Поиск публикаций  |  Научные конференции и семинары  |  Новости науки  |  Научная сеть
Новости науки - Комментарии ученых и экспертов, мнения, научные блоги
Реклама на проекте

Кольца Урана - 1

Вторник, 24 Июль, 06:07, don-beaver.livejournal.com


KolcaUrana-2

Начало - http://don-beaver.livejournal.com/103176.html

...Это позволило переключиться на узкие колечки Урана, которые разительно отличались от широких колец Сатурна. Они были открыты в 1977 году по наземным наблюдениям затмения звёзд возле Урана. Интерес к урановским колечкам быстро разогревался, потому что в январе 1986 года к Урану должен был приблизиться "Вояджер-2". Что он там найдёт? Астрономам представлялась прекрасная возможность выдвинуть свои гипотезы, которые могли быть проверены в ближайшее время. И многие воспользовались этой возможностью.
Идея, что узкие кольца как-то связаны с резонансами, возникла в научной среде сразу. Сами открыватели колец Урана в 1977 году высказали мысль, что положение узких колечек связано с резонансами от пяти известных крупных спутников Урана. Дермотт и Голд связали радиусы орбит колец с трёхчастотными резонансами от двух пар известных спутников: Ариэля-Титании и Ариэля-Оберона. В ответ Акснес и Голдрайх с Никольсоном с удовольствием показали, что трёхчастотные резонансы от Миранды более значительны, но не совпадают с кольцами. Голдрайх и Тремайн высказали предположение, что кольца Урана - это нелинейные спиральные волны от резонансов в оптически тонком диске (см. ссылки в [7]).
Вся полемика вокруг колец Урана велась на самом "высоком уровне" - в статьях в Nature.
Позже Дермотт с соавторами выдвинул другую гипотезу - что в каждом кольце сидит по спутнику, который держит на своей орбите "банан" из мелких частиц. Голдрайх и Тремайн тоже передумали и в 1979 году высказались за то, что вокруг каждого кольца Урана расположены по два спутника-"пастуха", контролирующих положение и ширину кольца. В 1980 году "Вояджер-1" открыл возле узкого кольца F Сатурна два "пастуха" - Пандору и Прометея - и гипотеза "спутников-пастухов" для девяти узких колец Урана стала фаворитом среди научного сообщества.
Но нам с А.М. эта гипотеза не нравилась.

Согласно нашей модели образования колец, зоны колец и спутников отличались сдвиговыми скоростями и не должны были перемешиваться. Исключения возможны, особенно в промежуточной зоне между кольцами и спутниками - там, где расположено кольцо F с пастухами, - но было трудно представить существование возле Урана обширной зоны, где равномерно перемешивались 9 колец и от 10 до 18-ти спутников - как предполагалось по модели спутников-пастухов.
Если среди западных ученых были популярны катастрофические модели образования колец вследствие гибели неосторожных спутников в зоне Роша, то для нас с А.М. было ясно, что кольца регулярно образовались из самой внутренней части околопланетного протодиска, из внешней части которого выросли спутники. При этом мы не стали доверять общепринятым истинам (или мифам), а сами рассчитали величину приливных сил - и она оказалась совершенно ничтожной для метровых частиц колец.
Понимание регулярности (некатастрофичности) образования околопланетных систем колец и спутников сыграло ключевую роль в дальнейших рассуждениях и выводах. Регулярный околопланетный диск должен быть непрерывным - как это показывали стыкующиеся (и даже перекрывающиеся) системы колец и спутников возле Юпитера и Сатурна. Но в 1985 году системы колец Урана и его спутников не стыковались - они были разделены огромным пустым пространством от 50 до 130 тысяч километров. Значит, в пустой зоне между кольцами и Мирандой должны существовать невидимые спутники, которые могли отвечать за положения колец Урана. Но как найти эти спутники? Если они резонансно влияют на положения колец, то логично было определить для каждого кольца резонансные внешние орбиты.
Несложные вычисления с карманным калькулятором - и в январе 1985 года была составлена следующая примечательная таблица (см.таб.1). Вернее, в январе были рассчитаны столбцы с резонансами 3:4 и 2:3; столбец с 1:2 был добавлен несколько позже - в мае. В таблице 1 сразу бросаются в глаза попарные совпадения внешних резонансных орбит (указаны стрелками). Одно случайное совпадение было бы неудивительным, но несколько сразу не могло быть случайным! Была выдвинута гипотеза о существовании на 4 орбитах спутников, каждый из которых контролировал положение сразу двух колец. Для полноты картины возле внешнего, самого широкого и пекулярного кольца "эпсилон", был предположен внешний спутник-пастух.
А.М. сразу оценил значимость этих совпадений и стал звонить в Новосибирск Б.В.Чирикову - известному специалисту в области резонансов. Чириков, помнится, сказал: пять спутников для девяти колец? Многовато.
Обсуждения шли и с другими специалистами. В нашей статье [3] выражены благодарности В.И.Арнольду, Б.В.Чирикову и М.С.Боброву. Математик Владимир Игоревич Арнольд известен всем, а Бобров Мар Сергеевич был планетчик, работавший в Астросовете и опубликовавший в 1970 году небольшую монографию «Кольца Сатурна».
Мы приступили к написанию статьи [3], которую отправили в "Письма в Астрономический журнал" 18 апреля 1985 года. Название статьи придумал А.М. - в присущем ему энергичном стиле, вынеся в название главную идею статьи. Редакция "Писем" располагалась в Астросовете, так что статья попросту была отнесена на первый этаж астрономического особняка на Пятницкой, 48.
Tab1
Таблица 1. Совпадение внешних резонансных орбит для колец Урана

