Но и боги-мужчины тоже проблему не решили. Запас их тоже скоро иссяк, нужно было срочно "опускаться с неба на Землю". Тем более, что опыт уже был.
Еще на заре охоты за астероидами, в 1850 году, английский астроном Д. Хинд астероиду .Ма 12 дал имя английской королевы Виктории. Представляете, в какое неловкое положение он поставил чопорное общество туманного Альбиона? С одной стороны - нарушение святая святых Ее Величества Традиции, с другой - нарушение во славу Ее Величества Королевы, здравствующей и процветающей. Откуда было знать Хинду, что правление Виктории замкнет Ганноверскую королевскую династию, состоявшую из четырех королей Георгов, одного Вильгельма и самой Виктории (1814-1901). Тем более, что сама королева, по-видимому, готова была смотреть на факт нарушения традиции сквозь пальцы. В итоге победили реалии: традиция все-таки вещь формальная, некоторые отклонения ей особенно не повредят, а вот самолюбию королевы весьма польстит вознесение ее имени на небо.
Кроме того, в распоряжении Хинда имелся еще один козырь. В римской мифологии Викторией звалась богиня победы. Таким образом, наиболее консервативные поборники непоколебимости традиций могли в душе считать, что на самом-то деле никакого нарушения традиции не произошло. Тем более, что следующий, тринадцатый по счету астероид получил имя богини Эгерии.
последние десятилетия, назывались именами крупных ученых, писателей, общественных деятелей. Среди них Гагарин, Королев, Высоцкий и многие другие. Некоторые первооткрыватели посвящают открытые астероиды своим близким.-Например, существует астероид Витя.
Иногда с большим трудом открытые астероиды вдруг терялись. Их не удавалось обнаружить в течение многих лет. Наблюдалась и обратная картина: 5-6 астероидов, открытых в разное время, на самом деле оказывались одним и тем же объектом.
Вы, коиечпо, понимаете, что такого рода казусы происходят из-за очень малого блеска большинства астероидов. Мало того, что их очень трудно отыскать среди множества звезд, но и провести соответствующие измерения координат и по ним вычислить орбиты - тоже труд каторжный. За кажущейся простотой охоты за астероидами скрываются не только радость победы, но и зачастую горечь разочарования и ошибок. Впрочем, никакой вид творчества от этого не застрахован. Много могли бы рассказать по этому поводу наши известные энтузиасты п тонкие сдециалисты "астероидного дела" ленинградский астрономы Николай Степанович Черных и Людмила Ивановна Черных. Их деятельность неразрывно связана с Крымской астрофизической обсерваторией АН СССР, где они проводят свои наблюдения.
Белые вороны
' Ну, так, все это хорошо, а где же Икар? Где этот возмутитель спокойствия, угрожавший нашему благополучию? И, кстати, каким это образом астероид, "живущий" в пространстве между орбитами Марса и Юпитера, йог угрожать столкновением с Землей? Земля не может проникнуть в пояс астероидов, а астероиды не выходят эа -пределы орбиты Марса. В чем же дело?
Действительно, подавляющее большинство астероидов "прописааьт" на своей "исконной" территории. Однако еще в 1873 году был открыт астероид Аэрта. Когда астрономы вычислили его орбиту, они были поражены результатами. Оказалось, что ее перигелий находился внутри орбиты Марса. Это значит, что часть орбиты Аэрты "выбралась" из пояса астероидов. Но ведь этого не может быть. По-видимому, в расчетах была допущена ошибка. Хорошо бы еще раз провести как можно более
8П
тщательные наблюдения, пересчитать орбиту и восстановить истину. Иначе рушится вся картина.
Действительно, в пространстве между Марсом и Юпитером в течение целых тысячелетий никто не видел никаких планет. И вот согласно эмпирической формуле Тициуса - Боде именно в этом пространстве должна быть планета. Ее ищут и - о, чудо - находят) Ну, прямо детективная история] Однако планета очень мала. Разочарование? Ни в коем случае, оказывается, небесных малюток очень много. Просто новый поворот детективного сюжета. Малые планеты сыплются на алтарь науки, как 113 рога изобилия. И все они "днюют и ночуют" в поясе астероидов. Конечно, все это загадочно, но мы уже начинаем к этой загадке привыкать. И вдруг эта Аэрта с ее аномальной орбитой. Нет, конечно, здесь что-то не так. Скорее всего, просто ошибка. Надо побыстрее ее устранить и не отвлекаться на фантазии.
Но детектив есть детектив. Его повороты непредсказуемы. Аэрту пронаблюдать второй раз не удалось. Астероид был потерян. Надо же, какое невезенье! А ведь так всегда хочется довести дело до логического конца, чтобы даже в мыслях к нему не возвращаться. Казалось бы, чего проще: тщательно провели наблюдение, как можно точнее определили необходимые данные и вычислили орбиту. Орбиту, которая заняла бы свое законное место. Но, вот - не судьба.
Досадная загадка астероида Аэрты всплыла лишь через 50 лет, когда ее обнаружили вновь. Ну, наконец-то1 Однако орбита, вычисленная теперь, не отличалась от той, которая была рассчитана полвека назад.
Но к этому времени Аэрта была уже не единственной "белой вороной". Было установлено, что у нескольких ее собратьев орбиты заходили внутрь орбиты Марса. Значит, все-таки новый поворот в детективном сюжете. И сразу множество вопросов. Что делают эти "паломники" вдали от своей "общины"? Что заставило их уединиться? Имеют ли они генетическую связь с поясом астероидов или это представители из "красной небесной книги" ? Ведь если это не исключение, а правило, то какой-нибудь лихой путешественник и до орбиты Земли доберется.
Действительно, в 1898 году был обнаружен очень слабый объект, перемещавшийся среди звезд значительно быстрее, чем любой ранее обнаруженный астероид. Расчеты показали, что диаметр астероида не превышает
25 километров, а сам он движется на расстоянии около 22 миллионов километров от Земли!
Напомним, что Марс приближается к Земле в эпохп великих противостояний на 55 миллионов километров. Значит, "нормальные" астероиды всегда должны располагаться значительно дальше. А этот малыш подобрался
почти в три раза ближе к Земле. Когда вычислили его орбиту, оказалось, что он вообще "бездомный" - афелий его орбиты даже не достигал кольца астероидов, а перигелий приближался к орбите Земли. Таинственный объект получил имя Эрос.
