваторія понесла значні витрати на десятирічну суддєву тяжбу з нею (вона закінчилася на її користь), чим підірвала своє фінансове становище.

Лише в 1927 р. змогли нарешті придбати скляні диски для 33-см об’єктива. Брат Персіваля Ловелла Лоуренс Ловелл, в той час президент Гарвардського університету, виділив кошти на виготовлення і установку телескопа.

На початку 1929 р. інструмент підготували для випробувань. Відповідальним за пошук планети Ікс призначили К. Томбо. В. Слайфер запросив аматора астрономії до Ловеллівської обсерваторії, коли ознайомився з його зарисовками Юпітера і Марса, виконаними біля власноручно виготовленого телескопа.

Пробна серія фотографій показала, що з пластинками розміром 35x42 см можна отримати велике поле якісних зображень. При фокусній відстані об’єктива 169 см масштаб становив 2,95 см на градус. Таким чином, кожна пластинка охоплювала на небі поверхню приблизно 12°х14°.

Кількість зір на пластинках була величезна. Наприклад, у районі Молочного Шляху в сузір’ї Близнят, де сподівалися знайти планету, на кожній пластинці було 400 000 зоряних зображень.

Найбільша зоряна величина досягала 17^m при експозиції в одну годину.

Спостереження почалися 1 квітня 1929 р. з фотографування саме цієї області. Згодом з’ясувалося, що для виявлення різниці між астероїдами поблизу точок стояння і далекою планетою потрібно фотографувати області під час опозиції (планета знаходиться в протилежній від Сонця точці небесної сфери). Тоді кутовий рух астероїдів значно більший, і їх сліди на пластинках зразу кидаються у вічі. Тому спостереження проводилися вздовж екліптики в межах точки опозиції.

Пластинки дуже ретельно досліджували на блінк-компараторі. При цьому використовували тільки негативи-оригінали, щоб зменшити кількість можливих дефектів.

Фотографувати почали з області Водолія, потім місяць за місяцем просувалися в східному напрямку через сузір’я Риб, Овна, Тельця. Коли опрацювали знімки сузір’я Тельця, вже спостерігалась область Близнят.

Спочатку К. Томбо дослідив два знімки поблизу δ Близнят. Звичайно робили по три фотографії кожної області з дводенним інтервалом. Але інтервал між датою першого знімка δ Близнят (21 січня 1930 р.) і третього (29 січня) був на чотири дні довший. Коли четверта частина цієї пари була досліджена, 18 лютого К. Томбо знайшов шукане.

Зображення на двох знімках були зміщені одне від одного на 3,5 мм. Для контролю він перевірив зображення на знімку від 23 січня. Там воно змістилось на 1 мм на схід, як того чекали. Величина зміщення свідчила про те, що об’єкт перебуває за орбітою Нептуна.

Наступного дня, 19 лютого, Томбо одержав знімок, на якому зображення планети Ікс було саме на тому місці, де розраховували.

Потім В. Слайфер вже спостерігав планету навіть візуально на 60-см рефракторі, намагаючись побачити диск, але йому це не вдалося. Планета виявилася в 10 разів слабшою, ніж передбачав П. Ловелл. Вона була майже 15-ї зоряної величини і мала зореподібний вигляд.

К. Лапланд розпочав спостерігати Плутон на 106-см рефлекторі з метою визначення його положення. Він одержував по одному знімку щомісяця, коли була можливість, і так до самої смерті, в грудні 1951 р.

12 березня 1930 р. надіслано телеграму попечителю Ловеллівської обсерваторії Р. Путнаму для передачі її в Гарвардську обсерваторію. В телеграмі говорилося: «Систематичні багаторічні пошуки, що доповнили дослідження Ловелла по транснептуновій планеті, привели до виявлення об’єкта, який на протязі семи тижнів мав швидкість руху і траєкторію згідно з даними транснептунового тіла на приписаній йому відстані. П’ятнадцята величина. Положення 12 березня о третій годині Грінвічського середнього часу було 7 секунд на захід від δ Близнят згідно з довготою, передбаченою Ловеллом».

13 березня було зроблено повідомлення про відкриття нової планети, яке збіглося відразу з двома подіями — з днем народження П. Ловелла і з 149 річницею відкриття Урана.