Айзек Азимов - Царство Солнца. От Птолемея до Эйнштейна

Бувар решил, что старые наблюдения, проводившиеся до Гершеля, могли оказаться не совсем правильными. В конце концов, старые телескопы были не слишком хорошими. Тогда он стал использовать только наблюдения Гершеля и тех, кто следовал за ним, и получил орбиту, которая совпадала с расчетной, после чего, должно быть, вздохнул с облегчением.

Однако во время наблюдений за Ураном в течение следующих нескольких лет стало ясно, что он стал немного отходить от рассчитанной орбиты. Это отклонение опять было очень маленьким, но в то же время достаточно большим, чтобы астрономы ужаснулись. Неужели что-то не так с ньютоновским законом всемирного тяготения — после стольких лет и такого множества побед? Неужели он как-то изменяется на том огромном расстоянии, которое отделяет Уран от Солнца?

Однако астрономы не поддались панике. Необходимо было кое-что выяснить. Видите ли, математика Ньютона работает точно только для так называемых «задач с двумя телами». Иначе говоря, если бы во Вселенной существовало всего два тела, например Земля и Солнце, то гравитационные формулы идеально описывали бы движение Земли вокруг Солнца.

Однако поскольку тел во Вселенной больше, чем два, математики Ньютона не достаточно для того, чтобы дать точное решение.

А ведь во Вселенной находится бессчетное количество тел. Как же определить планетные орбиты с помощью математики, которая способна работать только для двух тел? Ответ заключается в том, что звезды находятся настолько далеко, что их гравитационный эффект можно игнорировать. В пределах Солнечной системы (где все равно находятся тысячи тел) Солнце настолько больше всех остальных тел, вместе взятых, что его гравитация — это единственное, что необходимо учитывать с самого начала. Например, орбиту Земли можно сначала рассчитать так, словно кроме нас существует одно только Солнце. Далее, во время бега вокруг Солнца Венера иногда оказывается впереди Земли, а иногда — позади. Когда она впереди, ее гравитационное притяжение тянет вперед и немного ускоряет Землю. Когда Венера позади, она чуть-чуть замедляет Землю. Это принимают во внимание, и расчеты земной орбиты уточняются. Затем учитывают воздействие Марса, принимают во внимание влияние Луны и так далее.

Небольшие воздействия на орбиту планеты, объясняемые гравитационным притяжением других планет, называются возмущениями или пертурбациями.

При расчетах орбиты Урана учитывалось влияние притяжения планет-гигантов, Юпитера и Сатурна. Это были единственные известные планеты, которые были достаточно велики и находились достаточно близко к Урану, чтобы заметно изменить его орбиту. Дело в том, что размер возмущений зависит от массы планеты, которая это возмущение вызывает. Возможно, цифры для размеров Юпитера и Сатурна оказались неточными.

Прусский астроном Фридрих Вильгельм Бессель был специалистом по пертурбациям, и он взялся решать эту задачу. Он разработал новые методы расчета возмущений и использовал для этого математические выражения, которые и сейчас носят название функций Бесселя.

Бессель провел новые измерения расстояний между спутниками Юпитера и Сатурна и самими планетами. По этим расстояниям и по скорости, с которой спутники вращались вокруг своих планет, он смог вычислить размер обеих планет более точно, нежели это делалось раньше.

Он воспользовался этими новыми значениями для того, чтобы рассчитать возмущения Урана, — но и это не помогло. Новые цифры не объясняли отклонения этой планеты от рассчитанной орбиты. Никакие цифры, которые он мог использовать, не давали объяснения пертурбаций.

Бессель сдался. Он высказал предположение, что где-то может находиться еще одна планета, которую не учитывают, и что ее гравитационное притяжение ответственно за этот феномен. Однако тогда он не стал развивать эту идею.

В 1834 г. астроном-любитель по имени Т.Дж. Хасси написал письмо Джорджу Эри, которого должны были вот-вот назначить королевским астрономом Англии. В письме он высказал предположение о том, что за Ураном имеется какая-то планета, и предлагал ее искать. Однако Эри энтузиазма не выразил. Такая далекая планета окажется очень тусклой, и найти ее будет трудно. Эри придерживался мысли о том, что орбиту Урана все-таки удастся выяснить, уточнив возмущения, вызванные известными планетами.

Однако Уран отклонялся все дальше и дальше, и к 1843 г. Королевское научное общество в Геттингене, в Германии, обещало премию тому, кто разгадает тайну Урана. Сам Бессель готовился снова взяться за эту проблему, возможно, для того, чтобы искать таинственную внешнюю планету, однако умер, не успев начать работу.