§ 11. Урбен Жан Жозеф Леверье и открытие новой планеты

Урбен Жан Жозеф Леверье - один из крупнейших французских астрономов XIX века.

Достаточно сказать, что французский Астрономический ежегодник предпочитает до сих пор (!) публиковать координаты Меркурия, Венеры, Земли и Марса, т. е. четырех планет из девяти, вычисляемые на основании теории и конкретных формул Леверье. Но наибольшую и всемирную славу принесло Леверье открытие Нептуна. Его имя известно широкой публике именно благодаря этому открытию.

Леверье родился 11 марта 1811 года в городке Сен-Ло в Нормандии. Отец - скромный служащий. Уже в школе Леверье проявил способности к науке, и родители, связывающие со своим сыном честолюбивые надежды, посылают его в 1828 году в колледж города Каена на два года для повышения знаний по математике. В 1830 году Леверье окончил колледж как первый ученик и намеревался поступить в известную Парижскую Политехническую школу. Вступительный экзамен был очень трудным и Леверье не прошел. Родители пошли на дальнейшие жертвы, продав дом и дав возможность своему сыну поехать на год в Парижский колледж Сен-Луи, славившийся высоким уровнем преподавания. В 1831 году Леверье успешно выдерживает конкурс в Политехническую школу, и начинает интенсивные, серьезные занятия, проявляя всегда огромную работоспособность и настойчивость. Правда, у него не было заметно особого влечения к какой-либо одной научной области, но у него выходило все, за что бы он ни брался. Больше всего он интересовался, пожалуй, химией и ему прочили славу химика-экспериментатора. Окончив после трех лет занятий Политехническую школу с отличием, Леверье получил возможность самостоятельного выбора работы. Он стал химиком в одном из государственных учреждений. В 1835-1837 годах он напечатал свои первые научные статьи по химии. В астрономию привел Леверье случай: в 1837 году в Политехнической школе освободилось два места ассистента: по химии и по астрономии. Кандидатами были двое: Анри Рено и Леверье, причем первый из них - настоящий химик по призванию.

Знаменитый французский химик и физик Жозеф Луи Гей-Люссак (1778-1850), один из ведущих профессоров Политехнической школы, желая оставить в Школе обоих талантливых молодых людей, и зная, что Леверье привлекали также математические проблемы, рекомендовал Рено на кафедру химии, а Леверье - на кафедру астрономии. Так в 26 лет Леверье только начал свою астрономическую карьеру. Его знания в астрономии были еще довольно слабые. Вспомним, что Адамс в 26 лет фактически уже решил проблему Урана и неизвестной планеты, проникнув в самые глубины небесной механики. Леверье же должен был в эти годы приниматься за изучение основ этой науки.

Но карьера Леверье благодаря его огромному таланту оказалась быстрой и блестящей. В 1839 году, после двух лет очень интенсивной работы, он представил в Парижскую Академию наук доклад «О вековых возмущениях (изменениях) планетных орбит», который был в скором времени, опубликован. В этой работе Леверье уточняет и улучшает знаменитые результаты Лагранжа, относящиеся к вопросу об устойчивости Солнечной системы. «Его дебют был блестящим... он возвестил научному миру о появлении потенциального преемника Лапласа», - было написано впоследствии в одном на биографических очерков о Леверье.

В 1840 году Леверье публикует еще более точные результаты по этой проблеме. Надо сказать, что он сразу поразил ученых исключительной тщательностью, скрупулезностью и точностью своих исследований и вычислений. Он никогда не останавливался на половине пути, а все доводил до самого конца, не взирая на объем требуемого для этого труда.

В последующие три года он работает над теорией движения Меркурия. Но из-за сравнительно быстрого движения Меркурия очень трудно было добиться нужной точности. Полученные им тогда результаты явились предварительными и в дальнейшем послужили основой для более точных исследований, к которым Леверье вернулся через 16 лет. Он не мог оставить теорию движения Меркурия незавершенной. Именно эта теория позволила ему обнаружить тончайший эффект в движении Меркурия (ускорение в перемещении перигелия его орбиты), который был объяснен лишь через 60 лет Альбертом Эйнштейном с помощью совершенно новой теории тяготения - общей теории относительности. В рамках классической небесной механики Леверье сделал все возможное.

С конца 1843 года до лета 1845 года Леверье провел очень интересные исследования некоторых короткопериодических комет, и тут же опубликовал результаты, которые также вошли в золотой фонд небесной механики.

Не удивительно, что летом 1845 года Франсуа Араго (1786-1853), директор Парижской обсерватории и глава французской астрономии того времени, предлагает Леверье заняться актуальнейшей тогда проблемой открытия неизвестной планеты, возмущающей Уран.

Леверье сразу приступает к этой проблеме. Конечно, ни он, ни Араго не знали, что ею уже два года занимается в Англии Адамс, и что уже получены существенные результаты.

История исследований Леверье сравнительно короткая и успешная.

