Ще 20 років тому шкільні підручники стверджували, що в Сонячній системі дев’ять планет. Тепер школярів навчають, що планет вісім. Бракує Плутона, про відкриття якого оголосили 13 березня 1930 року, а згодом перестали вважати повноцінною планетою через американця Майка Брауна. Йому, до речі, довелося зробити нелегкий вибір між власними амбіціями та науковими поглядами. Він відкрив десяту планету й міг увійти до підручників, а натомість витратив чимало зусиль, щоб скасувати і своє відкриття, і відкриття Плутона.
Як науковці дійшли до прикордоння Сонячної системи — і зупинилися
Наші предки були переконані, що всього планет сім. Це видимі із Землі неозброєним оком Меркурій, Венера, Марс, Юпітер, Сатурн, Сонце й Місяць. Згодом Микола Коперник понизив статус Землі з центру світу до звичайної планети, а Місяць — до її супутника, і деякий час люди гадали, що планет шість.
1781 року під час уважного спостереження в телескоп з’ясувалося, що навколо нас є й інші планети: так астроном Вільям Гершель виявив Уран. На початку XIX століття його колеги відкрили ще чотири планети: Цереру, Палладу, Юнону й Весту на орбіті між Марсом і Юпітером. У Сонячній системі налічувалося вже 11 планет.
Гершель категорично із цим не погодився й вигадав для Церери та інших, схожих на неї, термін «астероїд». Коли кількість таких «планет» у космічному просторі між Марсом і Юпітером сягнула десятків, цю версію підтримали навіть найзапекліші скептики.
Відкритий Гершелем Уран кидав виклик вченню Ісаака Ньютона. Він рухався орбітою зовсім не так, як мав би це робити згідно із законом всесвітнього тяжіння. Отже, існує ще одна, невідома планета, яка впливає на орбіту Урана, вирішили астрономи. Придумана Ньютоном теорія підказала, де її шукати — так 1846 року було виявлено Нептун.
Але дивацтва на цьому не скінчилися. Коли Нептун внесли в рівняння, Уран усе одно продовжував рухатися трохи не так, як мав би за теорією. Математичні розрахунки свідчили, що десь за Нептуном ховається ще одна, загадкова дев’ята планета. Її назвали «Ікс».
Серед тих, хто взявся шукати планету «Ікс», був американець Персіваль Лоуелл. Його батько керував текстильним бізнесом і мріяв, що обидва сини стануть успішними підприємцями. Після закінчення університету він видав кожному стартовий капітал. Персіваль виправдав надії батька й зумів примножити суму. Але шлях підприємця його не надто приваблював. Він передоручив вести справи братові, а сам захопився подорожами — об’їздив усю Азію й написав кілька книг про свої мандри. Потім Персіваль переключився на астрономію й побудував у Флагстаффі (Аризона) одну з найстаріших і найбільших приватних обсерваторій.
Лоуелл досліджував марсіанські канали й доводив у науково-популярних книгах, що з їхньою допомогою марсіани зрошували плантації водою з полярних шапок. Він вивчав кратери Місяця, картографував Венеру й, звісно, не зміг оминути пошуки загадкової «Ікс». Згодом з’ясувалося, що йому двічі вдалося сфотографувати ще не відкритий тоді Плутон. Але одного разу той опинився на тлі зірки, а іншого разу його приховав дефект плівки.
1916 року Лоуелл помер, заповівши частину своїх статків на розвиток науки. Але ще 11 років пішло на судові суперечки — вдова Лоуелла намагалася оскаржити його останню волю. 1927 року вона програла суд, і обсерваторія змогла отримати фінансування. Там вирішили продовжити пошуки планети «Ікс», найнявши для цього окремого співробітника. Ним стала людина, яка інакше навряд чи змогла б побудувати наукову кар’єру.
Фермер-звіздар
Клайд Томбо був старшим із шести синів фермера, який ледве зводив кінці з кінцями. Одного разу через неврожай Томбо довелося на рік залишити школу: у батька не було грошей найняти працівників. Інший неврожай перекреслив його спробу вступити до коледжу. Томбо з дитинства захопився зірками завдяки своєму дядькові — астроному-аматору. У перервах між роботою на фермі Томбо займався самоосвітою й майстрував телескопи.
У 23 роки він набрався сміливості й, не маючи жодних дипломів, відгукнувся на вакансію Лоуеллівської обсерваторії. І Клайда Томбо взяли! Причиною цього стали чи то ентузіазм молодої людини, чи то скромні фінансові запити. Томбо дісталася досить сумна й копітка робота. Телескоп робив знімки однієї й тієї самої ділянки неба в різний час. Дві фотографії поміщали в прилад під назвою блінк-компаратор. Його принцип роботи найпростіше пояснити на прикладі звичайного блокнота. Уявіть, що ви намалювали на кожній його сторінці однакове розташування точок. Потім на кожній парній сторінці — додаткову крапку. Коли ви почнете швидко гортати сторінки, ця крапка почне «блимати» на тлі інших.
