180 лет назад, 23 сентября 1846 г., был открыт Нептун. Он стал первой планетой, чье местонахождение удалось установить с помощью теоретических вычислений – и лишь затем обнаружить в небе. «Ведомости» вспоминают, как Нептун стал последней планетой от Солнца, потерял этот статус, а потом вновь его вернул.
В ночном небе невооруженным глазом можно разглядеть только пять планет. Древние люди, следившие за звездами, знали о существовании Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна. Эти небесные тела поражали наблюдателей: в отличие от звезд, они перемещались по небосводу. Поэтому неудивительно, что их связывали с божественными силами. Именно за эту особенность их и стали называть «планетами» (от древнегреческого planētēs), то есть «странниками»,
На протяжении тысячелетий эти пять планет исчерпывали представления людей о масштабах Солнечной системы. Лишь в XVIII в. английский астроном Уильям Гершель с помощью телескопа открыл новую планету – Уран. При идеальных условиях и при наличии очень острого зрения ее можно увидеть и без приборов, хотя планета довольно тусклая и нужно точно знать, куда смотреть. До наступления Нового времени человечество нередко принимало Уран за звезду или комету.
У Нептуна даже такой возможности нет: разглядеть его можно только в телескоп. Сейчас астрономы сходятся во мнении, что наблюдение за этой планетой стало возможным уже после появления первых небольших устройств. Считается, что первым задокументировал ее в небе Галилео Галилей еще в 1612 и 1613 гг.
В 2009 г. физик Дэвид Джеймисон обнаружил в одном из блокнотов Галилея две записи о движении «фоновой звезды», отмеченной другими чернилами. Джеймисон предположил, что астроном отслеживал именно Нептун, хотя достоверно установить, занимался ли Галилей целенаправленными исследованиями этого объекта, не удалось.
Галилей так и не распознал в этом небесном теле планету, приняв его за звезду. Вероятно, причина в том, что Нептун перемещается очень медленно, а в тот момент она двигалась в противоположном направлению других планет (ретроградное движение) и поэтому казалась неподвижной. Нептун также наблюдали Жером Лаланд в 1795 г. и Джон Гершель в 1830 г., но и они не идентифицировали в нем новую планету Солнечной системы.
Поиски возможной новой планеты начались лишь в начале XIX в., и толчком к ним послужило открытие Урана. В 1821 г. были опубликованы астрономические таблицы, предсказывавшие положение Урана на орбите согласно законам гравитации Исаака Ньютона. Однако исследователи заметили расхождения: Уран то опережал расчетные позиции, то отставал от них, а иногда оказывался дальше от Солнца, чем следовало.
Ученые решили, что такое движение может быть связано с влиянием гравитации Солнца, ошибкой наблюдений или тем, что на его орбиту воздействует другое, еще не открытое небесное тело. Последнюю теорию высказал в 1821 г. французский астроном Алексис Бувар, изучавший Уран. Но само открытие удалось совершить лишь через несколько лет другому французскому математику и астроному: Урбен Леверье был среди тех ученых, кто склонялся к версии о том, что на движение Урана все же влияет другая планета.
К 1845 г. Уран совершил почти полный оборот вокруг Солнца. На основе данных о его движении Леверье математически рассчитал местонахождение гипотетического небесного тела. 31 августа 1846 г. он представил Французской академии наук предсказанное им положение новой планеты, а также параллельно послал письмо Иоганну Галле в Берлинскую обсерваторию, изложив свои выводы. Последний сразу же приступил к поискам. В ночь на 23 сентября он направил 9‑дюймовый рефракторный телескоп в нужную область неба и менее чем за час обнаружил планету – с точностью до 1 градуса от предсказанной позиции.
«Планета, положение которой вы указали, действительно существует. В тот же день, когда я получил ваше письмо, я обнаружил звезду восьмой величины, которая не была отмечена на карте <...> Наблюдение на следующий день подтвердило, что это была искомая планета», – написал Галле французскому математику.
Так Нептун стал первой планетой, открытой не путем наблюдений, а на основе математических расчетов. Многие теоретики были в восторге: с помощью одних только вычислений удалось предсказать существование небесного тела и дополнительно подтвердить справедливость законов Ньютона, сформулированных двумя столетиями ранее. Событие вызвало широкий общественный резонанс – ему посвятил стихотворение «Нептуну Леверье» русский поэт Афанасий Фет.