В ноябре 1845 года он представляет в Академию наук и тут же публикует первую статью, посвященную Урану. Он заново строит всю теорию движения Урана с учетом возмущений от известных планет, перекрывая и уточняя все, что было сделано Буваром. Его работа и характер самого изложения отличались тщательностью, учетом тончайших деталей, четкостью. Возмущения находятся двумя различными методами, что гарантирует отсутствие ошибок. Окончательно точность вычисляемых координат Урана 0", 1.

На эту работу сразу обратил внимание Эри. Нет ничего удивительного в этом. Ведь Эри 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 Эри положительного впечатления, но все 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. Эри написал впоследствии, оценивая эту работу:

«...Возможно, правильно сказать, что впервые теория движения Урана поставлена на удовлетворительное основание».

Опубликованное в 1847 году более 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 счет исправления элементов первоначальной орбиты Урана. Леверье делает категорический вывод, не подлежащий оспариванию: наблюдения совершенно не примирймы с теорией.

Рассмотрев 103 условных уравнения для «новых» наблюдений, выполненных в 1781-1845 годах, он получил правдоподобные поправки для первоначальных элементов орбиты Урана, например, δε=39",587, δe=0,000014, и т.д., ноостаточные расхождения между теорией с улучшенными элементами и наблюдениями оставались большими. Они достигали 10" в 1793-1796 годах и даже 20" в 1781-1782 годах, что Леверье справедливо считал совсем неприемлемым. Если же- вычислить остаточное расхождения на моменты «старых» наблюдений (Леверье это не делает), то получаются совсем «фантастические» величины, до 270"-280".

Здесь надо отметить следующее.

Адамс сравнивал наблюдаемые l_н и вычисляемые l_в значения средней гелиоцентрической долготы l Урана. Однако значение l_н может быть лишь условно названо «наблюдаемым» (об этом мы упоминали выше). При наблюдениях с Земли фиксируются геоцентрические координаты планеты. Средняя же гелиоцентрическая долгота отвечает некоторому теоретическому положению планеты на принятой оскулирующей орбите и только по одним значениям геоцентрических долготы н широты нельзя вычислить точно среднюю долготу планеты.

Леверье обладал весьма практическим складом ума и, конечно, он выбрал для сравнения теории с наблюдениями именно геоцентрическую долготу. Значения G_H-G_B (наблюденные минус вычисленные) (Леверье обозначает геоцентрическую долготу через G)) представляли результат такого сравнения в чистом с точки зрения астронома виде.

Во второй части Леверье переходит уже к гипотезе о существовании неизвестной планеты. Прежде всего он кратко и четко анализирует другие гипотезы относительно причин неправильного поведения Урана, но их отвергает.

Далее Леверье ставит задачу, близкую по содержанию к той, которую рассматривал Адамс: определить элементы орбиты неизвестной возмущающей планеты, а также поправки к элементам первоначальной орбиты Урана так, чтобы в конце концов теория движения Урана с учетом влияния этой неизвестной планеты отвечала наблюдениям.

В этой статье он дает предварительное решение задачи. Он использует при этом расхождения между наблюдаемыми и вычисленными значениями истинной гелиоцентрической долготы Урана, т. е. ν_н-ν_в. Условные уравнения и все вычисления оказываются проще, чем в случае использования расхождений G_Н-G_B для геоцентрической долготы. Конечно, истинная гелиоцентрическая долгота v непосредственно при наблюдениях с Земли не фиксируется. Но если наблюдать в момент оппозиции (Солнце, Земля и планета на одной линии), то при условии малости всех возмущений разности ν_н-ν_в, в отличие от разности l_н-l_в, вычисляется почти точно. Обработав все имеющиеся наблюдения, Леверье получил таблицу разностей ν_н-ν_в на восемь моментов «старых» наблюдений и на 10 равноотстоящих моментов «новых» наблюдений. График, соответствующий этой таблице, приведен на рис. 23. Мы видим, что кривая для ν_н-ν_в на 1747-1845 годы гладкая и более «надежная», чем аналогичная ломаная кривая для значений l_н-l_в Адамса (см. рис. 18). Затем Леверье вывел выражение для возмущений истинной долготы Урана от неизвестной планеты. Леверье, как и Адамс, принял, что наклонение орбиты этой планеты равно нулю и а'=2а (среднее расстояние от Солнца для Урана и этой планеты относятся как 1:2). Отсюда среднее движение равно n'=1°,51494 и, таким образом, искомыми элементами орбиты являются е', ε', ω', как и у Адамса. Леверье полагает h'=e'sin', l'=e cos', после чего 6v приобретает следующий вид:

δν=Am'+Hm'h'+Lm'l',

где A, H, L зависят от ε', а m' - неизвестная масса планеты (см. приложение 2).

Далее Леверье составляет 18 условных уравнений, соответствующих таблице значений ν_н-ν_в. Из этих уравнений требуется определить m', h', l', ε' и поправки δε, δn, δе, δ к первоначальным элементам орбиты Урана. В качестве последних выбраны элементы Бувара.

Любопытно, что в отношении точности учета возмущений от неизвестной планеты выражение Леверье для δν почти эквивалентно выражению Адамса для δl. Поэтому их условные уравнения, по существу, равноценны. Отличие заключается лишь в том, что расхождения ν_н-ν_в, которым отдает предпочтение Леверье, являются в большей степени «наблюдаемыми», чем расхождения l_н-l_в средней долготы, и они более надежны.

