Загадки космоса. Планеты и экзопланеты - Андрей Мурачёв

Пояс Койпера получил свое название в честь астронома Джерарда Койпера, который в 1951 году предположил, что в начале эволюции Солнечной системы мог сформироваться пояс транснептуновых объектов. Есть некоторая ирония в том, что, согласно Койперу, к настоящему моменту этот пояс уже давно должен был быть рассеян массивным Плутоном. Однако Плутон в итоге оказался не таким уж массивным, а пояс существует по сей день. Большинство объектов пояса Койпера – каменисто-ледяные глыбы самых разных размеров[67]. Основная часть этих тел размером с комету (порядка 10 км), хотя имеются и довольно крупные экземпляры. По существующим оценкам, пояс Койпера включает в себя сотни тысяч объектов.

Как они туда попали? Крупные объекты не могли образоваться на столь большом расстоянии от Солнца – им просто не хватило бы вещества в протопланетном диске. Единственный вариант объяснить их существование – предположить, что некоторые из них сформировались на ранних этапах эволюции протопланетного диска на гораздо более близких дистанциях, смогли выжить во времена планетарной миграции, около 4 миллиардов лет назад, и были вынесены на дальние рубежи в результате гравитационных взаимодействий с газовыми гигантами.

15 июля 2015 года, после девяти лет полета, зонд «Новые горизонты» добрался до Плутона и прислал фотографии далекой карликовой планеты, на которых оказалась отчетливо видна область, по форме напоминающая сердце. Задолго до этого момента команда управления аппаратом начала выбирать следующую цель миссии. Окончательный выбор был сделан в августе 2015 года – целью оказался транснептуновый объект с неофициальным названием Ультима Туле, позднее официально переименованный в Аррокот. Осенью того же года курс «Новых горизонтов» скорректировали и отключили двигатели аппарата на долгие годы. 1 января 2019 года он достиг новой цели. На фотографиях Аррокот предстал состоящим из двух как бы приклеенных друг к другу тел – проще говоря, похожим на снеговика. О том, что рассказали астрофизикам транснептуновые объекты и какое отношение это все имеет к экзопланетам, пойдет речь в настоящей главе.

Рисунок 22. Изображения Плутона и Аррокота, полученные станцией «Новые горизонты»

Но сначала нужно сказать и еще об одном важном эпизоде этой истории. К задней части «Новых горизонтов» прикреплена маленькая капсула с надписью: «Здесь содержится прах американца Клайда У. Томбо, первооткрывателя Плутона и «третьей зоны» Солнечной системы, сына Адели и Мюрона, мужа Патрисии, отца Аннетт и Олдена, астронома, учителя, остряка и друга: Клайд У. Томбо (1906–1997)».

* * *

История открытия Плутона Клайдом Томбо неразрывно связана с именами Уильяма Гершеля и Персиваля Лоуэлла, о которых уже шла речь в предыдущих главах. Клайд Уильям Томбо родился 4 февраля 1906 года в семье фермеров в штате Иллинойс, США. Уже в 12 лет он понял, что посвятит жизнь астрономии. Это произошло в ту самую ночь, когда его дядя, астроном-любитель, показал Клайду звезды и Луну в небольшой самодельный телескоп. Некоторые сюжеты повторяются в истории рефреном из столетия в столетие: маленький Иоганн Кеплер с матерью стоит на вершине холма, в ночном небе неподвижно висит комета. Восторг переполняет сердце мальчика. Пройдут сотни лет, и на другом материке маленький Клайд Томбо замрет у плохонького телескопа, завороженный видом лунного пейзажа. Кратеры, скалы и черные тени на желтом песке вдруг станут такими близкими – только протяни руку.

С тех пор все свободное время Томбо посвящал изучению астрономии. Он перечитал все книги по физике и астрономии, до которых смог добраться, а ночи просиживал у телескопа, разглядывая звезды. В выпускном альбоме одноклассники написали о нем: «Он откроет новый мир». Фраза стала пророческой. Это произойдет совсем скоро, хотя, казалось бы, все было против Клайда Томбо.

В колледж Томбо не пошел, остался на ферме – у родителей не было возможности оплатить его обучение. Работая от зари до зари на поле, юноша помогал семье, но ночами он продолжал заниматься астрономией. Мать с отцом этому не препятствовали. Однако для ночных наблюдений требовался телескоп, а для покупки нового не хватало денег. Тогда Томбо попробовал изготовить телескоп самостоятельно по инструкциям из журналов, и в конце концов у него это получилось. Для проверки стекол, которые приходилось шлифовать вручную, он вместе с отцом вырыл длинную яму глубиной 2 м. Она давала стабильную температуру и отличные условия для наблюдений. В 1927 году 7-дюймовый (~18 см) телескоп был готов. На нем Томбо впервые наблюдал комету Понса – Виннеке. В этом же году дядя купил у него этот телескоп и остался так впечатлен работой племянника, что незамедлительно отправил ему деньги на постройку нового, 9-дюймового (~23 см) телескопа.

Однажды ранним утром в ноябре 1928 года Томбо наблюдал Марс с помощью нового телескопа. Его изумлению не было придела, когда на поверхности Красной планеты он увидел полосы – те самые знаменитые каналы, о которых он читал в «Популярной астрономии», в отчетах о наблюдениях Марса, написанных сотрудниками Лоуэллской обсерватории.

Томбо очень хотел работать астрономом в обсерватории, но без университетского образования у него не было шансов. Ему исполнилось 22 года, и перед ним стояла дилемма: открыть свое дело по изготовлению телескопов или стать пожарным на железной дороге. Но перед тем как сделать окончательный выбор, он отправил несколько рисунков Марса и Юпитера доктору Весто Слайферу, директору Лоуэллской обсерватории. Это была единственная обсерватория, занимающаяся изучением планет, о которой он знал.

Рисунок 23. Клайд Томбо с собственноручно построенным 9-дюймовым рефлектором

Как раз в это время Слайфер искал подходящего человека для работы с новым 13-дюймовым (~33 см) рефрактором. После непродолжительной переписки Слайфер спросил Томбо о состоянии его здоровья. Получив ответ, в котором Томбо оценил состояние своего здоровья как отличное, директор обсерватории написал, что готовится запуск в эксплуатацию нового фотографического телескопа, но ночная работа будет проходить в неотапливаемом куполе, и спросил Томбо: «Вас заинтересовало бы прибытие во Флагстафф через несколько месяцев, примерно в середине января?». Томбо был в восторге и отправился во Флагстафф на следующей же неделе. Ему невероятно повезло. Рефрактор с 13-дюймовым объективом фотокамеры, на котором ему предстояло работать, приобрели для поиска таинственной девятой планеты – «планеты Х».

Ко времени описываемых событий Нептун, восьмая планета Солнечной системы, был открыт уже более 80 лет. В первой трети XIX века астрономы заметили аномалии в орбитальном движении Урана. Сначала их решили списать на возмущающее действие Юпитера и Сатурна. Но даже после того как были учтены все погрешности, вызванные притяжением газовых гигантов, необъяснимые возмущения орбиты оставались. Тогда возникла мысль, что столь странная орбита обусловлена присутствием еще неизвестной массивной планеты за орбитой Урана. В 1846 году французский ученый Урбен Леверье вычислил орбиту предполагаемой восьмой планеты и уговорил астронома Иоганна Галле воспользоваться его вычислениями для ее поисков. Нептун был обнаружен в первую же ночь наблюдений и именно там, где и предсказывалось. Французский физик и астроном Франсуа Араго назвал Нептун «планетой, открытой на кончике пера».