Вулкан: Планета между Солнцем и Меркурием

Введение

Гипотетическая планета между Солнцем и Меркурием

Вулкан /'//v//V//l//k//@n/ — это теоретическая планета, существование которой предполагали некоторые астрономы до начала XX века, считая, что она находится на орбите между Меркурием и Солнцем. Размышления и даже сообщения о наблюдениях межмеркурных тел или планет восходят к началу XVII века. Вероятность их существования была подкреплена поддержкой французского математика Урбена Леверье, который предсказал существование Нептуна, основываясь на возмущениях орбиты Урана. К 1859 году он подтвердил необъяснимые особенности орбиты Меркурия и предположил, что они должны быть вызваны гравитационным влиянием другой неизвестной планеты, расположенной поблизости, или серии астероидов. Сообщение французского астронома-любителя о наблюдении объекта, проходящего перед Солнцем в том же году, побудило Леверье объявить об окончательном открытии долгожданной планеты, которую он назвал Вулканом. В последующие десятилетия были предприняты многочисленные поиски Вулкана, но, несмотря на ряд заявлений об обнаружении, его существование так и не было подтверждено. Необходимость в этой планете для объяснения особенностей орбиты Меркурия отпала после публикации в 1915 году теории общей относительности Эйнштейна, которая показала, что отклонение орбиты Меркурия от предсказанной ньютоновской физикой объясняется эффектами, возникающими из-за искривления пространства-времени, вызванного массой Солнца.

Теории и наблюдения

На протяжении веков выдвигались гипотезы о существовании, велись поиски и даже заявлялось о наблюдениях небесных тел, находящихся внутри орбиты Меркурия. К сообщениям об обнаружении объектов, проходящих перед Солнцем, относятся заявления немецкого астронома Кристофа Шейнера в 1611 году (которые впоследствии оказались открытием солнечных пятен), наблюдения британского юриста, писателя и астронома-любителя Капеля Лоффта о "непрозрачном теле, пересекающем солнечный диск" 6 января 1818 года, и доклад баварского врача и астронома Франца фон Полы Груйтюйзена от 26 июня 1819 года о наблюдении "двух небольших пятен на Солнце, круглых, черных и разного размера". Немецкий астроном де Сольвес также сообщал о многочисленных наблюдениях двух пятен, начиная с 23 октября 1822 года, с последующими наблюдениями в 1823, 1834, 1836 и 1837 годах; в 1834 году большее пятно было зафиксировано как 3 угловые секунды в поперечнике, а меньшее – 1,25 угловые секунды. Французский физик, математик и астроном Жак Бабине в 1846 году предположил, что могут существовать "раскаленные облака планетарного типа, вращающиеся вокруг Солнца", и предложил название "Вулкан" (в честь бога Вулкана из римской мифологии) для планеты, расположенной близко к Солнцу. Прогнозы, основанные на теории Ле Верье, не совпали с наблюдениями. Ле Верье предположил, что избыточная прецессия может быть объяснена присутствием какого-то неизвестного объекта или объектов внутри орбиты Меркурия. Он рассчитал, что это может быть либо еще одна планета размером с Меркурий, либо, поскольку маловероятно, что астрономы не заметили бы столь крупного объекта, неизвестный пояс астероидов вблизи Солнца. Тот факт, что Ле Верье в 1846 году предсказал существование планеты Нептун, используя те же методы, придал достоверность его утверждению.

