В науке всегда есть соблазн объяснить непонятную мелочь чем‑то простым и обыденным — погрешностью измерений, какой‑нибудь космической пылью, неоткрытой частицей или неточным коэффициентом в знакомой всем формуле. Но иногда необъяснённая деталь, кажущаяся странной и несущественной одновременно — верный признак того, что мы что‑то не понимаем до конца в нашем мире. Полтора века назад объявили о новой планете в Солнечной системе. Всё как положено: вычисленная орбита, имя упразднённого римского божества, и, разумеется, первооткрыватель — сельский врач из французской глубинки, получивший за свою наблюдательность и везение орден Почётного легиона. Имя подобрали отличное. Только представьте: на угольно‑чёрном небе планеты, находящейся в три раза ближе к Солнцу, чем Меркурий, полыхает огромное, в семь раз больше Солнца на нашем небосводе, косматое светило, обрушивающее на раскалённую каменную равнину тысячи огненных копий. Каньоны пышут тёмно‑вишневым жаром, в низинах искрятся свинцовые озера, далёкие скалы плывут в нестерпимо ярком мареве — настоящая кузница бога огня. Имя Вулкан подходило ей как нельзя лучше.
Только вот самой планеты никогда не существовало. Но шестьдесят лет погони за призраком не были ни глупостью, ни массовым помешательством. Это была честная попытка использовать лучший научный метод той эпохи — тот самый, что позволил с триумфом открыть Нептун, просто указав его положение на небе по странностям движения Урана. Метод обещал избавить астрономов от поисков небесных тел наугад, от долгих холодных ночей у окуляра. И кто бы мог ожидать, что тот же метод заставит впустую потратить десятки лет на изнурительные поиски. Вулкан должен был быть, его искали, а он никак не находился. Отдельные наблюдения подтверждения не нашли, ажиотаж спал, в него перестали верить даже фанатичные сторонники. Понемногу история забылась, а имя Вулкан сценаристы «Звёздного пути» подарили родной планете Спока. С Ураном всё объяснилось; его сбивал с пути соседний неучтённый Нептун. С Меркурием тот же фокус не прошёл — соседа искали и не нашли. Меркурий продолжал идти не так, как должен по расчётам. Это раздражало и требовало объяснений.
История началась за сорок лет до Вулкана.
В 1821 году парижский астроном Алексис Бувар издал таблицы движения Урана. Работа рутинная, почти бухгалтерская: берёшь формулы ньютоновской механики, учитываешь притяжение Юпитера и Сатурна, и расписываешь положение планеты на небосводе на годы вперёд. С Юпитером и Сатурном это работало безупречно, Уран капризничал. Расхождение между расчётом и наблюдениями за один только 1819 год доходило до 76 угловых секунд. Это, на минуточку, больше видимого диска Юпитера. Даже для астрометрии XIX века что‑то многовато.
Бувар сделал то, что сделал бы любой из нас сейчас с противоречивым датасетом: выкинул не вызывающие доверия записи. Уран открыл Гершель в 1781 году, но до этого его десятки раз заносили в каталоги как обычную звезду — вот эти старые точки Бувар и объявил ненадёжными, пересчитав таблицы по свежим наблюдениям. Помогло — но только на несколько лет. Потом Уран снова поплыл, и к середине 1840-х расхождение накопилось почти до двух угловых минут.
Те, кто ломал над этой загадкой голову, обратили внимание, что расхождение в 1830 году поменяло знак: если до этого года Уран двигался с опережением графика, то после начал отставать. Оставалось предположить, что где‑то за орбитой Урана есть ещё одна планета. Пока Уран догонял её, она ускоряла его, когда обогнал — стала тормозить.
Ну, а дальше было дело техники. Джон Адамс, двадцатишестилетний выпускник Кембриджа, окончил расчёты орбиты новой планеты к октябрю 1845 года и отослал их директору Кембриджской обсерватории Джеймсу Чаллису и Королевскому астроному Джорджу Эйри. Оба встретили работу молодого математика равнодушно: Чаллис попросил уточнить детали, а Эйри соизволил через два месяца задать незначительный вопрос, после чего замолчал.
