Вулкан / ˈ v ʌ l k ən / [2] был предложенной планетой , которую некоторые астрономы до 20 века считали существующей на орбите между Меркурием и Солнцем . Спекуляции и даже предполагаемые наблюдения за межмеркурианскими телами или планетами относятся к началу 17 века. Аргументы в пользу их вероятного существования были подкреплены поддержкой французского математика Урбена Леверье , который предсказал существование Нептуна, используя возмущения на орбите Урана . К 1859 году он подтвердил необъяснимые особенности орбиты Меркурия и предсказал, что они должны быть результатом гравитационного влияния другой неизвестной близлежащей планеты или серии астероидов . Сообщение французского астронома-любителя о том, что он наблюдал объект, проходящий перед Солнцем в том же году, заставило Леверье объявить, что долгожданная планета, которой он дал имя Вулкан, наконец-то обнаружена.
В течение последующих десятилетий было проведено множество поисков Вулкана, но, несмотря на несколько заявленных наблюдений, его существование не было подтверждено. Необходимость в планете как объяснении орбитальных особенностей Меркурия позже оказалась ненужной, когда общая теория относительности Эйнштейна 1915 года показала, что отклонение Меркурия от орбиты, предсказанной ньютоновской физикой, объясняется эффектами, возникающими из-за искривления пространства-времени, вызванного массой Солнца. [3] [4]
Небесные тела, находящиеся внутри орбиты Меркурия, были предметом гипотез, их искали и даже утверждали, что их наблюдали, на протяжении столетий. [ необходима цитата ]
Утверждения о том, что они действительно видели объекты, проходящие перед Солнцем, включают заявления немецкого астронома Кристофа Шайнера в 1611 году (что оказалось открытием солнечных пятен ), [5] наблюдения британского юриста, писателя и астронома-любителя Капеля Лоффта «непрозрачного тела, пересекающего солнечный диск» 6 января 1818 года, [6] и сообщение баварского врача и астронома Франца фон Паулы Грюйтхейзена от 26 июня 1819 года о наблюдении «двух маленьких пятен... на Солнце, круглых, черных и неравных по размеру». [7] Немецкий астроном Иоганн Вольфганг Пасторфф сообщил о многих наблюдениях, также утверждая, что видел два пятна, с первым наблюдением 23 октября 1822 года и последующими наблюдениями в 1823, 1834, 1836 и 1837 годах; В 1834 году было зафиксировано, что большее пятно имело поперечник в 3 угловые секунды , а меньшее — в 1,25 угловых секунды. [7]
Предположения о том, что внутри орбиты Меркурия могут вращаться планеты, были выдвинуты британским ученым Томасом Диком в 1838 году [8] : 264 и французским физиком, математиком и астрономом Жаком Бабине в 1846 году, который 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. [8] : 156
Поскольку планета, находящаяся вблизи Солнца, терялась в его ярком свете, несколько наблюдателей начали систематические поиски, чтобы попытаться поймать ее во время « транзита », то есть когда она проходит перед солнечным диском. Немецкий астроном-любитель Генрих Швабе безуспешно искал ее в каждый ясный день с 1826 по 1843 год, а ученый из Йельского университета Эдвард Клавдий Херрик проводил наблюдения дважды в день, начиная с 1847 года, надеясь поймать планету во время транзита. [8] : 264 Французский врач и астроном-любитель Эдмон Модест Лескарбо начал искать диск Солнца в 1853 году, а более систематически — после 1858 года, с помощью 3,75-дюймового (95 мм) рефрактора в обсерватории, которую он установил за пределами своей хирургии. [8] : 146
В 1840 году Франсуа Араго , директор Парижской обсерватории , предложил математику Урбену Леверье поработать над темой орбиты Меркурия вокруг Солнца . Целью этого исследования было построение модели, основанной на законах движения и тяготения сэра Исаака Ньютона . К 1843 году Леверье опубликовал свою предварительную теорию движения Меркурия, с подробным изложением, опубликованным в 1845 году, которая была проверена во время прохождения Меркурия по диску Солнца в 1848 году. [9] [10] Предсказания теории Леверье не совпали с наблюдениями. [9]
Несмотря на это, Леверье продолжил свою работу и в 1859 году опубликовал более тщательное исследование движения Меркурия. Оно было основано на серии меридиональных наблюдений планеты и 14 транзитах. Строгость этого исследования означала, что любые различия между предсказанным движением и тем, что наблюдалось, указывали бы на влияние неизвестного фактора. Действительно, некоторые расхождения оставались. [9] Во время орбиты Меркурия его перигелий продвигается на небольшую величину, что называется прецессией перигелия . Наблюдаемое значение превышает предсказание классической механики на небольшую величину в 43 угловые секунды за столетие. [11]