Новый детективный персонаж вошел в историю в 1911 году. Был открыт астероид Альберт, подходивший к орбите Земли почти так же близко, как и Эрос, но при этом его афелий находился на 180 миллионов километров дальше, там кольцо астероидов!
После этого странные астероиды стали "попадаться^ не очень часто, но достаточно регулярно.
В 1949 году был открыт, наконец, Икар. Номер этого астероида 1566. В своем кругосветном вояже он всякий раз-настолько близко подходит к Солнцу, что проникает внутрь орбиты Меркурия! К Солнцу Икар приближается на расстояние в 28,5 миллионов километров. Его поверхность на солнечной стороне раскаляется до такой степени, что, будь на ней цинковые или свинцовые горы, они растеклись бы расплавленными ручьями. Температура поверхности Икара превышает 600 °С1
Посмотрите на рис. 3, где изображена орбита Икара. В период между 1949 и 1968 годами Икар подошел близко к Меркурию, который своим гравитациопным полем чуть-чуть изменил орбиту прыткого астероида. Расчеты австралийских астрономов показали, что это "чуть-чуть" может надолго запомниться обитателям Земли: при следующем сближении Икара с нашей планетой в 1968 году
он рухнет в Индийский океан в районе африканского по-бережья1 Ни много ни мало!
За год до предполагаемой "катастрофы" автор этих строк находился в командировке в Республике Сомали (то самое восточное побережье Африки) и имел возможность познакомиться с широкой "икаровой" прессой различных африканских стран. Так, один итальянский журналист сокрушался но поводу судьбы морского космодрома Италии под названием Сан-Марко, размещенного в Индийском океане в нескольких километрах от побережья Кении. Этот плавучий космодром только-только начал функционировать...
Впрочем, повод для беспокойства был не только у итальянского журналиста. Перспектива "купания" Икара в Индийском океане многих и менее экспансивных людей не оставляла равнодушными. Ведь Икар - крошка по астрономическим меркам, а результат его визита в масштабах наших представлений был бы эквивалентен по мощности взрыву около 1000 водородных бомб! Вообразите теперь состояние некоторых читателей, которых их любимые газеты развлекали такого рода оценками.
Сенсационные результаты австралийских коллег перепроверили советский астроном Н. А, Беляев и американец С. Херрик, после чего человечество успокоилось. Оказывается, Икар действительно тесно должен сблизиться с Землей. Но эта теснота сугубо астрономическая. В момент максимального сближения оба небесных тела будут разделены "всего лишь" 6 миллионами 360 тысячами километров. А у астрономов 6 миллионов километров - не расстояние!
14 июня 1968 года в 22 часа 30 минут по московскому времени Икар действительно прошел мимо Земли, как было предсказано. Его даже наблюдали астрономы-любители с помощью небольших любительских телескопов, благо двигался он в это время на фоне знакомых звезд Большой и Малой Медведиц. Сегодня каждый из вас, найдя на небе эти созвездия, может представить себе, как маленький космический "прыщик" 11-й звездной величины катился по небу, ехидно подмигивая царям природы! Кстати, понтонный космодром Сан-Марко по сей день исправно функционирует. С него регулярно отправляются в космос на работу итальянские, английские и небольшие американские спутники...
Эхо Троянской войны
Но вернемся на 85 лет назад. В 1904 году был открыт еще один необычайный астероид, названный Ахиллом. Поражала его орбита, практически совпадающая с орбитой небесного гиганта - планеты Юпитера. Разумеется, Ахилл не был в дальнейшем обделен вниманием исследователей. Ведь без ответа оставался вопрос: что заставило Ахилла покинуть родной пояс астероидов (если, конечно, местом его рождения действительно был пояс астероидов) и переселиться так далеко, и не куда-нибудь, а именно на орбиту Юпитера?
Со временем ситуация обострилась. Были открыты еще около 20 астероидов, также облюбовавших для постоянного жительства орбиту Юпитера. При этом выяснилось, что таинственные переселенцы живут там двумя обособленными колониями. Астероиды первой колонии, в число которых входит и Ахилл, движутся впереди Юпитера, как бы составляя авангард его охраны. Члепы второй колонии следуют позади "владыки", замыкая небесный кортеж.
Обе группы были названы "троянцами" в честь участников знаменитой Троянской войны, описанной Гомером в бессмертной "Илиаде". Древний город Троя, раскинувшийся на территории современной Турции, был обнесен могучей стеной и представлял собой неприступную крепость. Десят лет ахейский царь Агамемнон пытался завоевать Трою. Длительная осада Великого города не приносила успеха. Город не сдавался. Его невозможно было взять силой) решили попробовать хитростью.
Агамемнон собрал самых талантливых мастеровых среди своих подданных и приказал им построить огромного деревянного коня на колесах. Внутри этой необычной игрушки- были оборудованы специальные ниши, в которых разместились греческие воины. Ночью греки подкатили коня к воротам Трои.
Когда первые лучи утреннего солнца позолотили небо, осажденные пришли в изумление. Прямо против ворот стоял гигантский конь, и прохладный ветерок ласково трепал его искусственную гриву. Постарались греческие мастера. Красавец-конь вызвал немало толков в осажденном городе. Целый день толпились люди на крепостных стенах, изнемогая от любопытства. Разведчики, высланные командованием, подтвердили первое впечатление о необычайном сооружении: уникальный конь - произве-м<
дение искусства, созданное из дерева, дорогих тканей с тонкими красками, одухотворенное талантом художников и выдающихся мастеров. Военного значения не имеет, скорее всего, это дар Агамемнона героической Трое.
Решено было дар принять. Так гигантский конь оказался в самом сердце Трои, на городской площади. Нескончаемым потоком до самой темноты ходили вокруг него восхищенные троянцы. Наконец город затих. Троя видела свой последний сон. Глубокой ночью гигантское чрево коня распахнулось, и сорок десантников, перебив охрану, отомкнули ворота и впустили в город греческих завоевателей. Троя бь'ла разрушена...
Вот такая сказочная, хотя и печальная история. А может, и не история вовсе, а выдумка. Может быть, не было никакого Троянского коня, да и самой Трои никогда не было? Мало ли что можно придумать.
Но вот в 1870 году при раскопках холма Госсарльтк немецкий археолог Генрих Шлиман обнаружил древнюю Трою. Исследования показали, что около 1260 года до н. э. Троя находилась в продолжительной осаде и в конце концов была разрушена до основания. Так что великий Гомер познакомил нас с историческим фактом...