У меня сохранилась копия рукописи статьи [3]. Интересно сравнить её с вариантом, опубликованным в сентябрьском номере "Писем в АЖ" (рис.1).
Во-первых, в аннотации категоричная формулировка "кольца Урана расположены в резонансах" заменилась на осторожное: "расположение колец Урана соответствует резонансам". Во-вторых, убрано перечисление конкретных резонансов, потому что список их расширился. В-третьих, список орбит пяти спутников изменился. Последние изменения связаны с тем, что в мае 1985 года были рассчитаны другие возможные резонансы - 1:2, 3:5 и т.д. - и обнаружилось, что существует ещё одна пара совпадающих орбит, но уже для резонансов 1:2 и 2:3 (см. таб.1). Получив 6 спутников для 9 колец, мы с А.М. призадумались. Получалось больше, чем многовато. В конце концов, мы решили, что спутник Z на орбите 61860 км менее важен, чем новый спутник на орбите 66450 км, и опубликовали обновлённый набор из пяти спутников.
Ris1-Papers-2-small
Рис. 1. Вверху: рукопись, сданная в редакцию «Писем в АЖ» 18 апреля 1985 года. Внизу: статья, опубликованная в сентябрьском номере журнала [3]

В старых бумагах я нашёл черновой рисунок от мая 1985 года (рис.2) – вернее, это рисунок из апрельской рукописи, сданной в редакцию, который стал переделываться, когда рукопись после рецензий (вполне положительных) уходила в печать.
Видно, что первый набор спутников был X,Y,Z,W, к которым добавлен внешний пастух V. Открытие новой перспективной орбиты Z2 заставило старому спутнику Z приписать номер 1 и знак вопроса. Рассматривались также ещё два спутника - внутренний пастух V2 и спутник Zη на радиусе (он обеспечивал резонансом 1:2 кольцо "эта", которое оставалось без сильного резонанса при выбрасывании старого спутника Z1 - см. таблицу 1). В итоге, из восьми обсуждавшихся спутников мы выбрали пять наиболее надежных - 4 с двойными резонансами и один спутник-пастух. И внесли уже в корректуру статьи именно такой набор спутников: V,X,Y,W,Z.
Нужно отметить, что мы с А.М. не собирались ждать, сложа руки, пролёта «Вояджера». Вместе с наблюдателем из Астросовета Михаилом Смирновым и тогдашним директором САО В.Л.Афанасьевым мы опубликовали в июльском «Астрономическом циркуляре» заметку о возможности наземных наблюдений мелких спутников Урана [4]. С Афанасьевым была достигнута договорённость о проведении поиска на 6-ти метровом телескопе невидимых спутников Урана. К сожалению, шестиметровик летом 1985 года ремонтировался, и наблюдения провести не удалось (между тем, возможность наблюдения мелких спутников Урана наземными телескопами впоследствии была доказана).
Small-Ris2a-Uranian-rings
Small-Ris2b-Kolca-1985-b
Рис. 2. Вверху – часть первоначального (в процессе исправления) рисунка к статье [3], внизу – полный рисунок, опубликованный в статье [3]

Реакция коллег на статью была скептической. Заместитель главного редактора (де-факто – глава редакции) «Писем в Астрономический Журнал» Эне Вамболовна Эргма, встретив меня в библиотеке Астросовета, сказала: «Вашу с Фридманом статью о предсказании спутников Урана мы опубликуем, но вы же понимаете, что это просто НЕВОЗМОЖНО!» Я пытался спорить, но на все мои возражения доктор физико-математических наук Эргма отвечала с мудрой усмешкой «Невозможно!» - без особых аргументов, просто из психологической убежденности, что нельзя предсказать сразу несколько невидимых спутников. Это было бы неслыханное в истории астрономии дело. Будучи неробким молодым человеком, я предложил пари на бутылку шампанского – что «Вояджер» найдёт, по крайней мере, 3 из 5 предсказанных спутников. Мы ударили с Эне Вамболовной по рукам и стали ждать «Вояджера-2», который через полгода должен был долететь до Урана. Ждали все члены нашей группы, да и другие сотрудники Астросовета. Я вошел во вкус и заключил со своими знакомыми ещё два пари.
Сейчас уже это трудно представить, но в 1986 году не было интернета, электронной почты и какой-либо прямой связи с зарубежьем. Научные журналы приходили по почте с большим опозданием. О результатах пролёта "Вояджера" приходилось узнавать из скупых строк «Правды». В конце 1985 года в газете появилась заметка об открытии новой, шестой луны Урана. По указанному периоду обращения можно было определить, что спутник расположен между кольцами и Мирандой, но слишком далеко от колец и интересующей нас области.
До максимального сближения «Вояджера-2» с Ураном оставалось три недели. Я настолько верил в гипотезу резонансных колец, что, после очередной дискуссии с коллегами, написал радиусы орбит предсказываемых спутников на доске в секторе физики и эволюции звёзд. Это было похоже на букмекерские ставки.
В целом, астрономы относились к работе с сомнением, а я привык к насмешливым замечаниям. Поэтому, когда в конце января Дима Бисикало встретил меня в Астросовете словами: «Возле Урана «Вояджер» открыл шесть спутников!» - я в первый момент расценил это как очередной розыгрыш. Но новость оказалась правдой: в газетной заметке от 20 января было сообщено, что возле Урана открыто ещё шесть спутников (орбиты не указывались) и что, по прогнозам американских учёных, будет открыто ещё одиннадцать.
Напряжение достигло предела.

(продолжение следует)

Читать полную новость с источника 

Комментарии (0)