Вместе с тем математически методика анализа условных уравнений, примененная Адамсом, была более изящной и эффективной. Адамс сумел извлечь из своих уравнений определенные значения для всех искомых величин и получил при этом удовлетворительные остаточные невязки. Леверье не решает полностью условные уравнения, но затрачивая на их анализ значительное количество математических выкладок и вычислений, он подбирает примерное значение ε' (средней долготы на 1 января 1800 года), при которой получаются правдоподобные значения массы m', а также окончательных расхождений между наблюдениями и теорией Урана с учетом возмущений от новой планеты. Само значение m' и элементы e', ω' Леверье не определяет, считая, что для этой цели лучше использовать более точные условные уравнения, соответствующие расхождениям теории и наблюдений для геоцентрической долготы. Указанное значение ε' равно 252°, хотя остаются допустимыми и значения от 243 до 252°. Для истинной гелиоцентрической долготы ν на 1 января 1847 года Леверье получает примерное значение 325°, хотя он не объясняет, каким образом оно вычисляется.

Весь анализ выглядит в целом очень солидно и не оставляет сомнения в истинности результатов. Во Франции статья Леверье была встречена с восторгом и оценена как аналитический триумф. Огромное впечатление она произвела на Эри и, как мы уже говорили выше, именно она изменила окончательно прежнюю отрицательную позицию Эри по отношению ко всей проблеме неизвестной планеты. Вот что сказал впоследствии Эри:

«Я не могу даже полностью выразить то чувство восхищения и удовлетворения, которое я получил, прочитав эту статью. Указанное положение возмущающей планеты было то же самое, с точностью до 1°, какое вычислил Адамс, о чем я знал семь месяцев тому назад. До сих пор я считал, что все же остается место для сомнений относительно правильности исследований Адамса. Я думаю, что результаты алгебраических и численных расчетов, таких длинных и таких сложных, какие имеют место в обратной проблеме возмущений, подвержены большому риску ошибок. .. Но после этой статьи я поверил в вычисления и Адамса, и Леверье... Все же, я хотел, как и раньше, узнать, можно ли полностью объяснить возмущения радиус-вектора».

Правда, Эри произнес эти слова лишь в ноябре 1846 года, оценивая в целом всю историю открытия Нептуна. В июне же 1846 года он ограничился письмом к Леверье (от 26 июня), в котором, выражая одобрение работе, все же задавал вопрос о возмущениях радиуса-вектора.

Леверье ответил немедленно (28 июня): «...радиус-вектор корректируется в процессе исправления истинной долготы автоматически, без необходимости отдельного анализа. Извините меня, сэр, по я настаиваю на этой точке зрения».

Непосредственных доказательств в письме нет, но для Эри такого ответа оказалось достаточно. По-видимому, сам вопрос был задан, как говорится, для успокоения совести.

«Я более не сомневался в реальности и правильности в целом предсказанного положения планеты», - писал впоследствии Эри.

Однако Эри не оказал никакой помощи Леверье. Его дальнейшее поведение вызывает только недоумение.

Выше мы говорили, что 29 июня Эри в беседе с Чэллисом и Джоном Гершелем предлагал начать наблюдения с целью поиска неизвестной планеты.

Леверье в письме от 28 июня обратился к Эри именно с просьбой организовать подобные поиски:

«Если я могу надеяться, что Вы достаточно доверяете моей работе, чтобы начать поиски планеты на небе, то я поспешу прислать Вам ее точные координаты, как только их вычислю».

Эри ответил отрицательно:

«Близкий отъезд в Европу не позволяет тревожить месье Леверье просьбой о более точных числах».

Однако отъезд Эри в Европу намечался лишь через полтора месяца (!). Он сам в беседе с Чэллисом и Джоном Гершелем 29 июня поднял вопрос об организации поисков новой планеты. Поскольку он относился к работе Леверье с полным доверием, причины такого ответа Эри остаются все же неясными.

Как мы говорили выше, поиски новой планеты начались в Англии 29 июля 1846 года. Леверье о них ничего не знал до самого их конца.

Ситуация во Франции, казалось, была благоприятной. Работы Леверье имели огромный успех, но вместе с тем никто из астрономов не собирался начинать конкретные поиски новой планеты.

Тем временем Леверье продолжает активно работать дальше и 31 августа 1846 года представляет в Парижскую Академию наук третью статью под названием: «О планете, которая производит наблюдаемые в движении Урана аномалии. Определение ее массы, ее орбиты и ее нынешнего положения».