Французский математик и астроном Урбен Леверье работал публично. 31 августа 1846 года он выступил перед Французской академией наук с вычисленными координатами планеты. Теперь наводите телескопы, сказал он, и наблюдайте. Письмо Леверье добралось до Берлинской обсерватории только 23 сентября. В тот же вечер Иоганн Галле и его ассистент Генрих д'Аррест навели фраунгоферовский рефрактор по указанным координатам. Д'Аррест сверялся со звёздной картой, только что отпечатанной в Берлине; у Леверье в Париже такой ещё не было. Лишняя звездочка в указанной области неба нашлась меньше чем за час. Следующей ночью она сместилась на 12 угловых секунд к востоку. Звёзды так себя не ведут.
Забавно было то, что и Адамс и Леверье ошиблись в расчётах — новооткрытая планета Нептун находилась гораздо ближе предсказанного расстояния. Но на открытие это не повлияло, Нептун нашёлся на небе на расстоянии углового градуса от предсказанного положения. Всем повезло с конфигурацией: в 1846 году Нептун стоял так, что ошибка в расстоянии слабо влияла на его положение на земном небе. Почему они оба ошиблись независимо друг от друга? В то время астрономы верили в «закон Боде» — расстояния планет от Солнца увеличиваются в строгой геометрической прогрессии; формула неплохо ложилась на известные орбиты, предсказала в своё время и Уран, и малую планету Цереру — почему бы и для Нептуна закону не сработать? И они априори расположили следующую за Ураном планету на 38 а.е. от Солнца, хотя Нептун находился на 30,1. Формула Тициуса‑Боде впервые подвела именно на Нептуне.
Но это были уже детали. Просвещённый мир ликовал. Впервые планету нашли, просто решив систему уравнений. Если можно предсказывать миры на кончике пера, что ещё можно открыть? Ответ пришёл через тринадцать лет. Тот же Леверье, разбирая орбиту самой маленькой и самой быстрой планеты, Меркурия, снова увидел знакомые отклонения от вычисленного положения.
Меркурий — самая неудобная планета Солнечной системы для наблюдения с Земли. Он ближе всех к Солнцу, и орбита у него самая вытянутая из внутренних планет: эксцентриситет 0,206, расстояние до Солнца гуляет в пределах 24 миллионов километров. У орбиты есть перигелий, место наибольшего сближения с Солнцем. В упрощённой модели, если учитывать только Солнце и Меркурий, перигелий стоял бы на месте вечно: планета бегает вокруг Солнца по эллипсу, возвращаясь в одно и то же место. Но мир сложнее наших моделей: Венера, Земля, Юпитер, как лебедь, рак и щука, тянут Меркурий в разные стороны с переменной силой, и эллипс перестаёт замыкаться: с каждым оборотом перигелий чуть убегает вперёд по ходу движения. Получается лепесток розетки, медленно поворачивающийся вокруг Солнца.
Расчётами Леверье занимался после триумфа с Нептуном: пересчитывал орбиты всех планет, сводя трёхвековую бухгалтерию Солнечной системы в единую согласованную картину. До Меркурия очередь дошла к 1859 году. Лучшими данными по нему были транзиты — редкие проходы Меркурия по диску Солнца, когда планета видна как чёрная точка на диске Солнца. Момент, когда точка касается края диска, фиксируется по часам с секундной точностью; таких транзитов с 1697 по 1848 год накопилось четырнадцать.
У Меркурия прецессия, поворот орбиты относительно неподвижных звёзд, составляет 575 угловых секунд за столетие. Из них 43 угловых секунды в столетие ничем не объясняются. Такой незначительный поворот орбиты не разглядеть ни в какой телескоп; чтобы его выявить, понадобились полтора столетия наблюдения Меркурия. Казалось бы, 43 секунды — мелочь. Но Леверье умел доверять подобным аномалиям — одна такая привела его к открытию Нептуна.