У блінк-компаратор поміщали дві фотографії неба. Перекидаючи спеціальне дзеркало то вправо, то вліво, Томбо бачив або один, або інший знімок. Першим його завданням було розташувати знімки так, щоб зірки на них збіглися. Потім він починав швидко перекидати дзеркало, і точки, які були тільки на одному знімку, починали мерехтіти або рухатися (якщо планета не встигала залишити спостережувану ділянку неба).
Томбо працював майже без вихідних. За його власними підрахунками, за рік із невеликим він перевірив близько 2 мільйонів зірок. Не раз він знаходив миготливі точки, але згодом з’ясовувалося, що це астероїди, комети або ж просто дефекти плівки. У лютому 1930 року йому (і всім нам) нарешті пощастило: чергова миготлива точка виявилася невідомою планетою. Після низки перевірок 13 березня 1930 року (у день, коли Гершель відкрив Уран) Лоуеллівська обсерваторія оголосила про відкриття планети «Ікс».
Щаслива помилка
Нову планету за традицією потрібно було назвати відповідно до класичної міфології. До обсерваторії надіслали понад 150 варіантів. Перемогла 11-річна школярка Венеція Берні з Оксфорда, причому сама того не бажаючи. Її дідусь запитав в онуки, як би вона назвала планету? Це далекий і холодний світ, і ім’я в планети має бути як у бога підземного царства й смерті Плутона, відповіла Венеція. Дідусь працював у бібліотеці Оксфордського університету й розповів про цю розмову знайомому астроному. А той написав про це в Лоуеллівську обсерваторію. У цей час там обирали назву з двох варіантів: Мінерва й Кронос, але в Плутона виявилася одна несподівана перевага: дві перші літери цього слова збігалися з ініціалами засновника обсерваторії Персіваля Лоуелла.
Згідно з розрахунками, таємнича планета «Ікс» мала мати розміри й масу приблизно як у Землі. Такі характеристики їй у теорії й приписали. Але астрономів непокоїло, що таку велику планету мало бути добре видно в телескопи того часу — а розгледіти її було майже неможливо. Учені вирішили: це тому, що в планети дуже темна поверхня, вона майже не відбиває світло й тому здається в телескопі такою маленькою.
Потроху техніка вдосконалювалася й до кінця 1940-х років Плутон «зменшився» до маси приблизно як у Марса. У 1970-х роках виявилося, що він покритий метановим льодом. Отже, планета, навпаки, відбиває багато світла. А це свідчило, що її маса ще менша.
1978 року в Плутона знайшли перший супутник і завдяки цьому нарешті точно обчислили масу самого Плутона. Виявилося, що вона становить лише 0,22% від маси Землі. А це означало, що Плутон занадто маленький і легкий, щоб бути планетою «Ікс» і впливати на орбіту Урана. Пошуки таємничої планети розгорнулися з новою силою.
Кінець їм поклав 1989 року космічний апарат «Вояджер-2». Він дозволив точно визначити масу Нептуна. Астрономи помилилися: Нептун виявився важчим, ніж вони припускали. Коли нові дані внесли в теоретичну модель, з’ясувалося, що на Уран не впливає ніхто, крім Нептуна. І планети «Ікс» просто не існує. Таким чином, Клайду Томбо неймовірно пощастило: він обчислив, де теоретично мала б знаходитися планета «Ікс», і випадково натрапив на цій ділянці неба на Плутон.
Парі на п’ять пляшок
Усі докази того, що планети «Ікс» не існує, не переконали цілком серйозного вченого, американського астронома Майкла Брауна з Каліфорнійського технологічного інституту. 1999 року його колега виявила перший об’єкт із так званого пояса Койпера: скупчення величезної кількості малих небесних тіл за орбітою Нептуна. Для Брауна це стало ще одним доказом того, що за Нептуном ховається невідома планета. Вони з колегою уклали парі на п’ять пляшок шампанського, що до 31 грудня 2004 року планету буде знайдено.
Не сподіваючись на колег-астрономів, Браун особисто взявся за пошуки. Це було непросто. Два роки пішло на те, щоб сфотографувати ділянку неба з поясом Койпера. Робили це за допомогою скляних фотопластинок і в буквальному сенсі на дотик. На відміну від звичайної фотоплівки, емульсія реагувала на червоне світло. Тож у повній темряві її наносили на скло, несли до телескопа й на дотик вставляли. Після 30-хвилинної витримки фотопластину витягували й відправляли в темну кімнату на проявлення. Звичайно, на той час астрономи вже користувалися цифровою фототехнікою. Але щоб охопити таку велику ділянку неба, була потрібна роздільна здатність у 500 мегапікселів. Для порівняння: у професійних фотокамер того часу була стандартна роздільна здатність два мегапікселі. Так на допомогу прийшла стара добра фотопластина.
На щастя для Брауна, прогрес не стояв на місці й витрачати роки на роботу з блінк-компаратором не довелося. Фотографії завантажили в комп’ютер, Браун написав програму, і та лише за дві години виявила всі рухомі об’єкти. Їх виявилося 8761. На перевірку пішов ще рік — і жодної планети не знайшлося. Усі об’єкти виявилися дефектами зйомки або вже відомими об’єктами.
