Для того чтобы иметь возможность вычислить положение не открытой еще планеты на небе, Леверье пришлось проделать огромнейшую вычислительную работу. Эту работу он начал летом 1845 года, а закончил только 5 октября 1846 г. Какая же была у него побудительная причина для столь обширных вычислений, продолжавшихся больше года?
Для ответа на этот допрос надо вспомнить некоторые подробности, касающиеся состояния астрономии в восьмидесятых годах ХVIII столетия.
Загадка Урана
13 марта 1781 года Вильям Гершель, никому тогда еще неизвестный любитель астрономии, по профессии музыкант и учитель музыки, открыл в созвездии Близнецов какую-то странную туманную звезду и решил, что это новая комета. Он написал об этом небольшую статейку, напечатал ее и никак не думал, что это открытие принесет ему мировую славу.
Открытая В. Гершелем странная звезда оказалась не кометой, а новой планетой, находящейся в 19 раз дальше от Солнца, чем наша Земля.
Вскоре после открытия Урана была определена его орбита. В 1789 году француз Деламбр, искусный вычислитель, построил первые таблицы движения Урана. Эти таблицы согласовались с наблюдениями только до второго десятилетия XIX в., а затем стало замечаться постепенное расхождение между вычисленными и наблюдаемыми положениями Урана. В 1821 году это расхождение достигло довольно значительной величины. Поэтому исследованием движения Урана и составлением более точных таблиц этой планеты занялся астроном Алексис Бувар. Результат его работы оказался совсем неожиданным. Выяснилось, что совершенно невозможно представить одними и теми же формулами старые наблюдения 1690—1771 гг. и новые 1781—1820 гг., так что Бувар решил совсем отбросить старые наблюдения, но при этом высказался так: «Время должно будет решить, от чего зависит трудность примирить два ряда наблюдений - от неточности ли старых наблюдений или от какой-либо посторонней, незамеченной силы, действующей на планету.
Какая сила могла действовать на Уран?
По известному еще из школьного курса закону Кеплера, все планеты притягивают друг друга, и каждая планета этими малыми силами планетных притяжений как бы все время «совлекается» с ее эллиптического пути. Эти простые соображения, конечно, можно применить и к Урану: на эту планету будут действовать своими могучими притяжениями две наибольшие планеты нашей солнечной системы — Юпитер и Сатурн. Но, может быть Ураном не заканчивается наша Планетная система? Может быть, существует другая, неизвестная, еще более удаленная от Солнца планета, которая также «совлекает» Уран с его эллиптической орбиты?
Подобная мысль очень скоро зародилась в гениальной голове Леверье, но он прежде всего доказал, проделав огромнейшие вычисления, что действие всех известных тогда планет на Уран по закону всемирного тяготения совершенно не может объяснить загадки движения этой планеты. Только после этого Леверье поставил перед собой такую задачу: «Возможно ли объяснить отклонения в движении Урана действием планеты, лежащей вдвое дальше от Солнца, чем Уран? Если это возможно, то требуется найти, где находится эта планета».
Как Леверье решил задачу
Очень малые отклонения от эллиптического движения какой-нибудь планеты называются возмущениями. Вычисление возмущений — дело трудное и сложное. Но у Леверье было для этого хорошее пособие: огромные тома трактата по небесной механике знаменитого Лапласа. Они были полны самых сложных и длинных формул, но упрямый Леверье их не испугался. Он перекроил на свой лад эти формулы и засел за вычисления. Правда, ему мешало одно серьезное затруднение: он не знал расстояния предполагаемой неизвестной планеты от Солнца. Но зато он знал то интересное, хотя и приблизительное соотношение между расстояниями планет от Солнца, которое называется обыкновенно законом Боде.
Вот в чем заключается этот закон:
Напишем ряд четверок (столько, сколько есть планет); затем к первой четверке прибавим ноль, ко второй 3, к третьей 6, к четвертой 12 и т. д., постоянно удваивая прибавляемое число. Тогда полученные числа будут приблизительно равны средним расстояниям планет от Солнца, если только расстояние Земли от Солнца условно принять за 10, а малые планеты (астероиды) считать за одну планету.
Следовательно, Леверье мог принять для неизвестного ему расстояния новой планеты от Солнца число 38,8 (принимая расстояние Земли от Солнца за единицу). Увы, закон Боде как раз в случае новой планеты и оказался неверным: расстояние ее в действительности оказалось равным 30,07. И все-таки со своим неверным расстоянием Леверье прекрасно справился с решением задачи, и 31 августа 1316 года доложил Французской академии наук все параметры неизвестной планеты, приближенную величину ее диаметра, ее предполагаемую яркость, предварительную эллиптическую орбиту и, самое главное, ее положение на небе. Оставалось по этим данным отыскать теперь новую планету.
В наше время новую планету, предсказанную Леверье, сразу бы нашли во многих обсерваториях— и в Париже, и в Москве, потому что к ее отысканию применили бы излюбленный теперь астрономами фотографический метод. Но в то время разыскать планету можно было только в Берлинской обсерватории, — только там имелись карты звезд до восьмой величины включительно, а искомая планета и должна была представляться на небесном своде звездочкой восьмой величины.
Получив известие от Леверье, астроном Берлинской обсерватории Иоганн Готтфрид Галле 23 сентября 1846 года начал поиски новой планеты. И он ее нашел; планета действительно оказалась звездочкой восьмой величины и не была показана на имевшейся у него звездной карте. При увеличении в 320 раз эта «подозрительная» звездочка показывала заметный диск и, кроме того, она, хотя и слабо, перемещалась среди звезд. Очевидно, это и была новая планета.
Так в первый же вечер новую планету нашли. Какой триумф для Леверье! Он быстро сделался мировой знаменитостью. Но триумф Леверье был в сущности триумфом великого закона,— закона всемирного тяготения Ньютона. Сила притяжения Урана Нептуном вполне объяснила все замеченные странности в движении Урана.