Осенью 1859 года Леверье опубликовал вывод: внутри орбиты Меркурия должна находиться планета. Симметрия с Нептуном выходила невероятно красивой: одна планета была не замечена, потому что слишком далёка от Солнца, а другая — потому что слишком близка. Имя ей нашлось само: Вулкан, древнеримский бог огня, кующий в подземной кузнице.
Если орбита Урана имела признаки возмущения невидимой массой, и масса нашлась, почему орбита Меркурия должна быть исключением? Подобранная масса на подобранной орбите честно давала недостающие 43 секунды. Леверье расположил орбиту Вулкана примерно на 0,14 а.е., втрое ближе к Солнцу, чем Меркурий. Увидеть такую планету на ночном небе нельзя даже теоретически: на нашем небе она никогда не отходила бы от Солнца больше чем на восемь угловых градусов, теряясь в его лучах. Оставались две возможности наблюдения: либо поймать транзит — чёрную точку, ползущую по солнечному диску, либо разглядеть Вулкан рядом с Солнцем в те считанные минуты полного затмения, когда Солнце закрывает Луна.
За околосолнечной планетой, как оказалось, давно охотился, ничего не зная о гипотезе Леверье, один страстный любитель астрономии, Генрих Швабе, аптекарь из Дессау. Ещё в 1826 году он рассудил: если внутри орбиты Меркурия есть планета, рано или поздно она пройдёт по диску Солнца — надо только смотреть достаточно долго. Швабе наблюдал диск Солнца семнадцать лет, почти каждый погожий день. Планету он не открыл, зато накопил невероятное количество статистики по солнечным пятнам, и заметил, что их количество увеличивается и уменьшается с периодом около одиннадцати лет. Побочный результат неудачной охоты стал одним из главных открытий в физике Солнца. Да, такое случается — ищешь одно, а находишь совсем другое, может, даже более важное.
Эдмон Лескарбо, сельский врач из деревушки Оржер‑ан‑Бос к юго‑западу от Парижа, развлекался в свободное время с небольшим телескопом. 26 марта 1859 года он увидел на солнечном диске маленькую ползущую чёрную точку. Врач решил, что наблюдает транзит неизвестного тела, и принялся засекать время — старыми часами и самодельным маятником, которым считал пульс пациентам. Транзит, по его измерениям, длился 1 час 17 минут и 9 секунд.
Лескарбо девять месяцев молчал. Написать Леверье он решил только 22 декабря 1859 года, видимо, прочитав в газетах о его Вулкане. Леверье не стал даже отвечать письмом: он примчался в деревню без предупреждения и устроил врачу прокурорский допрос. Где журнал наблюдений? Где ваши расчёты? Чем вы измеряли время? Где ваше оборудование? «Оборудование», шарик из слоновой кости, привязанный шёлковой нитью к гвоздю, его смутило, но рассказ убедил. 2 января 1860 года Леверье объявил Академии: планета найдена. Лескарбо получил орден Почётного легиона, а газеты наводнили заголовки об открытии ещё одной планеты «на кончике пера».
Праздник омрачали две неприятности. Первая: масса тела, вычисленная по наблюдению Лескарбо, вышла примерно в одну семнадцатую массы Меркурия — во много раз меньше, чем нужно для объяснения лишних 43 секунд прецессии. Леверье тут же залатал модель: значит, сказал он, Вулкан не один, около Солнца есть целый пояс астероидов, или «вулканоидов», а врач видел лишь крупный осколок. Вторая неприятность была хуже. Эмманюэль Лиэ, французский астроном, работавший в Рио‑де‑Жанейро на большом телескопе, заявил, что наблюдал Солнце в тот же самый день, и готов категорически утверждать: никакая планета по диску не проходила. В переписке XIX века это звучало почти обвинение во лжи.
