Музыка сфер. Астрономия и математика
Шрифт:
Лондонское королевское общество профинансировало три путешествия: одно — на остров Святой Елены близ юго-западного побережья Африки, другое — в Ньюфаундленд, третье — в провинцию Бенкулу на острове Суматра. Последняя экспедиция по иронии судьбы также столкнулась с французским кораблём. В бою судно англичан было сильно повреждено, и капитан принял решение вернуться в порт. Со второй попытки участники экспедиции достигли мыса Доброй Надежды, но здесь им пришлось задержаться, так как провинция Бенкулу оказалась захвачена французами.
В проекте участвовали и испанские астрономы, которые вели наблюдения из Императорского колледжа в Мадриде и Обсерватории флота в Кадисе. Всего было проведено 120 наблюдений. По итогам анализа результатов астрономы получили различные значения параллакса Солнца: от 8,28'' до 10,60''. Причиной расхождений отчасти был упомянутый выше эффект чёрной капли, а также неточности при определении долготы мест наблюдений.
ЭКСПЕДИЦИИ ГИЙОМА ЛЕЖАНТИЛЯ
Гийом Лежантиль участвовал в двух наблюдениях транзита Венеры в 1761 и 1769 годах, организованных Французской академией наук. В первом случае он планировал произвести наблюдения в Пондишери — французском владении на юго-востоке Индии. Экспедиция Лежантиля отправилась из Бреста 26 марта 1760 года. У участников было достаточно времени, чтобы прибыть на место назначения и не спеша подготовиться к наблюдениям. Однако Лежантиля задержали в пути трудности, вызванные военными действиями между Францией и Англией, плохая погода и даже ураган. Когда экспедиция была уже у цели, стало известно, что Пондишери захвачен англичанами, и ничего не оставалось, кроме как повернуть назад. В конечном итоге Лежантиль провёл наблюдения, находясь в открытом море. Увы, они оказались бесполезными, так как точные координаты корабля были неизвестны. Разочарованный неудачей, Лежантиль решил не покидать регион и произвести наблюдения следующего транзита Венеры из Пондишери, куда на этот раз он прибыл за 14 месяцев до нужной даты. И вновь удача отвернулась от него: в день транзита небо было скрыто тучами.
Лежантиль вернулся во Францию в 1771 году, проведя на чужбине 11 лет, 6 месяцев и 13 дней, и обнаружил, что его объявили мёртвым, а наследники уже делили его имущество.
Чтобы вернуть себе принадлежащее по праву, Лежантиль потратил немало времени, денег и сил, и везде ему сопутствовали неудачи. Рассказывая о своём путешествии, он писал: «Такая судьба часто ждёт астрономов. Я преодолел почти десять тысяч лиг; я пересёк моря, покинув Отечество, только для того, чтобы стать наблюдателем злополучного облака, которое заслонило Солнце точно в момент моих наблюдений, и чтобы пожать плоды злоключений, выпавших на мою долю».
Астрономическое сообщество приложило все возможные усилия, чтобы результаты наблюдений транзита Венеры в 1769 году были более точными, чем в 1761-м. И эта задача была успешно решена. Англичане организовали три экспедиции, о двух из которых рассказывается в приложении. Французы снарядили ещё три: одну возглавил Лежантиль, который вновь столкнулся со множеством проблем, другую — Пингре, который отправился в Санто-Доминго и на этот раз добрался до цели без особых трудностей, третью — аббат Шапп, который отправился в Калифорнию в сопровождении двух испанских моряков. И англичане, и французы попросили у испанских властей разрешения произвести наблюдения на американских территориях. Разрешение испрашивали и предыдущие экспедиции, снаряжённые Лондонским королевским обществом и Французской академией наук для проведения геодезических измерений и определения формы Земли. Учёный и мореплаватель Хорхе Хуан, который участвовал в геодезической экспедиции, изложил испанским властям свою точку зрения и сделал недвусмысленные замечания:
«Причина рвения этих господ заключена в том, чтобы сделать насколько возможно следующее: не останется ни единого порта, укрепления, дороги, посёлка и пустыни, который они не обследуют, с которого не составят план и не сообщат о коем публично. Сие в высшей степени нежелательно (…)»
Таким образом, испанцы согласились содействовать лишь миссии Жана-Батиста Шаппа: его сопровождали испанские моряки Висенте Дос и Сальвадор Медина, которые везли с собой все необходимые инструменты, чтобы произвести наблюдения независимо от французов. Экспедиция отправилась в путь из Кадиса 21 декабря 1768 года. Преодолев Атлантический океан и мексиканские территории, 15 апреля участники достигли Тихоокеанского побережья. Затем они сели на корабли и направились в Калифорнию, однако встречные ветры сменялись штилями, и путешественники увидели калифорнийское побережье лишь 18 мая. Так как транзит Венеры ожидался 3 июня, Шапп настоял на высадке на берегу вблизи обители Сан-Хоседель-Кабо, что участники экспедиции и сделали несмотря на то, что район был опустошён эпидемией тифа. Страх пропустить прохождение Венеры был сильнее страха перед болезнью. Необходимые наблюдения провели, однако Шапп, Сальвадор Медина и большая часть команды умерли от тифа. Следует добавить, что за прохождением Венеры по диску Солнца следили и другие испанские астрономы из Кадиса, Мехико и города Санта-Ана в Калифорнии.