В этой статье Леверье достигает основной цели своих исследований, получая окончательные данные об элементах орбиты неизвестной планеты и о ее предполагаемом положении на небе. Для этого он привлекает условные уравнения, соответствующие расхождениям между теорией и наблюдениями для геоцентрической долготы и являющиеся, вообще говоря, наиболее подходящими для нахождения как можно более точного решения проблемы. Еще раз подчеркнем, что при наблюдениях непосредственно регистрируются геоцентрические долготы, а гелиоцентрические долготы есть результат вычислений при тех или иных теоретических предположениях. Восемнадцать условных уравнений, рассмотренных Леверье в предыдущей статье, соответствовали зафиксированным значениям расхождений ν_н-ν_в для гелиоцентрической истинной долготы Урана. Эти значения можно считать достаточно надежными только при наблюдениях Урана в оппозиции или вблизи оппозиции. Именно такие «новые» наблюдения после 1781 года выбрал Леверье при составлении лесяти из своих восемнадцати условных уравнений. Однако из «старых» наблюдений лишь одно (1715 года) попадало на момент, близкий к оппозиции. Остальным значениям ν_н-ν_в для «старых» наблюдений нельзя было доверять полностью.

Кроме того, много «новых» наблюдений было выполнено в моменты квадратур Урана (когда планета и Солнце видны с Земли под углом 90°). При таких наблюдениях косвенно регистрируются также фактические возмущения радиуса-вектора Урана, потому что тогда расхождения наблюдаемой и теоретической геоцентрической долготы Урана вызываются ошибками теории как в гелиоцентрической долготе, так и в радиусе-векторе. Именно при наблюдениях в квадратурах ошибки в радиусе-векторе могут сказаться наиболее сильно.

Поэтому Леверье, придавая особое значение точности и «чистоте» наблюдательных данных, рассмотрел все составленные им во второй статье 115 условных уравнений на основании 279 наблюдений геоцентрической долготы Урана. Конечно, в эти уравнения, вместо выражения для возмущений истинной долготы δν от неизвестной планеты, Леверье включил выражение для возмущений δG геоцентрической долготы. Это выражение состоит из двух частей, зависящих от δν и от возмущений δr радиуса-вектора Урана, и оно, конечно, более громоздкое, чем одно только выражение для δν. Леверье учел также некоторые дополнительные члены в выражении для δl, оставленные им без внимания в предыдущей статье, а именно вековые возмущения, и кроме того, основные возмущения второго порядка относительно эксцентриситетов орбит.

Кроме того, Леверье, как и Адамс, отказался от предположения, что большая полуось а' орбиты неизвестной планеты точно вдвое больше большой полуоси орбиты Урана, а. Он принял, что отношение а/а' равно 0,51 или значению, близкому к этому числу. (Почти как у Адамса!)

Далее Леверье объединил вместе некоторые группы условных уравнений, выделенных из 115 уравнений, и в конце концов получил систему только из 33 уравнений. Ведь тогда электронных машин не было, и, чтобы оставаться при вычислениях в пределах реальных человеческих возможностей, надо было как-то упрощать задачу.

Неизвестными в уравнениях являлись, как и ранее, четыре поправки δε, δn, δе, δ к элементам первоначальной орбиты Урана, элементы е',', ε' орбиты искомой планеты и масса m' этой планеты. Методика решения уравнений в принципе следующая.

Задаются шесть вариантов значений а' и ε'. Для каждой пары заданных значений а', ε' условные уравнения становятся обычными линейными относительно остальных семи неизвестных величин, и эти уравнения могут быть решены стандартным методом наименьших квадратов. Таким путем Леверье находит шесть вариантов искомых поправок элементов орбиты Урана и элементов орбиты неизвестной планеты. Затем, с помощью так называемой интерполяции, подбираются такие промежуточные значения элементов орбиты, при которых остаточные невязки условных уравнений оказываются наименьшими. Эти значения принимаются в качестве окончательного результата. (Более подробно см. в приложении 2.)

Такая методика требовала большого количества вычислений, но не приводила к трудностям принципиального характера и выглядела вполне надежной. Полученные элементы орбиты неизвестной планеты и ее масса в единицах массы Солнца таковы:

Вычисляемая по этим элементам истинная гелиоцентрическая долгота на 1 января 1847 года равна ν=326°32'.

Далее Леверье вычисляет остаточные невязки для условных уравнений или окончательные расхождения между наблюдениями геоцентрической долготы и теорией с учетом возмущений от неизвестной планеты. Для «новых» наблюдений эти невязки лишь в 1791-1792 годах достигают 5",4, а в остальные годыf равны 3" или даже меньше. Для «старых» наблюдений Только одна «связка сравнительно велика - 20", остальные - от 4" до 1".

Леверье приписывает такие невязки совместной ошибке, вызванной как неточностью теории, так и погрешностями наблюдений. При этом он проводит дополнительный анализ, оценивая возможные границы, между которыми могут быть заключены искомые элементы орбиты неизвестной планеты. Получается при этом, что для средней долготы ε' допустимы отклонения от 326°32' примерно на 5°, а отношение a/a' заключено между 0,5062 и 0,5475 (большая полуось между 35,04 а. е. и 37,90 а. е.).

На рис. 24 приведен график полной теоретической поправки для геоцентрической долготы в 1750-1845 годах, отвечающей решению Леверье. Точками отмечены фактические разности G_Н-G_В. Отклонения точек от кривой характеризуют степень согласия всей теории Леверье с наблюдениями. Мы видим, что согласие в целом хорошее, но оно является особенно хорошим на период 1781-1845 годов, причем важно, что теория сравнивается с наблюдениями в чистом виде.