Но вернемся к астероидам. Группа Ахилла, в которую входят астероиды Агамемнон, Аякс, Гектор, Диомед, Нестор, Одиссей и другие "греки", так и названа "греками". Вторая группа с Анхизом, Патроклом, Приамом, Энеем и множеством других названа "троянцами".
Взгляните на рис. 4. Не правда ли, изящная каргин-ка? Б центре Солнце, вокруг него орбиты Марса п Юпитера, и ровно па 60° по ту и другую сторону от самого Юпитера расположились два "враждующих" лагеря. Вот такой вереницей "греки" - Юпитер - "троянцы" и движутся по одной и той же орбите вокруг Солнца. При этом Юпитер выполняет великую миротворческую миссию, не давая сблизиться двум "армиям" и затеять повторную истребительную "Троянскую войну".
Шутки шутками, а удивительная правильность небесного ромба (рис. 4) просто поражает! Какая тонкая закономерность лежит в основе этой геометрии? Доступна ли она нашему пониманию? Ведь посмотрите, и "греки" и "троянцы" находятся в вершинах двух правильных треугольников. Почему?
В начале XVII века немецкий астроном Иоганн Кеплер установил три закона движения планет, носящие его имя. Формулировка их удивительно проста и лаконична:
1) каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце;
2) радиус-вектор планеты п равные промежутки времени описывает равновеликие площади;
3) квадраты времен обращения планеты вокруг Солнца (квадраты периодов) относятся как кубы больших полуосей орбит.
Фундаментальная глубина этих законов была до конца понята на основе закона всемирного тяготения, открытого Исааком Ньютоном.
Внешняя простота законов Кеплера была обусловлена тем, что опи описывали взаимодействие только двух тел, а именно Солнца и планеты, без учета влияния остальных тел Солнечной системы, поскольку это влияние для таких случаев чрезвычайно мало.
Однако если рассматривать движение астероида вокруг Солнца, то может оказаться, что влияние таких "важных лиц" Солнечной системы, как гигант Юпитер, окажется существенным. В таком случае для описания движения астероида необходимо рассматривать взаимодействие трех тел: Солнца, Юпитера а астероида. В не
nff
бесной механике подобное рассмотрение называется решением задачи трех тел.
Еще за полвека до открытия первого астероида французский астроном Жозеф Лагранж исследовал некоторые особые варианты задачи трех тел, в частности Солнца, планеты и малого тела. Ему удалось выявить поразительную закономерность, а именно: в системе трех тел, связанных друг с другом силами тяготения, существуют пять точек, в которых силы, действующие на малое тело, уравновешиваются.
Может ли такая закономерность быть справедливой для случая астероидов? Может. Из исследования Лаграп-жа вытекает, что если первое тело имеет крошечную массу по сравнению с массами двух других тел, а масса второго меньше 0,04 массы третьего тела, то все они будут вращаться вокруг общего центра масс, и при этом их расположение друг относительно друга останется неизменным. Это условие в нашем случае соблюдается с избытком: массы астероидов ничтожны по сравнению с массами планет, а масса Юпитера составляет 0,001 массы Солнца.
Итак, "троянцы" находятся в двух из пяти лаграпжс-вых точек, Li и L^ являясь вершинами равносторонних треугольников, у которых в двух остальных вершинах расположены Солнце и Юпитер. Каждая сторона этих гигантских треугольников составляет 5,2 астрономические единицы или 78С^миллионов километров!
С Земли удается наблюдать лишь самые крупные астероиды этих групп, размеры которых несколько больше 100 километров, подавляющая же их часть - это многочисленные мелкие астероиды, не доступпыо наблюдениям.
История открытия "трояпцев" и объяснения их биографии просто восхитительна! Вы уже не раз имели возможность убедиться, как трудно обнаружить астероиды. И тем но менее наблюдательным путем удалось выявишь эти в общем-то экзотические группы астероидов, и пе просто выявить, но еще и теоретически обосновать закономерность существования таких групп. А ведь сам Лаг-ранж, получивший свое решение задачи трех тел, не верил в его реализацию в природе. Он получил эстетическое наслаждение от самого процесса творчества, от красоты решения, как он полагал, чисто математической идеализированной задачи. Но поистине, ни одно красивое творение не бывает бесполезным!
Небесные правила "уличного" движения
Когда было определено достаточно мпого орбит астероидов, выявилась следующая загадочная закономерность. Оказывается, пространство в поясе астероидов заполнено веществом неравномерно. Взгляните на рис. 5. На нем видны области сгущения, концентрации орбит (темные кольца) и области разрежения, в которых
астероиды отсутствуют. Поразительно, но астероиды по какой-то дричине избегают этих областей)
Впервые эти "запретные зоны" обнаружил американский учеяыи Джон Кирквуд, поэтому они называются люками или окнами Кирквуда. Что же явилось причиной такой избирательной политики в заселении пояса астероидов? Неужели опять Юпитер? Представьте себе - опять он. Своим гравитационным нритяжеаием он "раз
9.я
решает" движение астероидов только в определенных областях пространства. Прямо небесные правила уличного движения! И надо сказать, очень жесткие.
Люки Кирквуда можно проиллюстрировать с помощью диаграммы. Для этого введем новое понятие - среднесуточное движение.
В общем-то лишь ничтожная часть астероидов имеет вытянутые или, как их еще называют, аномальные орбиты (Икар, Аэрта, Альберт и др.). Большинство же астероидов подобно планетам обладают орбитами почти круговыми. Время, за которое небесное тело делает один оборот вокруг Солнца, называется периодом обращения. При этом оно описывает полную окружность, содержащую, как известно, 360°, или более миллиона угловых секунд (1,296-Ю"").
А что такое среднесуточное движение? Это расстояние в угловых единицах, которое проходит планета на небосводе за одни сутки. Поскольку период обращения Земли вокруг Солнца составляет в среднем 365,25 суток, средне
суточное движение Земли будет равно 1,296-10"" : 365,25== -3548".
Период обращения Юпитера равен 11,80 земных лет, т. е. один оборот вокруг Солнца он делает за 365,25Х XII,86=4331,865 земных суток, и, следовательно, среднесуточное движение Юпитера составляет 1,296-10" ': 14331,865-299^.