Если учитывать только опубликованные результаты наблюдения, то за прохождением Венеры по диску Солнца следил 151 астроном из 77 разных точек земного шара. Результат наблюдений был таков: параллакс Солнца заключён на интервале между 8,43 м и 8,80 м — достаточно точная цифра, учитывая эффект чёрной капли. В XIX веке, располагая куда более качественными методами обработки данных и более точными координатами обсерваторий, Саймон Ньюкомб на основе этих же результатов получил значение параллакса в 8,79 м, которое весьма близко к тому, что используется в наши дни.
Транзит Венеры по диску Солнца в XIX веке наблюдался в 1874 и 1882 годах. На этот раз астрономов интересовало определение расстояний не только между планетами Солнечной системы, но и до ближайших звёзд. Как мы уже упоминали, в 1838 году Фридрих Вильгельм Бессель впервые смог измерить параллакс звезды — это была звезда 61 Лебедя. К концу столетия были измерены параллаксы ещё 21 звезды. При расчётах за основу бралось расстояние между двумя противоположными точками земной орбиты, а наблюдения за выбранными звёздами производились с интервалом в 6 месяцев. Определить параллакс Солнца с максимально возможной точностью было крайне важно. При наблюдениях за прохождением Венеры ожидалось, что устранить эффект чёрной капли удастся с помощью фотографии, однако надежды астрономов не оправдались. Как бы то ни было, в 1874 году удалось получить достаточно точные результаты: по итогам измерений было определено, что параллакс Солнца лежит на интервале 8,79-8,83''. За прохождением Венеры в 1882 году следили не столь тщательно: чтобы существенно улучшить прежний результат, требовались новые методы, в то время недоступные.
Сегодня для определения расстояний между небесными телами результаты прошлых наблюдений астрономических транзитов не представляют ценности. Однако поиск внесолнечных планет ведётся по точно такой же схеме.
Транзиты внесолнечных планет
Наблюдение за астрономическими транзитами — один из способов обнаружить новые планеты в различных планетных системах. 6 октября 1995 года Мишель Майор и Дидье Кело из Женевской обсерватории объявили об открытии первой экзопланеты — 51 Пегаса b. Целью учёных был поиск планет, схожих с нашей, где могут существовать те же условия для возникновения жизни, что и на Земле. В этом смысле открытие первой экзопланеты не принесло ожидаемых результатов: период её обращения составлял 4,2 дня, а масса была примерно в 2 раза меньше массы Юпитера.
Новая планета представляла собой «очень горячий Юпитер, вращавшийся вокруг звезды по орбите меньшей, чем орбита Меркурия». Следовательно, температура и климат на планете были неблагоприятными для возникновения жизни. С тех пор пройден долгий путь и открыты сотни экзопланет в сотнях планетных систем, находящихся в самых разных частях Вселенной. Большинство этих планет достаточно массивны, и, по всей видимости, их планетные системы не слишком схожи с нашей.
Возможно, это связано с тем, что методы, используемые для обнаружения экзопланет, позволяют увидеть только наиболее массивные тела. При поисках экзопланет используются четыре метода:
1) фотографирование планеты и звезды;
2) наблюдение за движением планеты;
3) определение изменений радиальной скорости звезды, вызванных присутствием планеты;
4) изменение блеска звезды, вызванное прохождением перед ней планеты.
Первые три метода позволяют обнаружить лишь достаточно массивные тела, подобные Юпитеру, а последний метод можно применить для обнаружения планет, по размерам сопоставимых с Землёй. Когда планета проходит по диску звезды, видимая яркость звезды снижается, а на её кривой блеска чётко виден момент прохождения планеты. Этот метод доступен даже астрономам-любителям, но его основной недостаток заключается в том, что так можно обнаружить только те планеты, плоскость орбиты которых расположена примерно под тем же углом, что и плоскость орбиты Земли. Вспомните — прохождение Венеры по диску Солнца можно наблюдать только в те периоды, когда Венера и Земля находятся вблизи линии узлов.
Кроме того, отклонение кривой блеска может длиться всего несколько часов, из-за этого вероятность обнаружить планету, подобную Земле, значительно сокращается.
И всё же этот метод вызывает особый интерес астрономов.
Изменения кривой блеска звезды, вызванные прохождением экзопланеты перед ней.
Вероятность обнаружить планету, расположенную на расстоянии в одну астрономическую единицу (1 а.е.) от звезды, равна 0,5 %. Иными словами, если на расстоянии 1 а.е. от каждой звезды находится планета, то мы увидим один астрономический транзит, если будем вести наблюдения за 200 звёздами. Если же подобные планеты имеются всего в 10 % планетных систем, то для обнаружения 5 планет нам потребуется вести наблюдения примерно за 10 тысячами звёзд.