В своей третьей статье Леверье также останавливается на вопросе, связанном непосредственно с поисками неизвестной планеты. Он пишет, что по его расчетам «оппозиция планеты имела место 19 августа. Поэтому сейчас самое благоприятное время для ее открытия... Проанализируем, каковы должны быть видимый диаметр и относительный блеск искомой планеты в оппозиции.

Мы знаем, что видимый диаметр Урана на расстоянии 19 а. е. составляет 4". Масса Урана известна (Леверье принимал ее равной 1/24000 массы Солнца) и примерно в два с половиной раза меньше, чем масса новой планеты. Этих данных достаточно, чтобы вычислить видимый диаметр новой планеты, если известно отношение ее плотности к плотности Урана. Вообще, плотности планет уменьшаются с расстоянием их от Солнца. Поэтому, если принять, что Уран и новая планета имеют одинаковую плотность, мы придем к выводу о меньшем диаметре и худших условиях видимости планеты по сравнению с фактическим. Тогда мы найдем, что в момент оппозиции планета видна под углом зрения 3",3. Видимое избражение светила с таким диаметром вполне можно отличить в хороший телескоп от мерцающих изображений звезд, если яркость диска достаточна.

Предполагая, что отражательная способность поверхности новой планеты такая же, как поверхности Урана, получим, что блеск планеты примерно в три раза меньше блеска Урана, когда он находится на своем среднем расстоянии от Солнца» (Блеск Урана в среднем 5^m,5-5^m,7. Уменьшение блеска в три раза соответствует увеличению звездной величины на 1^m,2. Таким образом, Леверье считал, что новая планета имеет блеск около 7^m. Фактический же блеск Нептуна 7^m,6-7^m,7 в оппозиции. Леверье ошибся совсем немного)).

Как мы говорили выше, Адамс вполне сознавал, что неизвестная планета должна иметь видимый диск, но четко об этом не сказал. Леверье же, придавая большое значение практическим вопросам наблюдений, конечно, не упускает этот момент, и вообще подробно пишет о возможном внешнем виде планеты.

Читаем у Леверье далее:

«Это - очень важный момент. Если объект, который мы хотим обнаружить, подобен по своему внешнему виду звездам, то следовало бы пронаблюдать в данной области неба все малые звезды и постараться выделить среди них такую, которая обладает собственным движением по отношению к другим.

Поиски по подобной программе - длительные и трудные. Но если планета имеет достаточно большой видимый диск,.., то можно заменить фиксацию точных положений всех звездообразных объектов простым обозрением их внешнего вида, и поиски будут проходить быстро».

Любопытно, что слова Леверье как будто обращены к Чэллису, который уже с 29 июля искал новую планету, но не так, как рекомендовал Леверье. Мы говорим об этом, чтобы проиллюстрировать, каким проницательным был Леверье, когда касалось дело практики наблюдений.

В начале же сентября французские астрономы, к которым Леверье обратился прежде всего, не собирались организовывать поиски новой планеты. Конечно, они направили в адрес Леверье много похвальных слов, но, по-видимому, они оценивали работы Леверье больше как проявление таланта автора, как интересное научное достижение, но не как важный практический результат, который должен побудить их к немедленным конкретным действиям.

По существу, повторилось то, что произошло годом ранее в Англии. Чэллис, как об этом написано выше, очень одобрительно отнесся летом и осенью 1845 года к исследованиям Адамса, но не посчитал, что из них надо делать практические выводы, что они действительно помогут обнаружить новую планету.

Леверье был человеком дела и при этом очень энергичным. Он глубоко верил в свои результаты, хотел, чтобы планету стали искать сейчас же. Бездействие даже в течение двух недель было для него мучительным.

Мы сказали бы сейчас, что Леверье был слишком требователен и нетерпелив. Он представил свою статью 31 августа, а упрек французским астрономам в том, что они не организовали поиски новой планеты, относится к первой половине сентября. Даже в наши дни промежуток времени между теоретическими результатами и их практической реализацией бывает более длительным.

Но, как бы то ни было, Леверье срочно ищет возможности «внедрения своей работы в практику наблюдений» я, конечно, на холит, так как слова «кто ищет, тот всегда найдет» остаются справедливыми во все времена. Надо сказать, что Леверье поступил очень умно и дипломатично. Он не стал обращаться к маститым астрономам, директорам обсерваторий, например, Араго, Эри, Иоганну Францу Энке (1791-1865), и др. Он обратился к такому же молодому, как и он сам, немецкому астроному Иоганну Готфриду Галле, ассистенту Берлинской обсерватории. К тому был удобный повод: год назад Галле прислал Леверье в знак уважения свою диссертацию, посвященную анализу наблюдений датского астронома Олафа Рёмера. И Леверье отсылает 18 сентября письмо к Галле, в котором пишет: «Я прочитал с большим интересом и вниманием работу о редукции наблюдений Рёмера, которую Вы так любезно мне прислали. Исключительная ясность объяснений, полная строгость результатов, представленных в работе, делают Вам честь как способнейшему астроному... Непосредственно сейчас я хотел бы найти настойчивого наблюдателя, который согласился бы уделить некоторое время наблюдениям в той области неба, где может находиться неизвестная планета. Я пришел к своему выводу на основании теории движения Урана...