Легко сообразить, что среднесуточное движение любого небесного тела можно получить при делении 3548^ на период обращения этого тела, выраженного в земных
годах. Для Юпитера оно равно 8548" :11,86 == 299". Период обращения Марса составляет 1,88 земного года, и, следовательно, его среднесуточное движение равно 3548": 1,88" 1887".
Таким образом, чем короче период обращения тела, тем больше его среднесуточное движение, и наоборот.
Взгляните на рис. 6. В месте, соответствующем значению среднесуточного движения Юпитера 300", расположилась группа "троянцев". Кстати, для краткости среднесуточное движение обозначим символом п. Так вот, в следующем интервале п от 300" до 400" астероиды отсутствуют. Затем в месте, чуть большем 400", находится один-единственный астероид Туле. И вновь "провал" до значения п== 450", где 15 астероидов составляют обособленную группу Гильды. Давайте найдем отношение среднесуточного движения
яп
Гильды пг к среднесуточному движению Юпитера Дю:
п^пю == 450"/300" = 3 : 2,
т. е. за то время, когда Юпитер сделает два оборота вокруг Солнца, группа Гильды успевает сделать ровно три.
Из рис. 6 видпо, что в точках при значениях п= 600", 750", 900", в которых отношения п к п-ю составляют соответственно 2:1, 5:2, 3:1, астероидов практически нет. Могучий Юпитер за время существования пояса астероидов "снял" астероиды с этих "запрещенных" орбит и "пересадил" на другие, более устойчивые.
Поразительно, что Кирквуд открыл люки еще в 1866 году, когда были известны всего лишь 88 астероидов. За сто с лишним лет после этого были обнаружены тысячи новых астероидов, но закономерность, установленная Кирквудом, сохранилась.
В тех случаях, когда значения среднесуточных движений небесных тел относятся друг к другу как простые целые числа, например 2 : 3, 1 :2и т. д., их орбиты называются соизмеримыми. Оказывается, в Солнечной системе наблюдается большое количество таких соизмеримостей. Например, значения среднесуточных движений Юпитера и Сатурна относятся как 2:5, Плутона и Нептуна - как 3:2.
Расположение астероидных люков регламентируется Юпитером - ближайшей планетой-гигантом. А вот, любопытно, какие порядки установлены в пространстве между орбитами двух планет-гигантов - Юпитера и Сатурна?
Представим себе, что в этой области тоже образовался пояс астероидов, причем все члены пояса равноправны и равномерно распределены в указанном пространстве. Какова была бы судьба такого пояса? Оказывается, в очень короткий срок разыгралась бы космическая драма. Планеты-гиганты, "не договорившись" между собой) выбросили бы 85% всех астероидов из общей зоны своего влияния уже за 6000 лет1 Срок по астрономическим меркам чудовищно короткий.
Могли бы сохраниться лишь две группы астероидов, расположенных на расстояниях от Солнца 6,8 и 7,5 астрономической единицы. Первая группа соответствует соиз-моримостям среднесуточных движений Юпитера и Сатурна, т. е. 3 :2и3: 5, а вторая - соизмеримостям 7 : 4 и 7: 10. В данном случае эти соизмеримости соответствуют устойчивым орбитам астероидов, сумевших удовлетворить "амбициям" и Юпитера, и Сатурна,
его орбиту, "играя" между собой в пинг-понг Сначала Венера делится с астероидом энергией, улучшая соизмеримость с Землей, затем Земля возвращает долг вс/ктщ-вости, улучшая соизмеримость с Венерой.
Мало того, исследования привели к следующему поразительному выводу: если бы в пространстве между орбитами Юпитера и Сатур^а существовали астероиды с массами Земли, Марса или Венеры, то всего через несколько тысяч лет (1) они были бы выброшены за пределы этого пространства. Вот какие гигантские возможности таят в себе большие планеты. Именно они формируют стратегию сущестьования более мелких тел Солнечной системы.
41 год назад был открыт астероид Торо, и с тех пор после каждого очередного успешного наблюдения он обрастал массой удивительных подробностей. В 1972 году было обнаружено, что Земля, Венера и Торо "небезразличны" друг другу, поскольку астероид близко подходит к обеим планетам. Перигелий его орбиты располагается между орбитами Земли и Венеры, а афелий чуть дальше орбиты Марса.
Размеры орбит Торо, Венеры и Земли таковы, что за то время, пока астероид сделает 5 оборотов вокруг Солнца, наша планета их сделает 8, а Венера ~ целых 13. Соизмеримости 5:8 движения Торо с движением Земли должно было бы соответствовать среднесуточное движение га = 2217,62^, а соизмеримости с движением Венеры 5 : 13 - га=2218,3-Г.
Однако величина п у Торо меняется за 100 лет от 2315,0^ до 2222,0^. Оказывается, планеты раскачивают 'лп
Посмотрите, какие удивительные кружева рисует природа, если траекторию астероида спроецировать на плоскость эклиптики в системе координат, вращающейся с Землей вокруг Солнца! Подобный же небесный орнамент был бы виден, если бы мы воспользовались другой системой координат, вращающейся вокруг Солнца уже с Венерой (рис. 7).
Удивительному астероиду посвятил поэтические строки А. В. Бялко - автор известной вам книги "Наша планета-Земля" (М.: Наука, 1989.-Библиотечка "Квант", вып. 29) *): Автограф Торо строг и строен И пятикратно повторен, Эскорт планет проходит строем Простор времен.
*) Советуем также познакомиться со статьей: Бялко А В Торные тропы Торо.Квант, 1983, № 12, с. 20,
Не могу удержаться, чтобы не обратить ваше внима" ние на еще один пример изящной соизмеримости. Это кольца Сатурпа.
На заре исследований столь уникальной системы всерьез рассматривался вопрос о том, что кольца - это твердые тонкие диски или даже жидкие образования. Однако вскоре было теоретически доказано, что и в том и другом случаях кольца не могли бы долго существовать. Их в очень корогкоо время разрушили бы сильные гравитационные возмущения) порожденные экваториальной частью планеты. В конце концов тонкие спектральные наблюдения колец с Земли показали, что вокруг
Сатурна движутся скопления огромного множества мельчайших тел, причем каждое тело - по своей индивидуальной орбите. Вот такой своеобразный пояс "астероидов" принадлежит лично Сатурну. Эти выводы получили блестящее подтверждение после полетов вблизи Сатурна космических аппаратов "Пиоыер-11" и "Вояджер-1".