Ле Верье предположил, что избыточная прецессия может быть объяснена присутствием какого-то неопознанного объекта или объектов внутри орбиты Меркурия. Он вычислил, что это была либо другая планета размером с Меркурий, либо, поскольку маловероятно, что астрономы не смогли увидеть такой большой объект, неизвестный пояс астероидов около Солнца. [12]
Тот факт, что Леверье предсказал существование планеты Нептун в 1846 году [13], используя те же методы, придавал правдивость его заявлению. [ необходим неосновной источник ] [ необходима ссылка ]
22 декабря 1859 года Леверье получил письмо от Лескарбо, в котором говорилось, что он видел транзит гипотетической планеты 26 марта того года. Леверье сел на поезд в деревню Оржер-ан-Бос , примерно в 70 километрах (43 мили) к юго-западу от Парижа , в самодельную обсерваторию Лескарбо. Леверье прибыл без предупреждения и приступил к допросу мужчины. [14]
Лескарбо подробно описал, как 26 марта 1859 года он наблюдал маленькую черную точку на поверхности Солнца . [ 15] Через некоторое время он понял, что она движется. Он подумал, что это похоже на прохождение Меркурия , которое он наблюдал в 1845 году. Он оценил расстояние, которое оно уже прошло, сделал некоторые измерения его положения и направления движения и, используя старые часы и маятник, с помощью которого он измерял пульс своих пациентов, оценил общую продолжительность прохождения (получив 1 час, 17 минут и 9 секунд). [14]
Ле Верье не был доволен грубым оборудованием Лескарбо, но был удовлетворен тем, что врач увидел транзит ранее неизвестной планеты. 2 января 1860 года он объявил об открытии новой планеты с предложенным названием из мифологии «Вулкан» [16] на заседании Академии наук в Париже. Лескарбо, со своей стороны, был награжден орденом Почетного легиона и приглашен выступить перед многочисленными учеными обществами. [17]
Однако не все приняли правдивость «открытия» Лескарбо. Выдающийся французский астроном Эммануэль Лие , работавший на бразильское правительство в Рио-де-Жанейро в 1859 году, утверждал, что изучал поверхность Солнца с помощью телескопа, вдвое более мощного, чем у Лескарбо, в тот самый момент, когда, по словам Лескарбо, он наблюдал его таинственный транзит. Таким образом, Лие был «в состоянии отрицать самым положительным образом прохождение планеты над Солнцем в указанное время». [18]
Основываясь на «транзите» Лескарбо, Леверье вычислил орбиту Вулкана: он предположительно вращался вокруг Солнца по почти круговой орбите на расстоянии 21 миллиона километров (0,14 а.е.; 13 000 000 миль). Период обращения составлял 19 дней и 17 часов, а орбита была наклонена к эклиптике на 12 градусов и 10 минут (невероятная степень точности). С Земли наибольшее удаление Вулкана от Солнца составляло 8 градусов. [14]
Многочисленные сообщения доходили до Леверье от других любителей, которые утверждали, что видели необъяснимые транзиты. Некоторые из этих сообщений ссылались на наблюдения, сделанные много лет назад, и многие из них не были датированы, не говоря уже о точном времени. Тем не менее, Леверье продолжал возиться с орбитальными параметрами Вулкана, по мере того как каждое новое сообщение о наблюдении достигало его. Он часто объявлял даты будущих транзитов Вулкана. Когда они не материализовались, он возился с параметрами еще немного. [19]
Вскоре после 08:00 29 января 1860 года Ф. А. Р. Рассел и еще три человека в Лондоне наблюдали предполагаемый транзит внутримеркурианской планеты. [20] Американский наблюдатель Ричард Ковингтон много лет спустя утверждал, что видел четко определенное черное пятно, движущееся по диску Солнца около 1860 года, когда он находился на территории Вашингтона . [21]
Никаких наблюдений Вулкана не проводилось в 1861 году. Затем, утром 20 марта 1862 года, между 08:00 и 09:00 по Гринвичу , другой астроном-любитель, мистер Ламмис из Манчестера, Англия, увидел транзит. Его коллега, которого он предупредил, также увидел событие. [22] Основываясь на отчетах этих двух мужчин, два французских астронома, Бенджамин Вальц и Родольф Радо , независимо друг от друга вычислили предполагаемый орбитальный период объекта, причем Вальц вывел цифру в 17 дней и 13 часов, а Радо — цифру в 19 дней и 22 часа. [8] : 168
8 мая 1865 года другой французский астроном, Аристид Кумбари, наблюдал неожиданный транзит из Стамбула , Турция . [23]