Положение планеты сейчас и в течение ближайших нескольких месяцев благоприятное с точки зрения ее обнаружения. Величина массы планеты позволяет сделать вывод, что се видимый диск более 3". При наблюдениях в хороший телескоп этот диск вполне можно отличать от мерцающих изображений звезд».

Галле получил это письмо 23 сентября. Его реакция была немедленной и положительной. В ту же ночь он сел за телескоп - 23-см рефрактор Берлинской обсерватории. (Леверье угадал, к кому надо обратиться!)

Правда, не обошлось без небольших препятствий. Дело в том, что на незапланированные наблюдения надо было получить разрешение от директора обсерватории Энке. Надо сказать, что Энке во многом был похож на своего английского коллегу, директора Гринвичской обсерватории Эри. Для Энке, как и для Эри, на самом первом месте стояли вопросы строгого порядка и регламентации в работе обсерватории.

Организация новых наблюдений нарушила бы этот порядок. Кроме того, Энке, как и Эри, относился скептически к способностям молодых людей и лишал их какой-либо самостоятельности. Не удивительно, что Энке ответил на просьбу Галле отказом. Но Галле все же настаивал на своем и Энке в конце концов уступил.

Тут же нашелся еще один молодой человек, - это был немецкий студент Генрих Луи д'Аррест, - который выразил большое желание принять участие в поисках неизвестной планеты. Галле согласился, и вечером он и д'Аррест в качестве помощника приступили к наблюдениям, которым было суждено стать решающим заключительным этапом в истории поисков неизвестной планеты. Но если мы только скажем, что Галле навел телескоп в точку неба, соответствующую данным Леверье, и сразу обнаружил совсем недалеко от этого места планету, то сильно упростим и обедним реальные обстоятельства.

На самом деле Галле, направив телескоп в нужную точку неба (предсказываемые по элементам Леверье координаты неизвестной планеты в ночь на 23 сентября были равны α= 327°27', δ=-13°24'), сначала не увидел ничего похожего на планету. Он напрасно искал среди звезд объект с видимым диском У. И мы не знаем, чем бы вообще закончились наблюдения Галле (вероятнее всего, что он не обнаружил бы планету, во всяком случае в короткий срок), если бы не находчивость его помощника д'Арреста.

Как мы говорили, тогда рассматривались два возможных пути обнаружения новой планеты:

1) по видимому перемещению относительно звезд (тогда каждую звезду надо наблюдать два раза с интервалом хотя бы в несколько дней, определяя при этом ее точные координаты),

2) по видимому диску.

Первый путь требовал длительных наблюдений. Галле следовал по второму пути, но заметить планету не мог. Что же оставалось делать?

Д'Арресту пришла счастливая идея последовать новому, третьему пути. А именно, он предложил использовать звездную карту неба и тут же в ходе наблюдений сравнивать положения наблюдаемых небесных светил и зафиксированных на карте. Неизвестной планеты на карте быть не должно, поэтому планетой окажется та звезда, которая не отмечена на карте.

Идея очень простая, она следовала первому пути, но в значительно упрощенном виде. Карта заменяла повторные наблюдения одной и той же звезды, она избавляла также от необходимости вести письменную регистрацию точных координат наблюдаемых звезд.

Правда, требовалась подробная и точная звездная карта, без которой подобный способ поиска планеты привел бы только к недоразумениям. Такой карты данного участка неба не было ни у Чэллиса в Англии, ни у французских астрономов. Но она оказалась на Берлинской обсерватории. Это была карта звездного атласа Берлинской Академии наук, составленная Карлом Бремикером (1804-1877) (Бремикеру принадлежит также целый ряд очень полезных астрономических и математических таблиц)), напечатанная в конце 1845 года, но еще не разосланная на другие обсерватории.

Взяв карту, Галле и д'Аррест продолжили наблюдение. Галле называл по очереди звезды (их положение, яркость), а д'Аррест отмечал их на карте. Вскоре, а именно почти ровно в полночь, Галле назвал звезду примерно 8-й величины, которую д'Аррест на карте не нашел. Ее положение (α=328°19'16", δ=-13°24'8") отличалось оттого, которое было вычислено по данным Леверье, всего лишь на 52'. Следовательно, это и была так долго разыскиваемая планета. С тачала наблюдений и до замечательного открытия в эту знаменательную ночь 23 сентября 1846 года прошло лищь несколько часов. Но все же на этом еще рано было ставить точку. Астрономы, прежде чем сказать окончательное «да» или «нет», прежде чем выписать окончательные цифры, обычно скрупулезнф проверяют и перепроверяют свои данные, так и в ту ночь Галле и д'Аррест хотели, естественно, окончательно убедиться, что действительно они обнаружили цланету. Ведь в принципе не исключена была случайная ошибка на звездной карте или обнаруженное не. беспое светило могло оказаться хотя и новым небесным телом, но совсем не планетой, которую искали.