Еще на заре охоты за астероидами, в 1850 году, английский астроном Д. Хинд астероиду .Ма 12 дал имя английской королевы Виктории. Представляете, в какое неловкое положение он поставил чопорное общество туманного Альбиона? С одной стороны - нарушение святая святых Ее Величества Традиции, с другой - нарушение во славу Ее Величества Королевы, здравствующей и процветающей. Откуда было знать Хинду, что правление Виктории замкнет Ганноверскую королевскую династию, состоявшую из четырех королей Георгов, одного Вильгельма и самой Виктории (1814-1901). Тем более, что сама королева, по-видимому, готова была смотреть на факт нарушения традиции сквозь пальцы. В итоге победили реалии: традиция все-таки вещь формальная, некоторые отклонения ей особенно не повредят, а вот самолюбию королевы весьма польстит вознесение ее имени на небо.
Кроме того, в распоряжении Хинда имелся еще один козырь. В римской мифологии Викторией звалась богиня победы. Таким образом, наиболее консервативные поборники непоколебимости традиций могли в душе считать, что на самом-то деле никакого нарушения традиции не произошло. Тем более, что следующий, тринадцатый по счету астероид получил имя богини Эгерии.
последние десятилетия, назывались именами крупных ученых, писателей, общественных деятелей. Среди них Гагарин, Королев, Высоцкий и многие другие. Некоторые первооткрыватели посвящают открытые астероиды своим близким.-Например, существует астероид Витя.
Иногда с большим трудом открытые астероиды вдруг терялись. Их не удавалось обнаружить в течение многих лет. Наблюдалась и обратная картина: 5-6 астероидов, открытых в разное время, на самом деле оказывались одним и тем же объектом.
Вы, коиечпо, понимаете, что такого рода казусы происходят из-за очень малого блеска большинства астероидов. Мало того, что их очень трудно отыскать среди множества звезд, но и провести соответствующие измерения координат и по ним вычислить орбиты - тоже труд каторжный. За кажущейся простотой охоты за астероидами скрываются не только радость победы, но и зачастую горечь разочарования и ошибок. Впрочем, никакой вид творчества от этого не застрахован. Много могли бы рассказать по этому поводу наши известные энтузиасты п тонкие сдециалисты "астероидного дела" ленинградский астрономы Николай Степанович Черных и Людмила Ивановна Черных. Их деятельность неразрывно связана с Крымской астрофизической обсерваторией АН СССР, где они проводят свои наблюдения.
Белые вороны
' Ну, так, все это хорошо, а где же Икар? Где этот возмутитель спокойствия, угрожавший нашему благополучию? И, кстати, каким это образом астероид, "живущий" в пространстве между орбитами Марса и Юпитера, йог угрожать столкновением с Землей? Земля не может проникнуть в пояс астероидов, а астероиды не выходят эа -пределы орбиты Марса. В чем же дело?
Действительно, подавляющее большинство астероидов "прописааьт" на своей "исконной" территории. Однако еще в 1873 году был открыт астероид Аэрта. Когда астрономы вычислили его орбиту, они были поражены результатами. Оказалось, что ее перигелий находился внутри орбиты Марса. Это значит, что часть орбиты Аэрты "выбралась" из пояса астероидов. Но ведь этого не может быть. По-видимому, в расчетах была допущена ошибка. Хорошо бы еще раз провести как можно более
8П
тщательные наблюдения, пересчитать орбиту и восстановить истину. Иначе рушится вся картина.
Действительно, в пространстве между Марсом и Юпитером в течение целых тысячелетий никто не видел никаких планет. И вот согласно эмпирической формуле Тициуса - Боде именно в этом пространстве должна быть планета. Ее ищут и - о, чудо - находят) Ну, прямо детективная история] Однако планета очень мала. Разочарование? Ни в коем случае, оказывается, небесных малюток очень много. Просто новый поворот детективного сюжета. Малые планеты сыплются на алтарь науки, как 113 рога изобилия. И все они "днюют и ночуют" в поясе астероидов. Конечно, все это загадочно, но мы уже начинаем к этой загадке привыкать. И вдруг эта Аэрта с ее аномальной орбитой. Нет, конечно, здесь что-то не так. Скорее всего, просто ошибка. Надо побыстрее ее устранить и не отвлекаться на фантазии.
Но детектив есть детектив. Его повороты непредсказуемы. Аэрту пронаблюдать второй раз не удалось. Астероид был потерян. Надо же, какое невезенье! А ведь так всегда хочется довести дело до логического конца, чтобы даже в мыслях к нему не возвращаться. Казалось бы, чего проще: тщательно провели наблюдение, как можно точнее определили необходимые данные и вычислили орбиту. Орбиту, которая заняла бы свое законное место. Но, вот - не судьба.
Досадная загадка астероида Аэрты всплыла лишь через 50 лет, когда ее обнаружили вновь. Ну, наконец-то1 Однако орбита, вычисленная теперь, не отличалась от той, которая была рассчитана полвека назад.
Но к этому времени Аэрта была уже не единственной "белой вороной". Было установлено, что у нескольких ее собратьев орбиты заходили внутрь орбиты Марса. Значит, все-таки новый поворот в детективном сюжете. И сразу множество вопросов. Что делают эти "паломники" вдали от своей "общины"? Что заставило их уединиться? Имеют ли они генетическую связь с поясом астероидов или это представители из "красной небесной книги" ? Ведь если это не исключение, а правило, то какой-нибудь лихой путешественник и до орбиты Земли доберется.
Действительно, в 1898 году был обнаружен очень слабый объект, перемещавшийся среди звезд значительно быстрее, чем любой ранее обнаруженный астероид. Расчеты показали, что диаметр астероида не превышает
25 километров, а сам он движется на расстоянии около 22 миллионов километров от Земли!
Напомним, что Марс приближается к Земле в эпохп великих противостояний на 55 миллионов километров. Значит, "нормальные" астероиды всегда должны располагаться значительно дальше. А этот малыш подобрался
почти в три раза ближе к Земле. Когда вычислили его орбиту, оказалось, что он вообще "бездомный" - афелий его орбиты даже не достигал кольца астероидов, а перигелий приближался к орбите Земли. Таинственный объект получил имя Эрос.
