Магнетизм высокого напряжения. Максвелл. Электромагнитный синтез - [23]
«Боюсь, математики Кембриджа ничего не понимают в исследованиях, требующих долгих математических расчетов. Я бы обрадовался, если бы мог предложить какую-нибудь тему, которая привлекла бы кандидатов».
С помощью своего примитивного телескопа Галилей заметил в 1610 году, что нечто странное сопровождает Сатурн, — как будто у планеты есть ручки или два больших спутника с каждой стороны:
«Я заметил, что самая дальняя планета — это тройная система... Они почти соприкасаются».
Но еще большее замешательство ученый испытал, когда два года спустя эта картина исчезла. «Сатурн пожирает собственных детей?» — написал он Марку Вельзеру, члену влиятельной семьи на юге Германии, который подогрел его интерес к астрономии, увлекшись открытием солнечных пятен. В последующие годы многие астрономы наблюдали кольца в различных ситуациях, но никто не решался дать объяснение, полностью охватывающее такой странный объект, и на время он был предан забвению.
В 1655 году голландец Христиан Гюйгенс с помощью своего брата построил телескоп и открыл спутник Титан — небольшую планету, которая сопровождала Сатурн. Она имела период обращения 16 дней и 4 часа. Но больше всего Гюйгенса заинтересовали странные придатки, которые показались ему двумя ручками. Поразмыслив, ученый предположил, что они не могут находиться в состоянии покоя, а должны вращаться вокруг планеты, и так как они сохраняют свой облик, то, должно быть, это что-то вроде колец. Исчезновение «ручек» в 1656 году доказало ему. что данное образование должно быть очень тонким и плоским. Так что в 1659 году в работе Systems Saturnium он писал:
•Сатурн окружен тонким и плоским кольцом, которое нигде не касается его и расположено под наклоном к эклиптике [...] Здесь я должен покончить с подозрением тех. кто считает странным и нерациональным то, что я придал форму небесному телу. Раньше этого никто не делал, ведь кажется точным и естественным то, что тела приобретают только сферическую форму. [...] Нужно иметь в виду, что мне подобное пришло в голову не из-за каприза, (...) но я ясно видел кольцо собственными глазами».
Решение, найденное Гюйгенсом для загадки Сатурна, не пришло просто с помощью построения мощного телескопа (который был грубым и неуклюжим по сравнению даже с теми, что сегодня доступны любому астроному-любителю), оно было результатом тщательных рассуждений. Пришлось ждать 1675 года, когда итальянец Джованни Доменико Кассини (1625-1712) открыл, что у этих колец есть структура и внутри них существует щель. Сегодня она известна как щель Кассини.
Изображение Сатурна, сделанное в 1980 гаду с помощью автоматического зонда Вояджер-1. На кольцах Сатурна можно увидеть тень планеты.
Чэллис включил в свое письмо список из четырех вариантов. Две проблемы были связаны с небесной механикой, и одна — с аберрацией света, его любимой темой. Аберрация света — это различие, которое возникает между наблюдаемым положением звезды и ее реальным положением из-за комбинированного эффекта скорости Земли и скорости света. Данное явление подобно тому, которое мы переживаем, идя под дождем: даже если капли падают вертикально, при перемещении нам кажется, что они летят под углом. Четвертой темой в списке значилось «Исследование возмущений в формах колец Сатурна при предположении, что они текучие». Это также была одна из любимых тем Чэллиса, и в то время о ней говорили многие астрономы благодаря выводам, к которым пришел известный русский астроном Отто Струве (1819-1905) о «приближении внутреннего кольца к планете Сатурн».
Проблема колец превратилась в жаркую тему с тех пор, как в 1850 году американский астроном Джордж Филлипс Бонд (1825-1864) из Гарвардского университета нашел «темное кольцо», расположенное внутри уже двух известных и открытых Кассини ранее. На следующий год он посетил Европу и обсудил свое открытие со своими коллегами. В Пулковской обсерватории в Санкт-Петербурге Бонд смог наблюдать за Сатурном вместе с Отто Струве. В своем дневнике он записал, что ему показалось, будто Струве в первый раз видит новое кольцо. После того как они обсудили это явление с ним, а также с его отцом, Вильгельмом Струве, был сделан вывод, что система колец находится «в процессе изменения».
Открытие Бонда подстегнуло интерес Струве к Сатурну, и он начал ряд наблюдений и тщательное штудирование соответствующей литературы, пока не заключил, что темное кольцо образовалось недавно. Изучив результаты двухвекового наблюдения системы колец, он сделал вывод:
«Нижний предел самого внутреннего кольца постепенно приближается к диску планеты, и в то же время общая ширина двух блестящих колец находится в постоянном увеличении».
У этого утверждения было важное теоретическое значение, потому что если кольца действительно меняли форму с течением времени, это подтверждало бы гипотезу о том, что они — текучие, а не твердые тела, как и думал Чэллис, предлагая данную тему для премии.
Итак, с учетом этой идеи Чэллис объявил об условиях премии 1857 года, которая касалась стабильности колец. Он предполагал, что стабильность появляется, если только учитывать исключительно силу тяготения, и объяснил Томсону:
