Математика космоса. Как современная наука расшифровывает Вселенную - Йен Стюарт

Кроме того, эти результаты пролили свет на давний вопрос о возрасте колец. По одной из теорий кольца сформировались из коллапсирующей Солнечной туманности приблизительно в то же время, что и сам Сатурн. Однако, к примеру, такой мини-луне, как Янус, потребовалось бы не более сотни миллионов лет, чтобы переместиться от кольца A на нынешнюю орбиту (и это подталкивает нас к альтернативной теории: как кольца, так и мини-луны появились одновременно, после того как какой-то более крупный спутник прошел предел Роша и распался, и произошло это где-то около 10 миллионов лет назад). Моделирование ограничивает возможное время этого события интервалом от 1 до 10 миллионов лет назад. Авторы утверждают: «Кольца Сатурна, подобные протопланетному диску в миниатюре, являются, возможно, последним местом в Солнечной системе, где не так давно (около 10↑6 — 10↑7 лет назад) происходила аккреция».

«В день смерти нищих не горят кометы, лишь смерть царей огнем вещает небо», — говорит Кальпурния во второй сцене второго акта шекспировского «Юлия Цезаря», предрекая кончину Цезаря. Из пяти упоминаний комет у Шекспира три отражают древнее поверье о том, что кометы — предвестники катастроф.

Эти странные и загадочные объекты появляются в ночном небе неожиданно, волоча за собой яркий изогнутый хвост, проходят медленно по усыпанному звездами небосклону и вновь исчезают. Эти необъявленные и незваные гости никак не вписываются, кажется, в нормальный порядок небесных событий. А значит, в те времена, когда никто не мог сказать точно, что это такое, а священники и шаманы во всем искали способ усилить свое влияние, естественно было принимать кометы за посланцев богов. При этом общее мнение склонялось к тому, что послание носит угрожающий характер. Вокруг хватало природных катастроф, и, если человек хотел в это поверить, ему нетрудно было найти тому убедительное подтверждение. Комета Макнота, появившаяся в 2007 году, стала самой яркой за 40 лет. Очевидно, она предвещала финансовый кризис 2007–2008 годов. Видите? Это совсем несложно.

Жрецы и священники утверждали, что им открыт смысл послания, принесенного кометой, но ни они, ни философы не могли сказать, где «живут» кометы и что они собой представляют. Что это — небесные тела, как звезды и планеты? Или это метеорологические явления, как облака? Внешне они немного напоминают облака; они размыты по краям, а не резко очерчены, как звезды и планеты. Но движутся они скорее как планеты, если забыть о том, что появляются внезапно и исчезают неизвестно куда. В конечном итоге эти споры были разрешены при помощи научных данных. Астроном Тихо Браге, оценив при помощи точных измерений расстояние до Большой кометы 1577 года, наглядно продемонстрировал, что она находится дальше от Земли, чем Луна. А поскольку облака закрывают Луну, а не наоборот, кометы, очевидно, следовало отнести к небесным объектам.

* * *

К 1705 году Эдмунд Галлей пошел еще дальше, показав, что по крайней мере одна из комет появляется на ночном небе регулярно. Кометы похожи на планеты: они обращаются по орбитам вокруг Солнца. Они пропадают из виду, когда уходят слишком далеко, и появляются вновь, когда подходят достаточно близко. Почему они отращивают хвосты, а потом вновь их теряют? Галлей не мог уверенно назвать причину, но считал, что это как-то связано с их близостью к Солнцу.

Проникновение в тайны комет, совершенное Галлеем, стало одним из первых крупных открытий в астрономии на базе математических закономерностей, которые открыл Кеплер и заново интерпретировал и обобщил Ньютон. Поскольку планеты движутся по эллипсам, рассуждал Галлей, то почему кометы не могут делать то же самое? Если так, то их движение должно быть периодическим и одна и та же комета должна раз за разом появляться на земных небесах через равные промежутки времени. Закон всемирного тяготения Ньютона позволял немного подправить это утверждение: движение должно быть почти периодическим, но гравитационное притяжение других планет, особенно таких гигантов, как Юпитер и Сатурн, может ускорить или задержать возвращение кометы.

Чтобы проверить эту теорию, Галлей углубился в туманные архивные записи о появлении комет на небе. До изобретения Галилеем телескопа на Земле можно было наблюдать только кометы, видимые невооруженным глазом. Некоторые из них были необычайно яркими и обладали внушительными хвостами. Одну такую комету видел Петер Апиан в 1531 году; другую наблюдал Кеплер в 1607 году; аналогичная комета появлялась и при жизни Галлея, в 1682 году. Промежутки между этими датами составляют 76 и 75 лет. Может быть, все три раза на небе появлялось одно и то же тело? Галлей был убежден в этом и предсказал, что эта комета вновь вернется к Земле в 1758 году.

Он оказался прав, хотя и на грани фола. На Рождество в названном году немецкий астроном-любитель Иоганн Палич заметил в небе слабое размытое пятнышко, которое вскоре обзавелось характерным хвостом. К тому моменту трое французских математиков — Алексис Клеро, Жозеф Лаланд и Николь-Рейн Лепот — провели более тщательный расчет и перенесли предсказанную Галлеем дату наибольшего приближения кометы к Солнцу на 13 апреля. На самом деле это произошло на месяц раньше; как оказалось, возмущения со стороны Юпитера и Сатурна задержали комету на 618 суток.

Галлей умер прежде, чем появилась возможность проверить его предсказание. То, что мы сегодня называем кометой Галлея (комета была названа в его честь в 1759 году), стало первым, помимо планет, телом Солнечной системы, для которого удалось точно установить, что оно обращается вокруг Солнца. Сравнив старые записи с современными расчетами прошлой орбиты этой кометы, ее появления можно проследить до 240 года до нашей эры, когда ее видели в Китае. Следующее ее появление в 164 году до нашей эры было отмечено на вавилонской глиняной табличке. Китайцы видели эту комету снова в 87 году до нашей эры, в 12 году до нашей эры, в 66 году, в 141 году и т. д. Предсказанное Галлеем возвращение кометы было одним из первых по-настоящему новых астрономических предсказаний, основанных на математической теории небесной динамики.

* * *

Кометы не просто мудреная астрономическая загадка. Во введении я упоминал одну масштабную теорию с участием комет: последние несколько десятилетий именно с их помощью ученые предпочитают объяснять появление на Земле океанов. Кометы состоят в основном из льда; хвост образуется, когда комета подходит к Солнцу достаточно близко, чтобы лед в ней «сублимировался», то есть превращался непосредственно изо льда в пар. Согласно убедительным косвенным свидетельствам, в ранние эпохи развития Земли с ней столкнулось множество комет; если это так, то их лед должен был растаять и собраться во впадины, образовав океаны. Кроме того, вода должна была встроиться в молекулярную структуру геологических пород земной коры, в которых ее достаточно много.