Новый детективный персонаж вошел в историю в 1911 году. Был открыт астероид Альберт, подходивший к орбите Земли почти так же близко, как и Эрос, но при этом его афелий находился на 180 миллионов километров дальше, там кольцо астероидов!
После этого странные астероиды стали "попадаться^ не очень часто, но достаточно регулярно.
В 1949 году был открыт, наконец, Икар. Номер этого астероида 1566. В своем кругосветном вояже он всякий раз-настолько близко подходит к Солнцу, что проникает внутрь орбиты Меркурия! К Солнцу Икар приближается на расстояние в 28,5 миллионов километров. Его поверхность на солнечной стороне раскаляется до такой степени, что, будь на ней цинковые или свинцовые горы, они растеклись бы расплавленными ручьями. Температура поверхности Икара превышает 600 °С1
Посмотрите на рис. 3, где изображена орбита Икара. В период между 1949 и 1968 годами Икар подошел близко к Меркурию, который своим гравитациопным полем чуть-чуть изменил орбиту прыткого астероида. Расчеты австралийских астрономов показали, что это "чуть-чуть" может надолго запомниться обитателям Земли: при следующем сближении Икара с нашей планетой в 1968 году
он рухнет в Индийский океан в районе африканского по-бережья1 Ни много ни мало!
За год до предполагаемой "катастрофы" автор этих строк находился в командировке в Республике Сомали (то самое восточное побережье Африки) и имел возможность познакомиться с широкой "икаровой" прессой различных африканских стран. Так, один итальянский журналист сокрушался но поводу судьбы морского космодрома Италии под названием Сан-Марко, размещенного в Индийском океане в нескольких километрах от побережья Кении. Этот плавучий космодром только-только начал функционировать...
Впрочем, повод для беспокойства был не только у итальянского журналиста. Перспектива "купания" Икара в Индийском океане многих и менее экспансивных людей не оставляла равнодушными. Ведь Икар - крошка по астрономическим меркам, а результат его визита в масштабах наших представлений был бы эквивалентен по мощности взрыву около 1000 водородных бомб! Вообразите теперь состояние некоторых читателей, которых их любимые газеты развлекали такого рода оценками.
Сенсационные результаты австралийских коллег перепроверили советский астроном Н. А, Беляев и американец С. Херрик, после чего человечество успокоилось. Оказывается, Икар действительно тесно должен сблизиться с Землей. Но эта теснота сугубо астрономическая. В момент максимального сближения оба небесных тела будут разделены "всего лишь" 6 миллионами 360 тысячами километров. А у астрономов 6 миллионов километров - не расстояние!
14 июня 1968 года в 22 часа 30 минут по московскому времени Икар действительно прошел мимо Земли, как было предсказано. Его даже наблюдали астрономы-любители с помощью небольших любительских телескопов, благо двигался он в это время на фоне знакомых звезд Большой и Малой Медведиц. Сегодня каждый из вас, найдя на небе эти созвездия, может представить себе, как маленький космический "прыщик" 11-й звездной величины катился по небу, ехидно подмигивая царям природы! Кстати, понтонный космодром Сан-Марко по сей день исправно функционирует. С него регулярно отправляются в космос на работу итальянские, английские и небольшие американские спутники...
Эхо Троянской войны
Но вернемся на 85 лет назад. В 1904 году был открыт еще один необычайный астероид, названный Ахиллом. Поражала его орбита, практически совпадающая с орбитой небесного гиганта - планеты Юпитера. Разумеется, Ахилл не был в дальнейшем обделен вниманием исследователей. Ведь без ответа оставался вопрос: что заставило Ахилла покинуть родной пояс астероидов (если, конечно, местом его рождения действительно был пояс астероидов) и переселиться так далеко, и не куда-нибудь, а именно на орбиту Юпитера?
Со временем ситуация обострилась. Были открыты еще около 20 астероидов, также облюбовавших для постоянного жительства орбиту Юпитера. При этом выяснилось, что таинственные переселенцы живут там двумя обособленными колониями. Астероиды первой колонии, в число которых входит и Ахилл, движутся впереди Юпитера, как бы составляя авангард его охраны. Члепы второй колонии следуют позади "владыки", замыкая небесный кортеж.
Обе группы были названы "троянцами" в честь участников знаменитой Троянской войны, описанной Гомером в бессмертной "Илиаде". Древний город Троя, раскинувшийся на территории современной Турции, был обнесен могучей стеной и представлял собой неприступную крепость. Десят лет ахейский царь Агамемнон пытался завоевать Трою. Длительная осада Великого города не приносила успеха. Город не сдавался. Его невозможно было взять силой) решили попробовать хитростью.
Агамемнон собрал самых талантливых мастеровых среди своих подданных и приказал им построить огромного деревянного коня на колесах. Внутри этой необычной игрушки- были оборудованы специальные ниши, в которых разместились греческие воины. Ночью греки подкатили коня к воротам Трои.
Когда первые лучи утреннего солнца позолотили небо, осажденные пришли в изумление. Прямо против ворот стоял гигантский конь, и прохладный ветерок ласково трепал его искусственную гриву. Постарались греческие мастера. Красавец-конь вызвал немало толков в осажденном городе. Целый день толпились люди на крепостных стенах, изнемогая от любопытства. Разведчики, высланные командованием, подтвердили первое впечатление о необычайном сооружении: уникальный конь - произве-м<
дение искусства, созданное из дерева, дорогих тканей с тонкими красками, одухотворенное талантом художников и выдающихся мастеров. Военного значения не имеет, скорее всего, это дар Агамемнона героической Трое.
Решено было дар принять. Так гигантский конь оказался в самом сердце Трои, на городской площади. Нескончаемым потоком до самой темноты ходили вокруг него восхищенные троянцы. Наконец город затих. Троя видела свой последний сон. Глубокой ночью гигантское чрево коня распахнулось, и сорок десантников, перебив охрану, отомкнули ворота и впустили в город греческих завоевателей. Троя бь'ла разрушена...
Вот такая сказочная, хотя и печальная история. А может, и не история вовсе, а выдумка. Может быть, не было никакого Троянского коня, да и самой Трои никогда не было? Мало ли что можно придумать.
Но вот в 1870 году при раскопках холма Госсарльтк немецкий археолог Генрих Шлиман обнаружил древнюю Трою. Исследования показали, что около 1260 года до н. э. Троя находилась в продолжительной осаде и в конце концов была разрушена до основания. Так что великий Гомер познакомил нас с историческим фактом...
