Владимир Сурдин - Разведка далеких планет

С появлением ПЗС — матриц стало возможным последовательно получать множество кадров, не экономя дорогие фотопластинки и не перегружая себя работой по их появлению и просматриванию. Теперь компьютер сам сравнивает последовательные кадры (см. рис. 4.11) и обнаруживает на них близкие объекты по их смещению на фоне звезд порою всего за полчаса. Затем положение этих объектов компьютер сравнивает с рассчитанным на момент съемки положением всех уже известных объектов Солнечной системы и решает, новые это объекты или уже известные. В главе 4 мы узнали, как новые технологии ускорили обнаружение астероидов (см. рис. 4.10); в не меньшей степени ускорилось и обнаружение новых спутников планет (рис. 8.5).

Но не стоит думать, что поиск новых спутников планет уже стал рутинным занятием. О том, насколько это интересная и непростая «охота», можно судить по истории открытия двух первых внешних спутников Урана — Калибана и Сикораксы. Его совершили две группы астрономов: американцы Ф. Никольсон, Дж. Барнс, Б. Марсден, Г. Уильямс, У. Оффутт и их канадские коллеги Б. Глэдман и Дж. Кавелаарс. Используя 5–метровый рефлектор Паломарской обсерватории (США), они в сентябре 1997 г. обнаружили два небольших спутника Урана, удаленные от него значительно дальше, чем любой из уже известных тогда 15 спутников этой планеты.

Этого открытия ждали давно: ранее неоднократно предпринимались попытки найти далекие спутники Урана, чтобы доказать единство строения спутниковых систем у планет — гигантов. В результате пролета в 1979–1989 гг. зондов «Вояджер-1» и «Вояджер-2» мимо Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна выяснилось, что каждая из этих массивных планет окружена кольцом, в котором или рядом с которым движутся крохотные спутники, как правило, размером несколько десятков километров. Дальше от планеты движутся массивные спутники типа нашей Луны. А еще дальше планету сопровождают маленькие «неправильные» спутники. Их называют так за особенности орбит: если близкие к планете спутники движутся по круговым орбитам, лежащим в плоскости экватора планеты, то далекие спутники движутся по «неправильным» орбитам — заметно вытянутым и тяготеющим не к экватору планеты, а к плоскости ее орбиты. Так проявляет себя гравитационное влияние Солнца, которое на большом расстоянии от планеты уже сравнимо с ее собственным притяжением.

Исключение из этой стройной картины представлял тогда лишь Уран, лишенный, как казалось, неправильных спутников. Все его 15 лун, известных к сентябрю 1997 г., обитали сравнительно близко от планеты, обращаясь в плоскости ее экватора, которая, как известно, почти перпендикулярна плоскости орбиты планеты (часто в шутку говорят, что Уран «лежит на боку»). Но с обнаружением двух новых лун все стало на свои места: они оказались типичными неправильными спутниками. У них небольшой размер, порядка 100 км, и движутся они по весьма вытянутым орбитам, лежащим ближе к орбитальной плоскости планеты, чем к ее экватору. Ожидания астрономов, привыкших искать гармонию в строении Солнечной системы, подтвердились и на этот раз.

Однако возникает резонный вопрос: а почему эти спутники Урана не были открыты раньше? Действительно, интерес к их поиску возник давно, Паломарский 5–метровый телескоп работает уже полстолетия, чего же не хватало? А не хватало чувствительных электронных приемников света (ПЗС — матриц) и быстрых компьютеров для автоматического поиска движущихся объектов на оцифрованных изображениях. Только воспользовавшись этими приборами, сделавшими старый Паломарский телескоп значительно более зорким, астрономы смогли глубоко и детально несколько раз «прочесать» большую область вокруг Урана, угловой размер которой (20'×20') почти равен размеру лунного диска. На этой площади содержится бесчисленное количество слабых звезд и галактик, изображения которых в принципе ничем не отличаются от слабеньких пятнышек ожидавшихся спутников. Но среди всех этих «гор пустой породы» компьютер смог выделить те немногие изображения, которые за время между экспозициями (около 1 часа) чуть — чуть передвинулись среди звезд из‑за относительного движения Земли и Урана с семейством его спутников.