Заявленное открытие

22 декабря 1859 года Ле Верье получил письмо от Лескарбо, сообщавшее, что тот наблюдал прохождение гипотетической планеты 26 марта того же года. Ле Верье отправился на поезде в деревню Орже-ан-Бёс, расположенную к юго-западу от Парижа, к самодельной обсерватории Лескарбо. Ле Верье прибыл без предупреждения и приступил к допросу наблюдателя. Лескарбо подробно описал, как 26 марта 1859 года он увидел маленькое черное пятно на диске Солнца. Через некоторое время он заметил, что оно движется. Ему показалось, что оно напоминает прохождение Меркурия, которое он наблюдал в 1845 году. Он оценил пройденное расстояние, измерил положение и направление движения, а затем, используя старые часы и маятник, которым измерял пульс пациентам, вычислил общую продолжительность прохождения (получив 1 час 17 минут и 9 секунд). Это было представлено на заседании Академии наук в Париже. Лескарбо, в свою очередь, был награжден орденом Почётного легиона и приглашен выступить перед многочисленными научными обществами. Однако не все поверили в достоверность "открытия" Лескарбо. Известный французский астроном Эммануэль Лиас, работавший в 1859 году на правительство Бразилии в Рио-де-Жанейро, утверждал, что в момент, когда Лескарбо заявил о наблюдении таинственного прохождения, он изучал поверхность Солнца с помощью телескопа, вдвое превосходящего по мощности телескоп Лескарбо. Следовательно, Лиас "имел возможность категорически отрицать прохождение планеты перед Солнцем в указанное время". На основании "прохождения" Лескарбо Ле Верье вычислил орбиту Вулкана: она, предположительно, вращалась вокруг Солнца по почти круговой орбите на расстоянии от Солнца. Период обращения составлял 19 дней и 17 часов, а орбита была наклонена к эклиптике на 12 градусов и 10 минут (невероятная точность). Как видно с Земли, наибольшее удлинение Вулкана от Солнца составляло 8 градусов. Вскоре после 8:00 29 января 1860 года Ф. А. Р. Расселл и еще трое людей в Лондоне наблюдали предполагаемое прохождение внутримеркурийской планеты. Американский наблюдатель Ричард Ковингтон спустя много лет заявил, что около 1860 года, находясь на территории Вашингтона, он видел отчетливо выраженное черное пятно, пересекающее солнечный диск. В 1861 году наблюдений Вулкана не проводилось. Затем, утром 20 марта 1862 года, между 8:00 и 9:00 по Гринвичу, другой астроном-любитель, мистер Луммис из Манчестера, Англия, увидел прохождение. Его коллега, которого он предупредил, также наблюдал это явление. На основе этих двух сообщений два французских астронома, Бенжамен Вальц и Родольф Раду, независимо друг от друга вычислили предполагаемый орбитальный период объекта, причем Вальц получил значение в 17 дней и 13 часов, а Раду – 19 дней и 22 часа. И Уотсон, и Свифт наблюдали два объекта, которые, по их мнению, не были известными звездами, но после того, как Свифт исправил ошибку в своих координатах, ни одна из координат не совпала ни с известными звездами, ни друг с другом. Идея о наблюдении четырех объектов во время затмения вызвала споры в научных журналах и насмешки со стороны соперника Уотсона К. Х. Ф. Петерса. Петерс отметил, что погрешность в приборе для записи, состоящем из карандаша и картона, который использовал Уотсон, была достаточно велика, чтобы с большой вероятностью включать яркую известную звезду. Петерс, скептически относившийся к теории Вулкана, отверг все наблюдения, считая, что наблюдатели приняли известные звезды за планеты. Наконец, в 1908 году Уильям Уоллес Кэмпбелл, директор, и Чарльз Диллон Перрин, астроном Ликской обсерватории, после всесторонних фотографических наблюдений во время трех экспедиций по солнечным затмениям в 1901, 1905 и 1908 годах заявили: "По нашему мнению, работа трех экспедиций Кроккера окончательно завершает наблюдательную сторону проблемы межмеркурийской планеты, известной на протяжении полувека".