Правда, как нередко бывает в истории науки, Леверье был не единственным, кто пришел к этому открытию. Параллельно в сентябре 1845 г. английский студент Кембриджского университета Джон Куч Адамс, также искавший гипотетическую планету, рассчитал ее предположительное местонахождение и отправил свои расчеты в Кембриджскую обсерваторию Джону Чаллису. Но последний был настроен скептически, ему не удалось обнаружить Нептун.
Когда планету официально обнаружили, выяснилось, что расчеты Адамса в целом оказались верны, хотя и содержали погрешность примерно в 12 градусов. Позднее Чаллис сожалел, что не подошел к задаче серьёзнее. Он также вспомнил, что дважды наблюдал Нептун (8 и 12 августа), но не распознал его как планету из-за устаревшей звездной карты.
И хотя позднее во Франции и Англии ученые спорили о том, кто больше заслуживает звания называться первооткрывателем, сам Адамс признал приоритет Леверье. «Нет сомнений в том, что его исследования были впервые опубликованы для всего мира и привели к фактическому открытию планеты», – писал Адамс.
Впрочем, вклад Адамса не остался незамеченным для сообщества – в его честь названо одно из колец Нептуна. Еще два носят имена Леверье и Галле. Леверье также удостоился многочисленных наград, а в 1854 г. возглавил Парижскую обсерваторию. Ученый скончался 23 сентября 1877 г. – на его могиле на кладбище Монпарнас сейчас установлен памятник из камня в виде большой планеты, напоминающий о его заслугах в науке.
До открытия небесное тело называли «планетой за пределами Урана» или «заурановой планетой». Леверье предлагал дать ей свое имя. Он даже пытался создать прецедент, опубликовав в 1846 г. книгу об Уране, на обложке которой переименовал ее в «планету Гершеля» – в честь ученого, который ее открыл. Но такому подходу возмутились немецкие астрономы.
Также рассматривался вариант имени древнеримского божества «Янус», который, по одной из версий, считался демиургом, создавшим этот мир. Но это название отклонил сам Леверье, поскольку считал, что «имя Янус указывало бы, что эта планета есть последняя в Солнечной системе, но мы не имеем основания так думать».
Из-за яркого синего цвета планету предлагался вариант «Океан». Но в итоге Леверье предложил назвать ее Нептун – в честь римского бога морей, которое и стало общепринятым международным наименованием. Тем более, что остальные планеты также получили имена в честь героев античной мифологии.
Уже через пару недель после открытия у Нептуна обнаружили первый из его 16 спутников – Тритон. Правда, чтобы открыть второй, понадобилось более столетия: только в 1949 г. у планеты нашли еще одну луну, названную Нереидой. Все последующие спутники получали имена морских божеств и других сущностей, связанных с Нептуном.
Если Уран имеет схожий сине-зеленый оттенок из-за наличия метана в атмосфере, то Нептун отличается более насыщенным и ярким синим цветом. С поверхности Земли планета выглядит как безмятежная, но это спокойствие обманчиво.
На Нептуне довольно холодно: в верхних слоях температура достигает минус 200 градусов, хотя при этом ближе к центру она повышается. Несмотря на то, что планета находится в 30 раз дальше от Солнца, чем Земля, она излучает больше энергии, чем получает от светила.
Если бы человек оказался на Нептуне в полдень, он увидел бы лишь тусклые сумерки. Свет достигает планеты примерно за четыре часа. Полный оборот вокруг Солнца Нептун совершает за 165 земных лет – то есть со времени своего открытия он прошел полный круг лишь в 2011 г.
Для изучения дальних планет-гигантов NASA во второй половине XX в. запустило космический аппарат «Вояджер-2». 25 августа 1989 г. зонд пролетел мимо Нептуна. Это позволило исследовать планету с близкого расстояния и сделать несколько снимков, во многом изменивших наши представления о ней.