В последующие годы Вулкан периодически «открывали». А 29 июля 1878 года даже дважды в один день. Тогда полоса полного солнечного затмения прошла через американский Запад и на несколько минут открыла окрестности Солнца всем телескопам. Джеймс Крейг Уотсон, директор обсерватории в Анн‑Арборе, зафиксировал неизвестный объект примерно в двух с половиной градусах к юго‑западу от Солнца. Льюис Свифт под Денвером увидел объект дальше трёх градусов. Позиции не совпадали с расчётом Леверье, не совпадали с наблюдением Лескарбо, и не совпадали друг с другом.
Скептики разобрали эти заявления быстро. Астроном Петерс показал, что картонный планшет, на котором Уотсон карандашом отмечал положения, спокойно накрывал несколько известных ярких звёзд. За Вулкан, скорее всего, приняли обычные звёзды. Это объяснимо: наблюдатели нервничают, у них считанные минуты полной фазы затмения и сильнейшее желание что‑нибудь найти. Но критики их не щадили. Легче отделался Лескарбо. Он тихо вернулся к практике сельского врача и к любительской астрономии, но больше не заявлял ни о каких Вулканах, и умер, так и оставаясь кавалером ордена. Формального разбирательства или лишения награды не было.
После 1878 года Вулкан не видел никто и никогда. Потом пришёл XX век с его астрономической фотографией. Чарльз Перрайн и Уильям Кэмпбелл из Ликской обсерватории отсняли окрестности Солнца во время полных затмений 1901, 1905 и 1908 годов и просмотрели фотопластинки методично, без спешки. Никакой планеты рядом с Солнцем не было. «Эта работа окончательно закрывает наблюдательную сторону проблемы интрамеркуриальной планеты, знаменитой на протяжении полувека» — так они написали.
Открытый Леверье сезон охоты за Вулканом растянулся на шестьдесят лет. Он чем‑то напоминал охоту за летающими тарелками век спустя — газетная шумиха, дутые сенсации, много свидетельств, противоречащих друг другу. Причём никто из наблюдателей не лгал сознательно. Лескарбо не был мошенником, Уотсон руководил обсерваторией, Свифт был опытным наблюдателем, про прославленного Леверье и говорить нечего. Но их выводы не складывались: четыре разных Вулкана, четыре несовместимые орбиты, и ноль повторных наблюдений. С Нептуном всё было наоборот: два теоретика, не знавших друг о друге, указали одно и то же место, два наблюдателя сразу нашли там планету. Согласованный сигнал от независимых источников — так выглядит настоящая наука, и воспроизводимость результатов — её самый сильный аргумент. Вот только прецессия Меркурия никуда не делась; она осталась висеть в списке нерешённых задач небесной механики: знаменитая, точно измеренная, и никем не объяснённая.
В июне 1913 года в Цюрихе Эйнштейн вместе с Микеле Бессо сел считать Меркурий. На руках у него была черновая версия общей теории относительности, так называемый «Набросок» («Entwurf»), построенный вместе с математиком Марселем Гроссманом. Идея была в том, что гравитация замедляет ход часов рядом с тяготеющей массой, и рядом с Солнцем Меркурий проводит чуть больше времени, чем вдали от него. Эйнштейн хотел устроить своим догадкам настоящий экзамен на знаменитой загадке века. Рукопись сохранилась: пятьдесят страниц выкладок, часть почерком Эйнштейна, часть — Бессо. Только получалось 18 секунд, а не 43. Расчёты были повторены в декабре 1914 года де Ситтером и Дросте, которые получили те же 18 секунд. Ошибка была не в вычислениях, а в теории.
Эйнштейн постепенно пришёл к выводу, что не только время замедляется, но пространство рядом с Солнцем искривлено, и Меркурий пробегает около Солнца чуть больший путь. У гравитации в улучшенном варианте его теории появилось два разных эффекта: замедление времени и искривление пространства вблизи массы. «Набросок» верно учитывал только первую часть — замедление времени; вторую, пространственную компоненту, он попросту предполагал равной нулю.
