Сказка о Джоне Адамсе и Урбене Леверье, поймавших Нептун на математический крючок

Нептун, открытая 23 сентября 1846 года благодаря двум теоретикам — Урбену Леверье и Джону Адамсу и двум наблюдателям — Иоганну Галле и Генриху д’Арре. Фото NASA. 1989 год.

Принцесса пришла в комнату, когда дети уже лежали в своих постелях в ожидании очередной истории. Дзинтара уселась в кресло и открыла книгу. Кресло было просторным, и принцесса уютно устроилась в нём с ногами.

— Молодой студент Кембриджа Джон Адамс, — начала она, — очень любил рыться на полках книжных магазинов, где каждый том хранит в себе и тайну, и знание, а книжная обложка — дверь в другой мир: открываешь её и окунаешься в новое захватывающее приключение…

На одной из полок студент наткнулся на брошюру, написанную главным — королевским — астрономом Англии Джорджем Эйри. Адамс пролистал её и узнал об интригующей космической загадке планеты Уран. Её открыл астроном Гершель с помощью своего телескопа. (См. «Наука и жизнь» № 7, 2012 г., с. 82.) Уран оказался строптивой планетой: она плохо подчинялась ньютоновскому закону гравитации. По сравнению с вычисленным положением, Уран то забегал вперёд, то резко отставал. Мнения учёных разделились. Одни заявили, что Ньютон вывел неточный закон. Другие сочли, что в орбите Урана «неправильно» учтена гравитация Юпитера и Сатурна.

Адамс доверял доказательствам Ньютона и знал, что крупнейшие математики и механики — Эйлер, Даламбер, Лагранж, Лаплас и Гаусс — развили ньютоновскую теорию движения планет до очень высокого уровня, и она прекрасно работала для всех планет, за исключением Урана. Молодой человек снова уткнулся в книгу…

Французский астроном Алексис Бувар, исследовавший странное поведение Урана, выдвинул гипотезу, что на его движение оказывает влияние неизвестная внешняя планета. Но где её искать? Учёные обсуждали возможность теоретического вычисления положения невидимой планеты. Джордж Эйри, который возглавлял Гринвичскую обсерваторию, скептически относился к подобным идеям и рассматривал эту гипотезу как совершенно нереальную. Его мнение охладило многие горячие головы.

Конечно, Адамс купил книгу Эйри. И хотя он был загружен учёбой до предела, часто думал о неведомой планете. Она так захватила воображение молодого человека, что он твёрдо решил сам определить координаты планеты, которая возмущает движение Урана. По мнению Адамса, планета-невидимка должна была располагаться дальше Урана и двигаться по орбите медленнее, чем он. Когда Уран догоняет невидимку, он испытывает сильное притяжение к ней. Для земного наблюдателя в это время Уран движется быстрее обычного. Потом он обгоняет более медленную соседку, и она начинает тянуть его назад. Тут Уран «тормозится», нарушая кеплеровские законы движения космических тел по орбите.

Блестяще окончив летом 1843 года Кембриджский университет, 24-летний Адамс уехал на каникулы к родителям и получил, наконец, возможность приступить к расчётам координат невидимой планеты. К октябрю он уже нашёл первое решение, в котором основные проблемы теории движения Урана объяснялись наличием внешней планеты, располагавшейся в два раза дальше него (это значение орбиты невидимой планеты Адамс выбрал, следуя правилу Тициуса-Боде. См. «Наука и жизнь» № 7, 2012 г., с. 88).

Адамс был скромным и робким молодым человеком. Он никому не сообщил о полученных результатах, считая их предварительными, и принялся уточнять данные — в частности, уменьшать радиус орбиты планеты-невидимки, чтобы достичь лучшего совпадения с наблюдениями. Два года Адамс упорно работал и к сентябрю 1845 года получил пятое по счёту, наиболее точное решение для параметров невидимой планеты, включая её небесные координаты. Его-то молодой человек и показал двум знаменитым астрономам — директору Гринвичской обсерватории Джорджу Эйри и директору Кембриджской обсерватории Джеймсу Чэллису (1803-1882).