Между 1866 и 1878 годами не было сделано никаких надежных наблюдений гипотетической планеты. Затем, во время полного солнечного затмения 29 июля 1878 года , два опытных астронома, профессор Джеймс Крейг Уотсон , директор обсерватории Энн-Арбор в Мичигане , и Льюис Свифт из Рочестера, штат Нью-Йорк , оба заявили, что видели планету типа Вулкана близко к Солнцу. Уотсон, наблюдавший из Сепарейшн-Пойнт, Вайоминг, поместил планету примерно в 2,5 градусах к юго-западу от Солнца и оценил ее звездную величину в 4,5. Свифт, наблюдавший затмение из места недалеко от Денвера, штат Колорадо , увидел то, что он принял за внутримеркурианскую планету примерно в 3 градусах к юго-западу от Солнца. Он оценил ее яркость как такую же, как у Тета Рака , звезды пятой величины, которая также была видна во время полного затмения, примерно в шести или семи минутах от «планеты». Тета Рака и планета находились почти на одной линии с центром Солнца. [ необходима цитата ]
Уотсон и Свифт имели репутацию превосходных наблюдателей. Уотсон уже открыл более двадцати астероидов , в то время как Свифт назвал в его честь несколько комет . Оба описали цвет своей гипотетической внутримеркурианской планеты как «красный». Уотсон сообщил, что у нее был определенный диск — в отличие от звезд, которые в телескопах выглядят как простые точки света — и что ее фаза указывала на то, что она находилась на дальней стороне Солнца, приближаясь к верхнему соединению . [24]
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 совпадала ни друг с другом, ни с известными звездами. Идея о том, что во время затмения наблюдались четыре объекта, вызвала споры в научных журналах и насмешки со стороны соперника Уотсона CHF Peters . Peters отметил, что погрешность в устройстве для записи из карандаша и картона, которое использовал Уотсон, была достаточно большой, чтобы правдоподобно включить яркую известную звезду. Будучи скептиком гипотезы Вулкана, Peters отклонил все наблюдения, как ошибочно принятые известные звезды за планеты. [25] : 215–217
Астрономы продолжали искать Вулкан во время полных солнечных затмений в 1883, 1887, 1889, 1900, 1901, 1905 и 1908 годах. [25] : 219 Наконец, в 1908 году Уильям Уоллес Кэмпбелл , директор, и Чарльз Диллон Перрин , астроном Ликской обсерватории , после всесторонних фотографических наблюдений в трех экспедициях по наблюдению за солнечным затмением в 1901, 1905 и 1908 годах заявили: «По нашему мнению, работа трех экспедиций Крокера... окончательно завершает наблюдательную сторону проблемы планет вокруг Меркурия, известную уже полвека». [26]
В 1915 году теория относительности Эйнштейна , подход к пониманию гравитации, совершенно отличный от классической механики , устранила необходимость в гипотетической планете Леверье. [3] Она показала, что особенности орбиты Меркурия были результатом искривления пространства-времени, вызванного массой Солнца . [27] Это добавило предсказанное смещение перигелия Меркурия на 0,1 угловой секунды за каждый орбитальный оборот, или 43 угловые секунды за столетие, точное наблюдаемое значение (без каких-либо ссылок на существование гипотетического Вулкана). [28] Новая теория изменила предсказанные орбиты всех планет, но величина отличий от ньютоновской теории быстро уменьшается по мере удаления от Солнца. Кроме того, довольно эксцентричная орбита Меркурия значительно облегчает обнаружение смещения перигелия, чем в случае почти круговых орбит Венеры и Земли . Теория Эйнштейна была эмпирически подтверждена в эксперименте Эддингтона во время солнечного затмения 29 мая 1919 года, когда фотографии показали, что кривизна пространства-времени искривляет звездный свет вокруг Солнца. Астрономы в целом быстро согласились с тем, что большая планета внутри орбиты Меркурия не может существовать, учитывая исправленное уравнение гравитации. [25] : 220
Сегодня Международный астрономический союз зарезервировал название «Вулкан» для гипотетической планеты, хотя она была исключена, а также для Вулканоидов , гипотетической популяции астероидов, которые могут существовать внутри орбиты планеты Меркурий. Однако до сих пор наземные и космические телескопы , а также солнечный зонд NASA Parker не обнаружили таких астероидов. В то время как три астероида Атира имеют точки перигелия внутри орбиты Меркурия, их афелии находятся за пределами орбиты Меркурия. Поэтому их нельзя определить как Вулканоиды, что потребовало бы полностью внутримеркурианских круговых орбитальных траекторий, которыми ни один из них не обладает. [ необходима цитата ]