Браун не впадав у відчай і переконав керівництво інституту продовжити пошуки. На той час цифрові технології вдосконалили, хоча, як і раніше, фотографували меншу площу, ніж аналогова техніка. Зате вони робили знімки набагато швидше, ніж астрономи, які бігають у темряві з фотопластинами. У підсумку вже через рік, 2002 року, удача посміхнулася Брауну. Він виявив рухоме тіло, яке за початковими підрахунками виявилося розміром приблизно з Плутон. На жаль, перевірка за допомогою космічного телескопа «Хаббл» показала, що насправді об’єкт був удвічі меншим. Сталося те саме, що колись із Плутоном: обидва небесні тіла складалися з льоду, відбивали багато світла й виявилися яскравішими, ніж спочатку припускали вчені. Але все одно це була перемога. Ще кілька років тому наукова спільнота вважала, що нічого такого великого в тій області не існує. Браун дав новому об’єкту ім’я Квавар — так звали божество індіанського племені Тонгва.
2003 року Майкл Браун знову зумів «витребувати» фінансування на продовження пошуків. Наступний великий об’єкт він виявив тільки в листопаді 2004 року й назвав його Седна (богиня моря в інуїтській міфології), причому виявилося, що Седна не належить до пояса Койпера. Вона рухається настільки довгою орбітою, що робить повний оберт навколо сонця за 11 000 земних років. Розмір Седни оцінили приблизно в ¾ Плутона й вирішили не вважати планетою. Браун програв своєму колезі п’ять пляшок шампанського, і йому не вистачило лише кількох днів, щоб виграти парі.
Як Браун понизив статус Плутона
5 січня 2005 року він виявив за Нептуном об’єкт, діаметр якого оцінили в 3000 км — більший за Плутон. Пізніше діаметр уточнили до 2326 км. За всіма правилами це була десята планета Сонячної системи. Браун назвав її Зена на честь героїні серіалу «Зена — королева воїнів». А її супутнику дав ім’я Габріель — як у супутниці Зени. Щоправда, Міжнародна астрономічна спілка виступила проти, і Брауну довелося перейменувати космічні тіла відповідно до класичної грецької міфології — на богиню розбрату Еріду та її доньку, богиню беззаконня Дисномію.
У науковій спільноті справді настав розбрат. Еріду треба було визнавати планетою. Але що робити з Седною, яка трохи менша? Який розмір відрізняє планету від астероїда? До того ж з 2001 року Браун встиг виявити в поясі Койпера ще кілька об’єктів діаметром у сотні кілометрів і продовжував знаходити все нові й нові. В астрономів зміцнювалася впевненість у тому, що рано чи пізно Браун або хтось із його колег натрапить ще на одне тіло розмірами як Плутон. Знову переписувати підручники, включаючи в них 11-ту планету?
Бентежило й те, що орбіта Плутона була зовсім не схожа на орбіти інших планет Сонячної системи. На плакаті, який у дитинстві висів у спальні Брауна, були зображені орбіти всіх планет, крім Плутона. Щоб зробити повний оберт, останньому довелося б вилетіти у вікно, перетнути двір, з’явитися на вулиці й потім повернутися назад.
У серпні 2006 року конференція Міжнародного астрономічного союзу в Празі запропонувала витончене розв’язання проблеми. До цього планетою вважали небесне тіло, яке, по-перше, обертається навколо Сонця, по-друге, не є супутником іншої планети, і по-третє, має достатню масу для набуття сферичної форми. Конференція додала ще одну вимогу: тіло повинно «розчистити» свою орбіту від тіл зіставного діаметра.
Таким чином Плутон перестав відповідати критеріям планети. Для нього створили спеціальний термін «карликова планета» (dwarf planet). Сьогодні таких «карликів» у поясі Койпера виявлено вже кілька, включно з Ерідою. І Церера, яку вважали одним з астероїдів із пояса між Марсом і Юпітером, також стала карликовою планетою.
Клайд Томбо помер 1997 року й не застав того, як відкритий ним Плутон розжалували в «карлики». А Венеція Берні, яка придумала для нього назву, була ще жива. «У моєму віці такі рішення вже не здаються важливими», — прокоментувала вона дії Міжнародного астрономічного союзу.
У штатах Нью-Мексико та Іллінойс, де жив і працював Томбо, ухвалили спеціальні закони, згідно з якими Плутон вважається справжньою планетою (щоправда, відповідальності за порушення цих законів не передбачено). Такої ж думки досі дотримується низка астрономів. Сам Майкл Браун від самого початку наполягав, що ні Плутон, ні відкрита ним Еріда не є планетами. А його колега, з якою він посперечався на п’ять пляшок, вирішила інакше. Вона своїм рішенням продовжила їхню суперечку ще на п’ять днів — до 5 січня 2005 року, визнала себе переможеною й надіслала Брауну шампанське.