В честь этого события в Лаборатории реактивного движения NASA выступил Чак Берри, исполнивший свою песню «Johnny B. Goode», которую ранее нанесли на золотую пластинку «Вояджер‑2» с посланием внеземным цивилизациям, а на сцене вместе с ним станцевал астроном и популяризатор науки Карл Саган.
Зонду удалось обнаружить на Нептуне Большое Темное пятно – антициклон, схожий с тем, что можно наблюдать на Юпитере. Хотя по сравнению с последним, срок его жизни более короткий: судя по снимкам, в 1994 г. он уже исчез. Ему на смену пришел другой антициклон – Северное Большое Темное пятно. На Нептуне скорость ветров превышает даже скорость звука.
Кроме того, «Вояджер-2» нашел еще шесть лун, кольца и дуги у голубой планеты, а также полярные сияния. Сейчас ученые используют космические телескопы «Хаббл» и «Уэбб», а также наземные телескопы, чтобы собрать больше информации о Нептуне. Уже в XXI в. это позволило, в частности, открыть оставшиеся его спутники.
На протяжении почти ста лет Нептун оставался последней планетой от Солнца – дальше него ничего найти не удавалось. Это продолжалось вплоть до 1930 г., когда был открыт Плутон. В дальнейшем обнаружили и другие объекты, хотя они значительно меньше по размерам. Сейчас Эрида, Седна, Макемаке, Хаумеа и другие космические тела Солнечной системы носят скромное звание «транснептуновых объектов».
К счастью для Нептуна и к несчастью для Плутона, в 2006 г. Международный астрономический союз (IAU) впервые сформулировал официальное определение слова «планета». Плутон не подошел под новые критерии – его перевели в разряд «карликовых планет», а Нептун вновь стал крайней планетой от Солнца.
Впрочем, чуть ли не с момента открытия Нептуна некоторые ученые не теряли надежды найти еще одну – на этот раз полноценную девятую планету. Дело в том, что наличия одного лишь Нептуна с его предполагаемой массой не хватало, чтобы полностью объяснить движение Урана, который все еще немного отклонялся от расчетной орбиты. Также вопросы вызывает необычное скопление орбит группы так называемых «экстремальных транснептуновых объектов», находящихся на окраине Солнечной системы.
Еще в 1915 г. астроном и бизнесмен Персиваль Лоуэлл разработал гипотезу, согласно которой в Солнечной системе может существовать еще одна планета, возмущающая орбиту Урана. Гипотетическому небесному телу дали название «Планета X». Открытие Плутона не удовлетворило сторонников теории, поскольку он оказался слишком мал, чтобы влиять на Уран.
В январе 2016 г. астрономы Калифорнийского технологического института Константин Батыгин и Майкл Браун выдвинули гипотезу о существовании во внешней части Солнечной системы планеты, примерно примерно в 10 раз превышающей Землю по массе и в четыре раза по диаметру. Ее орбита могла проходить в 20 раз дальше от Солнца, чем Нептун, а полный оборот занял бы 10 000–20 000 лет.
Ученые дали гипотетическому объекту прозвище «Планета Девять», но доказательств ее существования пока не обнаружили. Сейчас ее ищут некоторые из самых мощных телескопов мира, в том числе, расположенные на Гавайях. NASA даже финансирует научно-исследовательский проект «Backyard Worlds: Planet 9» («Миры на заднем дворе: Планета Девять»), призывая обычных людей помочь астрономам в ее поисках.
В научном сообществе, однако, идут споры о том, существует ли она вообще. Некоторые ученые считают, что скопление орбит экстремальных транснептуновых объектов объясняется ошибками наблюдений. Тем более что после пролета «Вояджера‑2» мимо Нептуна в 1989 г. появились новые данные: выяснилось, что Нептун и Уран движутся именно так, как и следует ожидать.
Пока астрономы продолжают исследовать имеющуюся планету. Сейчас в планах несколько миссий к Нептуну, но они еще находятся на утверждении. В частности, в 2021 г. стало известно, что NASA рассматривает отправку миссии Neptune Odyssey, запуск которой предполагается в 2031–2033 гг. Ученые хотят больше узнать о происхождении ледяных гигантов и экзопланет на примере Нептуна, изучить его кольца и дуги, а также выяснить, существует ли под ледяной корой его спутника Тритона океан.