Прежде всего д'Аррест срочно побежал к Энке с известием, что планета как будто найдена. Хотя время было после полуночи, но важность сообщения позволяла молодому студенту тревожить директора обсерватории. Энке, не задумываясь, отправился к телескопу и вместе со своими молодыми коллегами следил, за обнаруженным светилом почти до 2 ч. 30 м. после полуночи (до его захода). Однако полной уверенности в том, что это действительно искомая планета, у них все же не было. Они старались заметить у этого светила диск, предсказываемый Леверье, но не могли. Телескоп, на котором они наблюдали, был мал, точнее, было мало увеличение, зависящее от выбранного окуляра (В телескопах используют обычно несколько окуляров, соответствующих разному увеличению. Чем меньше увеличение, тем больше поле зрения, что было удобно при поисках планеты, но тем труднее заметить ее видимым диск)). Таким образом, совет Леверье искать планету по видимому диску, практически ценный при наблюдениях на больших телескопах, в данном случае не принес непосредственной пользы.

В следующую ночь все трое опять наблюдают обнаруженное небесное светило, но с окуляром, дающим увеличение в 320 раз и получают возможность убедиться, что действительно явно заметен диск размером около 3". Заметным оказалось и видимое собственное движение данного объекта: около 70" в сутки в направлении к западу. Именно такое перемещение неизвестной планеты получилось по Леверье. Таким образом, все соответствовало данным Леверье: положение, яркость, собственное движение. Никаких сомнений не оставалось: да, новая планета действительно открыта.

Утром 25 сентября Галле пишет Леверье письмо, подтверждая факт открытия планеты:

«Планета, положение которой Вы указали, действительно существует. В тот же день, когда я получил Ваше письмо, я обнаружил звезду 8-й величины, не указанную на превосходной карте (составленной доктором Бремикером) из звездного атласа, опубликованного Берлинской Академией наук. Наблюдении в следующую ночь подтвердили, что это - искомая планета. Я и г-н Энке, наблюдая на большом фраунгоферовском рефракторе, определили положение планеты по отношению к звезде сравнения (а) 9-й величины из каталога Бесселя, зона 119, и получили

(Отсчитывается от полудня. При обычном отсчете времени указанные моменты соответствуют 0^h0^ml4^s,6 24 сент. и 20^h54^m40^s,9 24 сент)

Видимое место звезды (а) по Бесселю

Мы сравнили данные каталога Бесселя с теми, которые имеются для этой звезды в каталоге Пиацци (XXI.344), у Тейлора, а также в каталоге Британской ассоциации. После этого мы получили для (а) следующие координаты:

Эти координаты более предпочтительны, так как Бессель высказывал в отношении зоны 119 беспокойство. Таким образом, имеем для планеты следующие координаты:

Диаметр мне показался близким к 3", однако на эту характеристику можно полагаться только при очень благоприятных атмосферных условиях, и облегчила поиски главным образом звездная карта...»

Напомним, что координаты планеты, предсказанные на 24 сент. 1846 года Леверье, были равны α= 327°27', δ=-13°24', так что ошибка α_набл.-α_{вычисл.} составляла 52'.

Таковы обстоятельства официального и всеми признанного открытия восьмой планеты Солнечной системы.

Все произошло очень просто и очень быстро: на обнаружение планеты вместе со скрупулезной проверкой данных и уточнением координат ушло чуть более одних суток. Но если вдуматься, то эти обстоятельства не относятся к типу «Пришел, увидел, победил», а представляют богатую пищу для размышлении.

В серьезное научное открытие оказываются вложенными непосредственно или косвенно доли труда многих ученых; очень важны при этом научное оборудование, справочники, таблицы, карты и т. д. II на каждом месте надо выполнять работу добросовестно и тщательно. Каждая мелочь может сыграть свою положительную или отрицательную роль. Честь и хвала Карлу Бремикеру и его помощникам, изготовившим полную и точную звездную карту потребовавшегося участка неба.

Можно уверенно сказать, что без такой карты Галле и д'Аррест не открыли бы планету 23-24 сентября.

Но мы не можем не вспомнить о том, что па Кембриджской обсерватории у Чэллнса такой карты не было. Почему? Ведь она была напечатана в Берлине в конце 1845 года. Сам Чэллис говорил впоследствии, что если бы у него была хорошая звездная карта, то он, наверное, обнаружил бы планету еще 4 августа 1846 года, т. е. на третью ночь после начала своих поисков. Вот когда полностью проявилась бы ценность быстрого обмена научной информацией и научно-справочной литературой между различными учреждениями.

Нельзя не отметить настойчивость, научное горение Галле и д'Арреста. Без этого, вероятно, они вообще не начали бы наблюдения, не сумев преодолеть инерцию и консерватизм директора обсерватории, всеми уважаемого ученого Франца Энке. Вспомним, как пассивно действовали осенью 1845 года Адамс и Чэллис. И как важна научная инициатива. Мы имеем также пример того, что при научном исследовании нельзя предвидеть и распланировать все. Леверье написал очень подробно, как надо и как не надо вести поиск планеты и он был, вообще говоря, прав. Вспомним о наблюдениях Чэллиса. Определяя последовательно для каждой звезды точные координаты, он потратил безуспешно три месяца. В первую же ночь 29 сентября, когда он стал искать планету по видимому диску, он ее фактически сразу заметил. Английские астрономы-любители, если бы они стали искать планету на своих любительских полуметровых телескопах, искали бы ее, конечно, только по видимому диску. Но вот в данном случае этот принцип не сработал.

