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

Кольца Урана - 2

Среда, 25 Июль, 05:07, don-beaver.livejournal.com


Uranus_clouds-2

Предыдущее - http://don-beaver.livejournal.com/103675.html

...Напряжение достигло предела.
24 января 1986 года межпланетная станция "Вояджер" пролетела мимо Урана и послала радиосигнал о своих открытиях через всю Солнечную систему. Специальные радиотелескопы поймали это еле заметное колебание электромагнитного поля.
Передо мной стояла задача проще: поймать более близкий радиосигнал русскоязычной станции "Голос Америки", которая в половину второго ночи выпускала еженедельный обзор научных новостей. Я специально взял мощный транзистор у Юры Торгашина и приготовился к ловле нужной передачи среди шумов радиоморя.
В передаче диктор сообщил сенсационную новость: число открытых "Вояджером" новых спутников Урана достигло 10. После чего диктор заявил: «Как и ожидалось, спутники располагаются по краям колец, управляя их движением».
Я был вне себя от волнения и возмущения. Тут какая-то ошибка, этого не может быть!
Ночную передачу «Голоса» слушали многие сотрудники Астросовета. Утром я стал получать от коллег соболезнования по поводу провала нашей гипотезы резонансных колец. В курилке, в которой обсуждалось немало научных вопросов, Валерий Львович Поляченко, который слушал ночью зарубежную передачу, тоже пришёл к печальному выводу: «Все, Коля, вы проиграли. Диктор ясно сказал – открыты спутники-пастухи».
Я не сдавался: «Соврал Голос!» А.М. стал расспрашивать о причинах моего упрямства. Я ссылался на газетные публикации, из которых следовало, что, по крайней мере, один из открытых спутников не был пастухом, и что после 7 открытых спутников американцы прогнозировали ещё 11 спутников – видимо, пастухов, которых не было среди первых найденных спутников.
Понимая, что журналисты склонны к перехлестам, я полагал, что громкое заявление «Голоса Америки» было вызвано открытием всего одной пары спутников-пастухов возле внешнего кольца "эпсилон", что вполне допускалось нашей гипотезой.
Но это были лишь общие соображения.

Потянулись длинные недели - мы стали ждать Бюллетени МАС, где сообщалось об открытии новых астрономических объектов. Примерно через месяц бюллетени пришли, и я устроился за столом в библиотеке (своего кабинета или стола в Астросовете у меня не было), положил бюллетени рядом с нашей статьей, и, с трудом фокусируясь на цифрах, стал их сравнивать. У меня было ощущение, что я проверяю лотерейный билет на миллион.
Конечный счёт матча между предсказанными и открытыми спутниками подведён в таблице 2, где рассмотрены орбиты обнаруженных в 1986 году 10-ти спутников Урана. Несколько лет спустя на орбитах с радиусом в 97 734, 76 420 и 74 800 км нашли ещё три мелких спутника с диаметрами от 18 до 30 км, которые столь малы, что вряд ли играют заметную роль в динамике колец.
Tab2
Таблица 2: Совпадения открытых и предсказанных спутников Урана.

