Наряду с фундаментальными теоретическими исследованиями по небесной механике Лагранжа, Лапласа и других корифеев конца XVIII и начала XIX столетий, перед астрономией в самые первые годы XIX века возникла, казалось совсем неожиданно, важная математическая и практическая задача, которую блестяще решил Карл Гаусс.
Проблема, решенная знаменитым математиком в удивительно короткие и, самое главное как мы увидим ниже нужные сроки, имеет достаточно прозрачную формулировку. Представим себе, что астроном имеющий в своем распоряжении оптический инструмент (например, телескоп), наблюдает с Земли какую-нибудь планету и следовательно может измерить две ее угловые координаты (широту и долготу на небесной сфере, или более привычные для астрономов координаты — прямое восхождение и склонение) для каких-то моментов времени. Специально подчеркнем, что оптические приборы не позволяют непосредственно определить расстояние от наблюдателя до наблюдаемого объекта, что можно сделать, например современными радиолокационными методами. Можно поставить следующую интересную задачу какое минимальное число наблюдений (одно наблюдение характеризуется моментом времени и двумя угловыми координатами) необходимо, чтобы определить параметры эллиптической орбиты, по которой планета движется вокруг Солнца и ее местоположение на этой орбите в определенный момент времени. Всего таких параметров, как мы знаем шесть. Конечно, задача об определении элементов эллиптической орбиты планеты по наблюдениям решалась и до Гаусса, но это были. Приближенные математически не строгие решения, чаще всего основанные на идее внесения поправок.
Гаусс строго доказал, что минимальное количество наблюдений с Земли для определения шести элементов гелиоцентрической эллиптической орбиты равно трем. Но как и подобает великому математику он этим не ограничился, а детально разработал замечательный метод определения элементов эллиптической орбиты по трем наблюдениям. Метод Гаусса сыграл в прошлом и играет в наши дни огромную роль в небесной механике и астродинамике при определении положения в пространстве планет, спутников и комет, а также искусственных спутников и межпланетных станций.
Мы говорили выше о том, что Гаусс решил эту задачу в подходящий момент. Дело в том, что в первый день XIX века 1 января 1801 года, итальянский астроном Джу-зеппе Пиацци (1746—1826), работая над составлением звездной карты одного участка неба, обнаружил наблюдая в телескоп новую звезду примерно 8-й величины (невидимую при наблюдениях простым глазом). Через несколько дней он увидел, что это не звезда, так как она перемещается между другими звездами. Отсутствие видимого диска не позволяло причислить это новое небесное светило к планетам. Пиацци продолжал наблюдать его до середины февраля 1801 года, когда оно подошло близко к Солнцу, исчезло в его лучах и укрылось таким образом от глаз наблюдателей. Вот и возникла задача об определении орбиты нового небесного тела по тем данным, которые успел получить из своих наблюдений Пиацци. С этой задачей блестяще справился Гаусс. Вычисления показали, что орбита нового небесного тела располагалась между орбитами Марса и Юпитера и была похожей на орбиты известных планет. Гаусс вычислил также положения этого небесного тела на небе для различных моментов времени и этим указал, где его можно наблюдать в дальнейшем. 1 января 1802 года скрывшееся небесное тело было обнаружено в том месте Неба, которое указал Гаусс.
Вскоре были обнаружены еще три таких же небесных тела, похожих в телескоп на звезды, но движущиеся по своим орбитам как планеты. Первое из них открыл 8 марта 1802 года немецкий астроном-любитель, врач по профессии, Генрих Ольберс (1758—1840), второе — 1 сентября 1804 года — немецкий астроном К. Гардинг и третье, 24 марта 1807 года — опять Ольберс. Это был новый класс небесных тел в Солнечной системе. Они движутся в пространстве как планеты, но не имеют видимого диска и выглядят, как звезды. Было естественно объяснить это их малыми размерами.
По традиции им присвоили имена персонажей древнегреческих и древнеримских мифов, но почему-то только женских. Первую малую планету назвали Церерой (богиня земледелия), вторую — Палладой (богиня войны и побед), третью — Юноной (богиня неба), четвертую — Вестой (богиня — покровительница дома и семьи).
Таким образом, в 1807 году Солнечная система включала уже 23 объекта: Солнце, 10 планет (шесть больших и четыре астероида), десять спутников (Луна, четыре галилеевых спутника Юпитера, пять спутников Сатурна), кольцо Сатурна и комета Галлея.
Анализ элементов орбит первых четырех астероидов, приведенных в таблице 5, послужил отправным пунктом как для серьезных исследований в области космогонии, так и для не очень обоснованных, но зато заманчивых, фантастических соображений. Пищу для таких соображений давало также правило планетных расстояний, известное сейчас как закон Тициуса — Боде.
|