Но вернемся к астероидам. Группа Ахилла, в которую входят астероиды Агамемнон, Аякс, Гектор, Диомед, Нестор, Одиссей и другие "греки", так и названа "греками". Вторая группа с Анхизом, Патроклом, Приамом, Энеем и множеством других названа "троянцами".
Взгляните на рис. 4. Не правда ли, изящная каргин-ка? Б центре Солнце, вокруг него орбиты Марса п Юпитера, и ровно па 60° по ту и другую сторону от самого Юпитера расположились два "враждующих" лагеря. Вот такой вереницей "греки" - Юпитер - "троянцы" и движутся по одной и той же орбите вокруг Солнца. При этом Юпитер выполняет великую миротворческую миссию, не давая сблизиться двум "армиям" и затеять повторную истребительную "Троянскую войну".
Шутки шутками, а удивительная правильность небесного ромба (рис. 4) просто поражает! Какая тонкая закономерность лежит в основе этой геометрии? Доступна ли она нашему пониманию? Ведь посмотрите, и "греки" и "троянцы" находятся в вершинах двух правильных треугольников. Почему?
В начале XVII века немецкий астроном Иоганн Кеплер установил три закона движения планет, носящие его имя. Формулировка их удивительно проста и лаконична:
1) каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце;
2) радиус-вектор планеты п равные промежутки времени описывает равновеликие площади;
3) квадраты времен обращения планеты вокруг Солнца (квадраты периодов) относятся как кубы больших полуосей орбит.
Фундаментальная глубина этих законов была до конца понята на основе закона всемирного тяготения, открытого Исааком Ньютоном.
Внешняя простота законов Кеплера была обусловлена тем, что опи описывали взаимодействие только двух тел, а именно Солнца и планеты, без учета влияния остальных тел Солнечной системы, поскольку это влияние для таких случаев чрезвычайно мало.
Однако если рассматривать движение астероида вокруг Солнца, то может оказаться, что влияние таких "важных лиц" Солнечной системы, как гигант Юпитер, окажется существенным. В таком случае для описания движения астероида необходимо рассматривать взаимодействие трех тел: Солнца, Юпитера а астероида. В не
nff
бесной механике подобное рассмотрение называется решением задачи трех тел.
Еще за полвека до открытия первого астероида французский астроном Жозеф Лагранж исследовал некоторые особые варианты задачи трех тел, в частности Солнца, планеты и малого тела. Ему удалось выявить поразительную закономерность, а именно: в системе трех тел, связанных друг с другом силами тяготения, существуют пять точек, в которых силы, действующие на малое тело, уравновешиваются.
Может ли такая закономерность быть справедливой для случая астероидов? Может. Из исследования Лаграп-жа вытекает, что если первое тело имеет крошечную массу по сравнению с массами двух других тел, а масса второго меньше 0,04 массы третьего тела, то все они будут вращаться вокруг общего центра масс, и при этом их расположение друг относительно друга останется неизменным. Это условие в нашем случае соблюдается с избытком: массы астероидов ничтожны по сравнению с массами планет, а масса Юпитера составляет 0,001 массы Солнца.
Итак, "троянцы" находятся в двух из пяти лаграпжс-вых точек, Li и L^ являясь вершинами равносторонних треугольников, у которых в двух остальных вершинах расположены Солнце и Юпитер. Каждая сторона этих гигантских треугольников составляет 5,2 астрономические единицы или 78С^миллионов километров!
С Земли удается наблюдать лишь самые крупные астероиды этих групп, размеры которых несколько больше 100 километров, подавляющая же их часть - это многочисленные мелкие астероиды, не доступпыо наблюдениям.
История открытия "трояпцев" и объяснения их биографии просто восхитительна! Вы уже не раз имели возможность убедиться, как трудно обнаружить астероиды. И тем но менее наблюдательным путем удалось выявишь эти в общем-то экзотические группы астероидов, и пе просто выявить, но еще и теоретически обосновать закономерность существования таких групп. А ведь сам Лаг-ранж, получивший свое решение задачи трех тел, не верил в его реализацию в природе. Он получил эстетическое наслаждение от самого процесса творчества, от красоты решения, как он полагал, чисто математической идеализированной задачи. Но поистине, ни одно красивое творение не бывает бесполезным!
Небесные правила "уличного" движения
Когда было определено достаточно мпого орбит астероидов, выявилась следующая загадочная закономерность. Оказывается, пространство в поясе астероидов заполнено веществом неравномерно. Взгляните на рис. 5. На нем видны области сгущения, концентрации орбит (темные кольца) и области разрежения, в которых
астероиды отсутствуют. Поразительно, но астероиды по какой-то дричине избегают этих областей)
Впервые эти "запретные зоны" обнаружил американский учеяыи Джон Кирквуд, поэтому они называются люками или окнами Кирквуда. Что же явилось причиной такой избирательной политики в заселении пояса астероидов? Неужели опять Юпитер? Представьте себе - опять он. Своим гравитационным нритяжеаием он "раз
9.я
решает" движение астероидов только в определенных областях пространства. Прямо небесные правила уличного движения! И надо сказать, очень жесткие.
Люки Кирквуда можно проиллюстрировать с помощью диаграммы. Для этого введем новое понятие - среднесуточное движение.
В общем-то лишь ничтожная часть астероидов имеет вытянутые или, как их еще называют, аномальные орбиты (Икар, Аэрта, Альберт и др.). Большинство же астероидов подобно планетам обладают орбитами почти круговыми. Время, за которое небесное тело делает один оборот вокруг Солнца, называется периодом обращения. При этом оно описывает полную окружность, содержащую, как известно, 360°, или более миллиона угловых секунд (1,296-Ю"").
А что такое среднесуточное движение? Это расстояние в угловых единицах, которое проходит планета на небосводе за одни сутки. Поскольку период обращения Земли вокруг Солнца составляет в среднем 365,25 суток, средне
суточное движение Земли будет равно 1,296-10"" : 365,25== -3548".
Период обращения Юпитера равен 11,80 земных лет, т. е. один оборот вокруг Солнца он делает за 365,25Х XII,86=4331,865 земных суток, и, следовательно, среднесуточное движение Юпитера составляет 1,296-10" ': 14331,865-299^.