«Голос» действительно соврал! Спутники-пастухи были открыты только вокруг самого внешнего кольца с большой полуосью в 51188 км - что мы вполне допускали (см. рис.2 и спутники V1 и V2). Остальные спутники располагались именно там, где ожидалось: между кольцами и Мирандой. Открыт был и зря выброшенный нами спутник Z1 (хотя мы променяли эту Крессиду на Порцию в пять раз массивней), а также обсуждаемый в процессе подготовки статьи спутник Zη на 74 940 км – крупная Белинда была открыта на расстоянии всего 315 километров от него, на орбите в 75 255 километров. Увереннее всего были определены спутники, которые имели по два сильных резонанса в зоне колец.
Это был триумф! Соболезнования сменились поздравлениями. Корифеи астрономии останавливали меня в коридорах, поздравляли и, грустно качая головами, говорили, что такое выпадает только раз в жизни. Эргма признала, что проиграла пари, и согласилась выставить бутылку шампанского. Но тут в СССР разразилась анти-алкогольная кампания, и мы передоговорились на ящик лимонада, который и был распит на институтской вечеринке по поводу моего окончания аспирантуры и отбытия в Крым (в Москве в тот год Ельцин объявил поход против "лимиты" и запретил прописку иногородних).
С большим удовольствием вспоминаю этот спор. Эне Вамболовна Эргма, вскоре вернувшись в независимую Эстонию, сделала там яркую научную карьеру, став вице-президентом Академии наук Эстонии. Затем она сделала ещё более яркую политическую карьеру и была выбрана председателем эстонского парламента и занимает этот пост уже много лет. В 2006-м четыре партии выдвинули Эргму кандидатом в президенты Эстонии, но она недобрала всего 3 голоса из необходимых 68-ти и уступила пост нынешнему президенту Тоомасу Ильвесу. В одном из интервью, рассказывая о своей жизни в России, Эргма сказала: «в Москве в то время была наука мирового класса».
Сразу после пролёта «Вояджера» я был несколько обеспокоен тем, что орбиты открытых спутников смещены на 100-300 км – я рассчитывал на более точное совпадение, ведь резонансы от маленьких спутников должны контролировать достаточно узкую зону. А.М. смотрел на вещи оптимистично и полагал, что мы сможем объяснить это смещение. Он был прав – мы позже сумели объяснить этот феномен, который оказался следствием очень глубоких физических процессов [10]. В настоящее время, процесс образования колец Урана видится таким:
1. Первоначально кольца накапливаются в резонансах от спутников. Механика резонансного захвата состоит в следующем: частицы дрейфуют от планеты (благодаря интересным феноменам передачи углового момента, детально рассмотренным в [10]), а внутренние спутниковые резонансы, толкающие частицы к планете, останавливают их на определённой орбите. Схожий механизм накопления реализован для резонансного пылевого кольца вдоль орбиты Земли, предсказанного Джексоном и Зуком в 1989 году и позже открытом спутником IRAS – только в этом кольце ситуация обратна: дрейфующие к Солнцу частицы застревают во внешних резонансах Земли.
2. Узкие кольца Урана накапливаются в резонансе вплоть до того момента, пока, благодаря своей плотности и самогравитации, не примут эллиптическую форму (благодаря эллипс-неустойчивости, открытой нами для несимметричных колебаний [6,7,10]).Такая форма колец обеспечивает им самостабильность и возможность поглощать поток углового момента от внешнего кольца.
3. Приобретая динамическую независимость, кольца Урана покидают родительские резонансы, в которых накопились, и начинают дрейфовать от планеты, что и объясняет их смещение от резонансных орбит. Кто хоть раз грёб в лодке, тот знает, что лопасть весла, движущаяся в воде, вызывает вихри, но потом вихри покидают материнское весло – и достаточно долго вращаются и дрейфуют самостоятельно.
Так природа смогла элегантно и смело обеспечить стабильность колец Урана, хотя обычные расчеты показывают, что аэродинамическое трение верхних слоёв атмосферы должно было давно сбросить кольца на планету.
Наша с А.М.Фридманом работа по планетным кольцам и спутникам Урана была выдвинута на Государственную премию СССР в апреле 1986 года. Я в это время был аспирантом последнего года обучения и находился в командировке в Симеизе, на бетонировании башни 1-м телескопа - вместе с другими аспирантами, включая Д.В.Бисикало, нынешнего заместителя директора Института астрономии РАН. О выдвижении мне сообщил кто-то из астрономов, приехавших из Москвы, и эта новость стала для меня полным сюрпризом.
Целый ряд видных учёных высоко оценили нашу работу: В.А.Амбарцумян, В.И.Арнольд, В.В.Белецкий, В.Л.Гинзбург, Я.Б.Зельдович, Б.Б.Кадомцев, М.Я.Маров, А.М.Обухов, В.С.Сафронов, Т.М.Энеев - созвездие ярчайших имён!
В.И.Арнольд в своей статье в журнале «Природа» (1987) «Триста лет математического естествознания», посвященной выходу «Начал Ньютона», перечисляя триумфы небесной механики, написал [5]: «Несколько лет назад при наблюдении с самолёта покрытия звезды Ураном случайно были обнаружены его кольца. Анализ их резонансной структуры позволил советским астрономам Н.Н.Горькавому и А.М.Фридману [37] предсказать целую серию спутников Урана. Через полгода при пролёте Вояджера-2 вблизи Урана 24 января 1986 года все эти спутники были открыты на предсказанных расстояниях от Урана – ещё один триумф теории тяготения Ньютона».
Академик В.А.Амбарцумян опубликовал в "Правде" от 5 сентября 1989 года статью "Предвидение открытия", где поддержал выдвижение нашей работы на Государственную премию: "Нет сомнения, что столь высокая награда должна даваться именно за такие высокие взлёты научной мысли".
Работа получила премию в 1989 году, когда я уже работал в Симеизской обсерватории.

...Наш с А.М. "премиальный" коллектив из двух человек выглядел аномалией: соседние группы награждённых насчитывали по 11-12 человек. В одной было два академика, в другой - нобелевский лауреат Н.Г.Басов. Список лауреатов Госпремии за 1989 год в области литературы и искусства был очень впечатляющ: премию получили поэтесса Белла Ахмадулина, скрипач Владимир Спиваков, поэт Арсений Тарковский, писатель Фазиль Искандер и группа создателей фильма "Холодное лето пятьдесят третьего..." вместе с артистом Валерием Приёмыховым.

