На протяжении тысячелетий люди наблюдали невооруженным глазом Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн. Но когда научный и технический прогресс привел к открытию Урана и Нептуна в XIX веке, а Ньютон сформулировал свой закон притяжения, ученые задумались: а вдруг вокруг Солнца скрывается как минимум еще одна планета. Речь идет о Вулкане, который якобы вращается где-то между Меркурием и Солнцем.
Математические отношения
До открытия Исааком Ньютоном законов тяготения астрономы находили космические объекты, используя зрение и прибегая к помощи телескопа. Но его работа позволила рассматривать отношения между небесными телами Солнечной ситемы в виде математических выражений. Это позволило астрономам делать прогнозы о планетах, кометах и других объектах, используя четко определенные формулы.
Например, если орбита планеты и луны соответствуют законам Ньютона, но не прямым наблюдениям, то ученые могут предположить, что какой-то неизвестный объект оказывает на систему дополнительную гравитацию. Например, именно это позволило астрономам сделать вывод о существовании Нептуна.
Используя математические вычисления о влиянии гравитации неизвестного объекта на орбиту Урана, французский математик Урбен Леверье предсказал существование восьмой планеты Солнечной системы Это произошло в 1846 году, а спустя 143 года зонд «Вояджер-2» наблюдал Нептун воочию.
Поиски Вулкана
В 1859 году, Леверье использовал те же математические вычисления и попытался объяснить возмущение орбиты Меркурия. Он предположил, что крошечная планета Вулкан может вращаться достаточно близко к Солнцу, чтобы быть скрытой от глаз солнечным светом, но достаточно большой, чтобы нарушить орбиту Меркурия.
«Если верить теории гравитации Исаака Ньютона, то обнаружение легкого колебания в середине орбиты Меркурия, которое нельзя объяснить притяжением Венеры или Земли, имеет только одну интерпретацию. Там может быть неоткрытая планета или группа астероидов, которую невозможно наблюдать с Земли из-за близости к Солнцу», — поделился в интервью National Geographic Том Левенсон, профессор научной журналистики в Массачусетском технологическом институте.
Эта новая теория колебания орбиты Меркурия положила начало периоду «вулканомании» во второй половине XIX века. Астрономы-любители и профессиональные ученые «отправились» на поиски предполагаемой планеты, а некоторые даже утверждали, что видели ее своими глазами.
Первое из этих «наблюдений» было сделано французским астрономом-любителем Эдмоном Модестом Лескарбо в 1859 году. Работая в импровизированной обсерватории, оборудованной в сарае на заднем дворе, он навел телескоп на Солнце и увидел нечто похожее на крошечную круглую планету. Позже он поделился своими наблюдениями с Леверье, и его репутация сыграла свою роль — все убедились в существовании Вулкана. Кроме того, учитывая ту эпоху, у ученых было мало причин, чтобы сомневаться в открытии. Дело в том, что оно идеально вписывается в господствующее представление о Вселенной, основанное на законах тяготения Ньютона.
Что мы знаем о несуществующей планете?
Считается, что масса Вулкана должна соответствовать массе Меркурия, чтобы оказывать гравитационное воздействие на «соседа». Однако Леверье считал, что этого недостаточно, и склонялся к тому, что без группы астероидов не обойтись.
Тем не менее, наблюдения Лескарбо и записи, которые он вел о них, предоставили математику важные данные, чтобы он мог попытаться определить орбиту Вулкана, расстояние от Солнца и другие характеристики. По этим данным Леверье рассчитал примерно круговую орбиту планеты. Он оценил расстояние Вулкана от звезды примерно в 21 млн км. Как известно, у Меркурия самая эксцентричная орбита среди всех планет Солнечной системы, но при максимальном сближении с Солнцем в перигелии она составляет около 45,8 млн км.
Леверье рассчитал период обращения: у ученого вышло около 19 дней и 18 часов с наклонением орбиты около 12 градусов и 10 минут относительно эклиптики. До своей смерти в 1877 году математик предпринял несколько попыток предсказать транзит Вулкана через Солнце перед своей смертью, но это ни к чему не привело.
Кроме расчетов Леверье, мало что еще можно было сказать с уверенностью о планете, которой, в конце концов, не существовало на самом деле. Если бы она существовала, то была бы в разы горячее, чем Меркурий, поскольку находилась более чем в два раза ближе к Солнцу. Возможно, поэтому некоторые наблюдатели, которые утверждали, что видели Вулкан, говорили, что он имел красноватый оттенок.
Кто похоронил поиски Вулкана?
Хотя законы Ньютона помогают предсказывать гравитационные эффекты, они не являются истиной в последней инстанции. Так, когда Альберт Эйнштейн начал разрабатывать свою общую теорию относительности, неуловимая планета Вулкан была очень важна для него.
Дело в том, что Меркурий был «полигоном» для разработки его общей теории относительности. Если бы она могла объяснить колебание орбиты Меркурия, не «полагаясь» на существование Вулкана, то она не только бы разрешила великую загадку в астрономии и физике. ОТО полностью заменила Ньютона и его законы движения и тяготения в описании Вселенной.
Ключевым открытием общей теории относительности Эйнштейна было представление о гравитации как о чем-то большем, чем просто о силе между двумя телами, как считал Ньютон. Для Эйнштейна это было последствием «погружения» массы в «ткань» того, что он назвал пространством-временем.
Согласно основам общей теории относительности, пространство и время не статичны, а динамичны и могут изменяться. То, как это происходит, зависит от присутствия и движения материи и энергии. Огромная масса, подобная Солнцу, создает кривые в пространстве-времени. Это нормально, что звезда будет влиять на движение объектов. Например, на орбиту Меркурия.
Без искривленного пространства-времени нужна какая-то другая масса, например, планеты Вулкан, которая заставит ее колебаться. Но, согласно ОТО, Меркурий ведет себя именно так, как предсказывал Эйнштейн. В итоге за 100 с лишним лет после публикации общей теории относительности планета Вулкан так и осталась гипотетической, и ее перестали искать.
Читать далее
Стандартная модель физики уже не актуальна? Главное о новой работе ученых на коллайдере
Ученые «воскресили» древний фермент, чтобы прокормить 9 млрд человек к 2050 году
Найдены следы сильнейшего землетрясения в истории человечества