Легко сообразить, что среднесуточное движение любого небесного тела можно получить при делении 3548^ на период обращения этого тела, выраженного в земных
годах. Для Юпитера оно равно 8548" :11,86 == 299". Период обращения Марса составляет 1,88 земного года, и, следовательно, его среднесуточное движение равно 3548": 1,88" 1887".
Таким образом, чем короче период обращения тела, тем больше его среднесуточное движение, и наоборот.
Взгляните на рис. 6. В месте, соответствующем значению среднесуточного движения Юпитера 300", расположилась группа "троянцев". Кстати, для краткости среднесуточное движение обозначим символом п. Так вот, в следующем интервале п от 300" до 400" астероиды отсутствуют. Затем в месте, чуть большем 400", находится один-единственный астероид Туле. И вновь "провал" до значения п== 450", где 15 астероидов составляют обособленную группу Гильды. Давайте найдем отношение среднесуточного движения
яп
Гильды пг к среднесуточному движению Юпитера Дю:
п^пю == 450"/300" = 3 : 2,
т. е. за то время, когда Юпитер сделает два оборота вокруг Солнца, группа Гильды успевает сделать ровно три.
Из рис. 6 видпо, что в точках при значениях п= 600", 750", 900", в которых отношения п к п-ю составляют соответственно 2:1, 5:2, 3:1, астероидов практически нет. Могучий Юпитер за время существования пояса астероидов "снял" астероиды с этих "запрещенных" орбит и "пересадил" на другие, более устойчивые.
Поразительно, что Кирквуд открыл люки еще в 1866 году, когда были известны всего лишь 88 астероидов. За сто с лишним лет после этого были обнаружены тысячи новых астероидов, но закономерность, установленная Кирквудом, сохранилась.
В тех случаях, когда значения среднесуточных движений небесных тел относятся друг к другу как простые целые числа, например 2 : 3, 1 :2и т. д., их орбиты называются соизмеримыми. Оказывается, в Солнечной системе наблюдается большое количество таких соизмеримостей. Например, значения среднесуточных движений Юпитера и Сатурна относятся как 2:5, Плутона и Нептуна - как 3:2.
Расположение астероидных люков регламентируется Юпитером - ближайшей планетой-гигантом. А вот, любопытно, какие порядки установлены в пространстве между орбитами двух планет-гигантов - Юпитера и Сатурна?
Представим себе, что в этой области тоже образовался пояс астероидов, причем все члены пояса равноправны и равномерно распределены в указанном пространстве. Какова была бы судьба такого пояса? Оказывается, в очень короткий срок разыгралась бы космическая драма. Планеты-гиганты, "не договорившись" между собой) выбросили бы 85% всех астероидов из общей зоны своего влияния уже за 6000 лет1 Срок по астрономическим меркам чудовищно короткий.
Могли бы сохраниться лишь две группы астероидов, расположенных на расстояниях от Солнца 6,8 и 7,5 астрономической единицы. Первая группа соответствует соиз-моримостям среднесуточных движений Юпитера и Сатурна, т. е. 3 :2и3: 5, а вторая - соизмеримостям 7 : 4 и 7: 10. В данном случае эти соизмеримости соответствуют устойчивым орбитам астероидов, сумевших удовлетворить "амбициям" и Юпитера, и Сатурна,
его орбиту, "играя" между собой в пинг-понг Сначала Венера делится с астероидом энергией, улучшая соизмеримость с Землей, затем Земля возвращает долг вс/ктщ-вости, улучшая соизмеримость с Венерой.
Мало того, исследования привели к следующему поразительному выводу: если бы в пространстве между орбитами Юпитера и Сатур^а существовали астероиды с массами Земли, Марса или Венеры, то всего через несколько тысяч лет (1) они были бы выброшены за пределы этого пространства. Вот какие гигантские возможности таят в себе большие планеты. Именно они формируют стратегию сущестьования более мелких тел Солнечной системы.
41 год назад был открыт астероид Торо, и с тех пор после каждого очередного успешного наблюдения он обрастал массой удивительных подробностей. В 1972 году было обнаружено, что Земля, Венера и Торо "небезразличны" друг другу, поскольку астероид близко подходит к обеим планетам. Перигелий его орбиты располагается между орбитами Земли и Венеры, а афелий чуть дальше орбиты Марса.
Размеры орбит Торо, Венеры и Земли таковы, что за то время, пока астероид сделает 5 оборотов вокруг Солнца, наша планета их сделает 8, а Венера ~ целых 13. Соизмеримости 5:8 движения Торо с движением Земли должно было бы соответствовать среднесуточное движение га = 2217,62^, а соизмеримости с движением Венеры 5 : 13 - га=2218,3-Г.
Однако величина п у Торо меняется за 100 лет от 2315,0^ до 2222,0^. Оказывается, планеты раскачивают 'лп
Посмотрите, какие удивительные кружева рисует природа, если траекторию астероида спроецировать на плоскость эклиптики в системе координат, вращающейся с Землей вокруг Солнца! Подобный же небесный орнамент был бы виден, если бы мы воспользовались другой системой координат, вращающейся вокруг Солнца уже с Венерой (рис. 7).
Удивительному астероиду посвятил поэтические строки А. В. Бялко - автор известной вам книги "Наша планета-Земля" (М.: Наука, 1989.-Библиотечка "Квант", вып. 29) *): Автограф Торо строг и строен И пятикратно повторен, Эскорт планет проходит строем Простор времен.
*) Советуем также познакомиться со статьей: Бялко А В Торные тропы Торо.Квант, 1983, № 12, с. 20,
Не могу удержаться, чтобы не обратить ваше внима" ние на еще один пример изящной соизмеримости. Это кольца Сатурпа.
На заре исследований столь уникальной системы всерьез рассматривался вопрос о том, что кольца - это твердые тонкие диски или даже жидкие образования. Однако вскоре было теоретически доказано, что и в том и другом случаях кольца не могли бы долго существовать. Их в очень корогкоо время разрушили бы сильные гравитационные возмущения) порожденные экваториальной частью планеты. В конце концов тонкие спектральные наблюдения колец с Земли показали, что вокруг
Сатурна движутся скопления огромного множества мельчайших тел, причем каждое тело - по своей индивидуальной орбите. Вот такой своеобразный пояс "астероидов" принадлежит лично Сатурну. Эти выводы получили блестящее подтверждение после полетов вблизи Сатурна космических аппаратов "Пиоыер-11" и "Вояджер-1".