Но процесс открытия на этом не завершился, а только начался. Необходимо было подтвердить существование новых членов Солнечной системы, измерить их характеристики и определить орбиты. Пока орбита нового тела неизвестна и его положение нельзя предвычислить на несколько дней вперед, это тело вполне может быть потеряно (что уже неоднократно бывало в истории астрономии), например, из‑за нескольких дней плохой погоды, не позволяющей проводить наблюдения. Поэтому в работу немедленно были включены большие и средние телескопы разных обсерваторий — в Калифорнии и Нью — Мексико, на островах Гавайи и Пальма. Кроме этого были просмотрены все ранее полученные изображения области неба вокруг Урана в надежде отыскать на них следы новых спутников. Как всегда, они нашлись: не так уж трудно сделать находку, когда точно знаешь, где и что нужно искать. Но для авторов этих старых снимков, пытавшихся многие годы назад сделать свое открытие и «проморгавших» его, подобное известие прозвучало весьма драматически. Можно представить огорчение американского астронома Дейва Крукшенка, сделавшего в 1984 г. неудачную попытку фотографически обнаружить эти же спутники Урана, когда оказалось, что на его фотопластинках изображения спутников все же были зарегистрированы, но не опознаны.

Впрочем, в истории астрономии и это тоже происходит не впервые. Хрестоматийный пример — Галилео Галилей, «проморгавший» новую планету Нептун. Изучая движение открытых им в 1610 г. спутников Юпитера, Галилей систематически зарисовывал в своей рабочей тетради их положение на фоне неподвижных звезд. Как выяснили современные астрономы, в 1612 г. Галилей отметил положение неизвестной тогда планеты Нептун, приняв ее за одну из звезд. Лишь спустя два с лишним столетия Урбен Леверье открыл Нептун «на кончике пера», и по его указанию Галле и Д’Арре нашли новую планету на небе. Хорошо, что Галилей об этом уже не узнал — ведь он был честолюбив. Впрочем, его случайное наблюдение не пропало для науки: использовав не очень точное, но зато удаленное по времени положение Нептуна, отмеченное Галилеем, астрономы смогли построить высокоточную теорию движения этой планеты. Нашему современнику Дейву Крукшенку остается утешать себя примером Галилея: положение новых спутников Урана в 1984 г. помогло астрономам выяснить особенности движения этих любопытных объектов. Именно характер их движения даст возможность понять историю происхождения спутников, тесно связанную как с эволюцией Солнечной системы в целом, так и с формированием «микропланетной» системы Урана.

Эпоха «великих географических открытий» в Солнечной системе еще далека от завершения. Но уже сейчас приятно посмотреть на богатое семейство спутников планет. Если брать в расчет все спутники, принадлежащие большим планетам, карликовым планетам и астероидам, то в 2010 г. их насчитывалось около 340 с точно определенными орбитами. Еще порядка 150 мелких тел замечено в кольцах Сатурна, но их орбиты пока не определены. Как видим, с 1980 г. «множество лун» значительно возросло. Правда, за прошедшие 30 лет так и не были обнаружены спутники у Меркурия и Венеры, «не обзавелись» новыми спутниками Земля и Марс, а Плутон вообще был выведен из состава планет. Зато у четырех планет — гигантов вместо 41 теперь известно 165 спутников. Этим четырехкратным ростом в некоторой степени мы обязаны космонавтике (особенно зондам «Вояджер-2» и «Кассини»), но основная заслуга все же принадлежит наземной астрономии. Гигантские телескопы с адаптивной оптикой, а также космический «Хаббл» помогли обнаружить не только новые спутники планет, но и спутники карликовых планет — два новых у Плутона, два у Хаумеи и один у Эриды. К тому же более сотни спутников обнаружено у астероидов и около шестидесяти — у объектов за орбитой Нептуна.

Как видим, число спутников нарастает подобно лавине. По мере детального исследования колец вокруг планет — гигантов число спутников у этих планет вообще может превысить разумный предел. Дело в том, что до сих пор не проведена нижняя граница размера «спутника планеты», а кольца — это мириады камней всевозможного размера. Если не установить нижнюю границу размера тел, называемых спутниками, то каталоги спутников станут безразмерными.

Любопытно, что с похожей проблемой столкнулись в последние годы исследователи переменных звезд: чем выше точность фотометрических измерений, тем большее число звезд демонстрирует переменность блеска. Еще недавно несколько тысяч переменных звезд умещалось в одном каталоге, а после создания космических телескопов с большим полем зрения и высокой фотометрической точностью чуть ли не каждая звезда стала проявлять себя как переменная. Составители «Общего каталога переменных звезд» уже не в состоянии обрабатывать поступающий к ним гигантский поток данных. Такие же трудности грозят и исследователям спутников планет. Похоже, что в ближайшее время придется ввести новую категорию тел, более мелких, чем спутники, назвав ее, например, «околопланетный мусор» (более удачные названия принимаются).