Если бы Галле продолжал наблюдать по одной и той же схеме, выискивая небесное светило с заметным видимым диском, то, по-видимому, он ничего бы не нашел. Надо было срочно придумать что-то новое, отличное от того, что предлагал Леверье; и появилась прекрасная идея использовать звездную карту.

Но мы хотим подчеркнуть, что эта идея принадлежала молодому студенту д'Арресту. Сам Галле относился, по высказываниям других, к звездным картам недоверчиво, так как он весьма часто встречал в них ошибки. И возникает вопрос, чья же роль оказалась более важной в непосредственном обнаружении новой планеты: Галле или д'Арреста? Всюду в литературе пишется и официально считается, что планету открыл Галле и имя д'Арреста вовсе не упоминается. Даже сам Галле в письме к Леверье ничего не говорит о д'Арресте, хотя ясно указывает, что именно звездная карта помогла обнаружить планету. Это - одна из несправедливостей признанной истории науки. Непосредственное открытие планеты принадлежит, во всяком случае и Галле и д'Арресту.

Наконец, роль случайности. Конечно, Галле и д'Арресту повезло. Перебирая одну звезду за другой, они очень быстро наткнулись на искомую планету. Этого могло и не случиться. Отклонение в 52' по долготе при поле зрения в 10'-12' представляет собой не малую величину. Кроме того, Леверье совсем не учитывал наклон орбиты неизвестной планеты к эклиптике, т. е. теоретические положения планеты лежали на эклиптике. Наклон Нептуна оказался фактически равным 1°57'. Следовательно, отклонение разыскиваемой планеты от эклиптики доходило почти до 2°, поэтому планета могла вовсе не попасть в поле зрения телескопа 23 сентября или в ближайшие дни. Но здесь же заметим, что случайности нередко бывают закономерными. Галле и д'Арресту, а вместе с тем и Леверье, при обнаружении планеты повезло. Чэллису и Адамсу явно не повезло, хотя могло быть все наоборот. Мы уже останавливались выше в § 10 на этом моменте. Еще раз скажем, что, по-видимому, были вознаграждены настойчивость и настоящее желание.

Можно было бы продолжить комментарии к историческим дням 23-24 сентября 1846 года и далее, по мы еще не сказали главное.

Открытие новой планеты означало прежде всего величайший триумф теории и ее автора Леверье, предсказавшего весьма точно и положение, и блеск, и собственное движение планеты. Это был исторический триумф всей небесной механики и закона всемирного тяготения, затмивший целиком практический успех тех, кто непосредственно обнаружил планету.

28 сентября Энке обращается к Леверье со следующими словами:

«Позвольте мне, сэр, со всей искренностью поздравить Вас с блестящим открытием, которым Вы обогатили астрономию. Ваше имя отныне будет связано с наиболее выдающимся из мыслимых доказательств справедливости закона всемирного тяготения. Эти немногие слова суммируют, я думаю, все, что хотел бы услышать ученый. Было бы лишним добавить что-либо еще».

В тот же день Гейнрих Кристиан Шумахер (1780-1850), издатель главного немецкого астрономического журнала «Astronomishe Nachrichten», получивший накануне известие от Энке, также поздравляет Леверье.

«...Я не могу противостоять душевному порыву послать Вам немедленно мои самые искренние поздравления в связи с Вашим блестящим открытием. Оно явилось самым величественным триумфом теории из всех, какие мне известны».

Слава Леверье разносится по всему миру. Французский король производит его в офицеры Почетного Легиона, немецкое Королевское Общество в Гетпшгене и Российская Академия наук выбирают Леверье своим почетным членом, герцог Тосканский присылает ценные подарки, Датский король присваивает Леверье одно из самых почетных в Дании званий, Английское Королевское общество присуждает Леверье свою высшую научную награду - медаль Копли.

Вот так, под рукоплескания всего мира, завершается история исследований и открытия новой планеты, связанная с именем Леверье. Он действительно добился того, о чем только может мечтать ученый. Мы закончим красивыми словами Эри:

«Во всей истории астрономии и даже, я могу сказать, во всей истории науки не происходило ничего подобного... Уран, Церера, Паллада были открыты в ходе наблюдений, которые вовсе не предусматривали открытие планет... Но движение Урана, изученное учеными, которые находились целиком под впечатлением универсальности закона притяжения, указывало на действие некоторого возмущающего тела. Математики, наконец, решились приступить к работе, чтобы удостовериться в возможном существовании такого тела. Они показали, что предположение о возмущающем теле, движущемся по некоторой определенной орбите, полностью объясняет возмущение Урана. С твердостью, которую я должен характеризовать как замечательную, они выразили свое убеждение, что возмущающая планета должна находиться точно в некотором месте и иметь такой-то вид. Она действительно была найдена на этом месте и имела предсказанный вид. История астрономии не знает других подобных примеров».