Осенью 1915-го новые уравнения были готовы. Там были только гравитационная постоянная, масса Солнца, скорость света, параметры орбиты Меркурия — никаких домыслов, никаких взятых с потолка и подогнанных вручную коэффициентов. В этот раз получились ровно 43 угловых секунды в столетие. Реакцию Эйнштейна мы знаем от него самого. Адриану Фоккеру он потом рассказывал, что при виде результата у него началось сердцебиение. Зоммерфельду он написал 9 декабря: «Это дало мне совершенно новую оценку педантичной точности астрономии, над которой я раньше втайне посмеивался». А Дэвид Гильберт, в те же недели работавший над собственной версией уравнений, поздравил Эйнштейна со своей фирменной ядовитостью: «Я был бы первым, если бы умел считать так же быстро, как Вы».
По Эйнштейну, потенциальная яма возле Солнца чуть глубже ньютоновской; планета «проваливается» к Солнцу чуть сильнее, чем положено, проводит у Солнца чуть больше времени, и к моменту, когда она выбирается обратно, точка разворота уезжает вперёд по орбите. Помните «Интерстеллар» и планету возле чёрной дыры? «Один час — семь лет на Земле». Тут то же самое, но эффект не такой сильный. А насколько он слабый, говорит формула сдвига за один оборот:
Здесь 
— гравитационная постоянная, 
— масса Солнца, 
— большая полуось орбиты, 
— её эксцентриситет. Скорость света 
находится в знаменателе, в квадрате, а она колоссальна, оттого и эффект очень мал. Но у Ньютона этой поправки и вовсе нет: в его уравнениях пространство плоское, время течет равномерно, а сила тяготения обратно пропорциональна квадрату расстояния. Для Меркурия формула Эйнштейна даёт 0,103 угловой секунды за оборот. Оборотов Меркурия вокруг Солнца в земном столетии 415. Перемножьте — получите 43 секунды, без всяких Вулканов.
У Вулкана было два свободных параметра — масса и радиус орбиты. Их можно было подкручивать и подгонять так, чтобы объяснить 43 секунды Меркурия. Но та же масса на той же орбите обязана возмущать и соседей — а правильные сдвиги для Венеры, Земли и Марса уже не получались. У общей теории относительности свободных параметров не было вовсе; все компоненты формулы были известны задолго до Эйнштейна — и его формула выдала 43 секунды для Меркурия, 8,6 для Венеры, 3,8 для Земли, 1,4 для Марса, и все эти сдвиги соответствовали наблюдениям. Всё, загадка столетия решена.
Прошло уже полтора века без Вулкана; мы сегодня знаем гораздо больше о мире, чем во времена простых телескопов и гусиных перьев, но отдельные неувязки в астрономических наблюдениях по‑прежнему вызывают недоумение. В Поясе Койпера, за Нептуном, десятки крупных ледяных тел движутся как‑то странно: их орбиты сбиты в одну сторону, будто их что‑то притягивает. Такую конфигурацию клубка орбит считают почти невозможной без присутствия какого‑то тела, девятой планеты, которую никак не могут найти всё более совершенными телескопами. Знакомые улики, знакомый почерк! Но поиск очевидных объяснений уже подводил наших предшественников. Девятая планета может оказаться как новым Нептуном, так и новым Вулканом, призраком, сотканным из наших собственных заблуждений и ошибочных представлений об устройстве мира.
Леверье умер в 1877, до последних минут веря в свой Вулкан. Он ошибался в частном и был прав в главном: незначительная аномалия, незаметная глазу, и вправду вела к ещё неоткрытому. Только этим оказалась не очередная планета, а искривлённое пространство‑время нашего мира. Аномалии астрономии наших дней — хаббловское напряжение, изменчивая тёмная энергия, Ось Зла, тяготеющая масса на окраинах Солнечной системы, да и множество других, менее известных, сейчас ждут своих Эйнштейнов. Какая из них окажется Нептуном, а какая Вулканом, мы пока не знаем. Да и, оглядываясь назад, надо признаться самим себе — Вселенная каждый раз оказывается куда интереснее и сложнее наших самых красивых и логичных теорий.