...Совсем недавно ко мне попала свежая книга В.И.Арнольда «Математическое понимание природы» [16], где он излагает для молодёжи интересные физико-математические проблемы, перемежая научный текст личными замечаниями. В очерке «Планетные кольца», где рассказывается об открытии как самих колец Урана, так и предсказанных нами спутников, помещён следующий комментарий В.И.Арнольда: «Интересно, что международный астрономический журнал отказался публиковать предсказания советских астрономов, мотивируя это тем, что «журнал издаётся в стране, где господствует другая теория щелей в кольцах Сатурна». Эта «другая теория» тоже предсказывала спутники Урана, но их-то как раз не оказалось на месте в действительности, и американская экспедиция «Вояджера» их не обнаружила. Мне кажется, Нобелевские премии специально созданы для увенчивания именно таких научных открытий, подтверждённых впоследствии экспериментами или наблюдениями, как описанная теория колец Урана. Но американские астрономы, с которыми я это впоследствии обсуждал, возразили: «наша цель – поддерживать американские теории, а не российские». К счастью, ни Нобелевские премии, ни филдсовские медали, ни другие подобные награды не оказывают существенного влияния на поступательный ход развития естественных наук, которые движут не столько решения разных Академий, сколько любознательность исследователей…» [16].
С удовольствием я прочитал о том, что великий математик В.И.Арнольд в своей книге «выдвинул» нашу работу на Нобелевскую премию и даже обсуждал эту идею с американскими астрономами. Не менее - а может и более - важно то, что созданные нами теории входят в научный обиход, становятся частью культурного пейзажа. В этом смысле меня порадовал и другой очерк из книги [16], в котором абсолютно корректно описывается наша модель образования колец (видно, что небесный механик Арнольд размышлял над ней и полностью согласился). Она основана на сильном столкновительном разрушении частиц возле планеты – там, где сдвиговые скорости тел на соседних орбитах становятся больше второй космической скорости убегания с частиц.
Основная часть наших с А.М. работ в области планетных колец была сделана до 1993 года. Результатов накопилось столько, что хватило на целую книгу «Физика планетных колец», вышедшую в издательстве «Наука» в 1994 году [7]. После чего мы увлеклись исследованием землетрясений (по инициативе А.М.), а я ещё уклонился в образование иррегулярных спутников планет-гигантов.

...1993 год был для меня последним годом сравнительно спокойной научной работы. Когда СССР развалился, Симеизская обсерватория оказалась отрезанной от московского института. Иссякли зарплаты и поступление научных журналов. В обсерватории отключили отопление – на мазут для котельной денег не было.
Несколько лет я прожил с семьей в нетопленном старом здании, выветренные каменные стены которого были населены воробьями и легко промокали от дождей. Электрическая сеть здания использовалась на всю катушку, но электрокамины не могли зимой нагреть комнаты выше +13 градусов Цельсия. Эту цифру я запомнил с тех пор вместе с другими мировыми константами. Систематические отключения электричества ещё больше осложняли жизнь.
Поэтому я занялся теоретическое проблемой, которую мне предложили наблюдатели из Годдардского центра НАСА: построение физической трёхмерной модели межпланетного пылевого облака и расчёт зодиакальной засветки в любой точке Солнечной системы (для оценки разных вариантов размещения NGST - будущего космического супертелескопа Вебба, преемника Хаббла). В 1998 году я получил за свои работы [8,9] премию Американской академии наук и переехал в США.
Работы по дрейфу зодиакальной пыли [13] и её взаимодействию с резонансами планет, неожиданно помогли решить одну из главных оставшихся проблем в динамике колец: как накапливаются в резонансах узкие кольца Урана? И английский перевод нашей книги [10] вышел уже с изложением полной теории узких колец Урана (см. сценарий, описанный выше) и резонансных колечек Сатурна в кольце С.

...Годы работы с Алексеем Максимовичем Фридманом были непростой, но очень полезной научной и жизненной школой, из которой я вынес несколько важных правил, которые останутся со мной до конца жизни.

- Нужно не бояться браться за самые трудные темы.
- Не стоит преклоняться перед любыми авторитетами, если на твоей стороне истина.
- Надо фокусироваться не на достижениях теории, а на её трудностях.
- Если работа над научной задачей начата, то её следует доводить до решения - вне зависимости от обстоятельств и финансирования.
- Научная истина выше твоих личных интересов, как бы не было больно это признавать.

P.S. для читателей ЖЖ. Я размышляю о том, чтобы выбрать из своей научной практики с десяток тем и изложить из примерно в таком виде, как вышеизложенное - с личностным взглядом и ещё детальнее и популярней, но с иллюстрациями и ссылками. Чтобы дать возможность школьникам увидеть "науку изнутри". Это и будет "учебник для астровитян", обещанный читателям "Астровитянки". Но это если серия сказок пойдет хорошо, и если издательство согласится на такой риск, и если своего здоровья хватит и т.д. Что скажете - купили бы вы такую книжку?

Читать полную новость с источника 

Комментарии (0)