On 22 December 1859, Le Verrier received a letter from Lescarbault, saying that he had seen a transit of the hypothetical planet on March 26 of that year. Le Verrier took the train to the village of Orgères en Beauce, some southwest of Paris, to Lescarbault's homemade observatory. Le Verrier arrived unannounced and proceeded to interrogate the man. Lescarbault described in detail how, on 26 March 1859, he observed a small black dot on the face of the Sun. After some time had passed, he realized that it was moving. He thought it looked similar to the transit of Mercury which he had observed in 1845. He estimated the distance it had already traveled, made some measurements of its position and direction of motion and, using an old clock and a pendulum with which he took his patients' pulses, estimated the total duration of the transit (coming up with 1 hour, 17 minutes, and 9 seconds). at the meeting of the Académie des Sciences in Paris. Lescarbault, for his part, was awarded the Légion d'honneur and invited to appear before numerous learned societies. Not everyone accepted the veracity of Lescarbault's "discovery", however. An eminent French astronomer, Emmanuel Liais, who was working for the Brazilian government in Rio de Janeiro in 1859, claimed to have been studying the surface of the Sun with a telescope twice as powerful as Lescarbault's at the very moment that Lescarbault said he observed his mysterious transit. Liais, therefore, was "in a condition to deny, in the most positive manner, the passage of a planet over the sun at the time indicated". Based on Lescarbault's "transit", Le Verrier computed Vulcan's orbit: it supposedly revolved about the Sun in a nearly circular orbit at a distance of The period of revolution was 19 days and 17 hours, and the orbit was inclined to the ecliptic by 12 degrees and 10 minutes (an incredible degree of precision). As seen from the Earth, Vulcan's greatest elongation from the Sun was 8 degrees. Shortly after 08:00 on 29 January 1860, F. A. R. Russell and three other people in London saw an alleged transit of an intra Mercurial planet. An American observer, Richard Covington, many years later claimed to have seen a well defined black spot progress across the Sun's disk around 1860 when he was stationed in Washington Territory. No observations of Vulcan were made in 1861. Then, on the morning of 20 March 1862, between 08:00 and 09:00 Greenwich Time, another amateur astronomer, a Mr. Lummis of Manchester, England, saw a transit. His colleague, whom he alerted, also saw the event. Based on these two men's reports, two French astronomers, Benjamin Valz and Rodolphe Radau, independently calculated the object's supposed orbital period, with Valz deriving a figure of 17 days and 13 hours and Radau a figure of 19 days and 22 hours. Both Watson and Swift had observed two objects they believed were not known stars, but after Swift corrected an error in his coordinates, none of the coordinates matched each other, nor known stars. The idea that four objects were observed during the eclipse generated controversy in scientific journals and mockery from Watson's rival C. H. F. Peters. Peters noted that the margin of error in the pencil and cardboard recording device Watson had used was large enough to plausibly include a bright known star. A skeptic of the Vulcan theory, Peters dismissed all the observations as mistaking known stars as planets. Finally, in 1908, William Wallace Campbell, Director, and Charles Dillon Perrine, Astronomer, of the Lick Observatory, after comprehensive photographic observations at three solar eclipse expeditions in 1901, 1905, and 1908, stated: "In our opinion, the work of the three Crocker Expeditions, brings the observational side of the intermercurial planet problemfamous for half a centurydefinitely to a close."

Гипотеза опровергнута

В 1915 году теория относительности Эйнштейна, принципиально новый подход к пониманию гравитации, отличный от классической механики, устранила необходимость в гипотетической планете Ле Верье. Она объяснила предсказанное смещение перигелия Меркурия на 0,1 дуговой секунды за каждый оборот, или 43 дуговые секунды в столетие, что точно соответствовало наблюдаемым значениям (без необходимости постулировать существование гипотетического Вулкана). Новая теория скорректировала предсказанные орбиты всех планет, однако величина расхождений с ньютоновской теорией быстро уменьшается с увеличением расстояния от Солнца. Кроме того, достаточно эксцентричная орбита Меркурия облегчает обнаружение смещения перигелия по сравнению с почти круговыми орбитами Венеры и Земли. Эмпирическое подтверждение теории Эйнштейна было получено в ходе эксперимента Эддингтона во время солнечного затмения 29 мая 1919 года, когда фотографии показали искривление пространства-времени, отклоняющее звездный свет вблизи Солнца. Астрономы быстро пришли к выводу, что крупная планета внутри орбиты Меркурия не может существовать, учитывая уточнённое уравнение гравитации.