Волнующая планета
Из-за того, что на Венере отсутствуют такие заметные ориентиры, как на Марсе или Юпитере, определение периода ее вращения стало одной из самых долгоживущих проблем астрономии. Первую попытку решить эту задачу сделал еще Доменико Кассини. Сравнивая свои неясные зарисовки Венеры 1666-1669 гг., практически интуитивно он предположил для нее почти земной период вращения — 23 часа 21 минута. Немецкий астроном Иоганн Шрётер занялся уточнением этого значения и в 1811 году довел его до педантичной точности — 23 часа 21 минута 7.977 секунд. Впрочем, 85 лет спустя в этом отношении его превзошел австрийский любитель астрономии Лео Бреннер, получивший результат 23 часа 57 минут 36.27728 секунды.
Другим крайним значением был исключительно большой период вращения, впервые полученный итальянским астрономом Джованни Скиапарелли в 1890 году — 225 дней. Эта величина совпадала с периодом вращения планеты вокруг Солнца. Однако большинство астрономов посчитало синхронный период вращения неправдоподобным, т.к. облачная атмосфера планеты в неосвещенном полушарии, где царила бы вечная ночь, давно была бы заморожена. Тем не менее, вплоть до середины XX века у этой гипотезы сохранялись и сторонники, зачастую именитые, в частности американский астроном Весто Слайфер. Он известен тем, что не только "подтвердил" существование марсианских "каналов", открытых Скиапарелли, но и обнаружил аналогичные образования на Меркурии и Венере. Впрочем, темные венерианские "каналы" лишь слегка омрачили научную карьеру известного астронома.
В конце концов, визуальные наблюдения потерпели неудачу в решении этого вопроса. Многих астрономов продолжал удовлетворять период около 24 часов, однако были и несогласные. Среди противников 24-часового периода вращения можно назвать, например, Г. Мак-Ивена, предложившего в 1924 году период 2.8 суток, и У. Г. Стивенсона, остановившегося в том же году на 8-дневном периоде.
Спектроскоп, измеряющий доплеровское смещение, ставшее поистине одним из краеугольных камней астрономии ХХ-го столетия, тоже не помог. Приближающийся к наблюдателю край вращающейся планеты приводит к смещению в голубую часть спектра, а удаляющийся — соответствует красному смещению спектральных линий. Величина смещения зависит от скорости вращения. Впервые этот метод для решения рассматриваемой задачи применил русский астроном А. А. Белопольский в конце XIX века, но безрезультатно. Повторные попытки обнаружить этот эффект в спектре Венеры давали противоречивые результаты. К концу 1950-х годов стало понятно, что если период вращения Венеры подобен земному, то вызванное этим доплеровское смещение было бы давно обнаружено. Между тем, начинался космический век, и отсутствие знания периода вращения Венеры становилось заметной проблемой, обращающей на себя внимание в учебниках астрономии.
Разительным контрастом с неясными пятнами, отмечающимися при визуальных наблюдениях, были детали, ясно различимые на снимках Венеры в ультрафиолетовом диапазоне. Они были обнаружены на обсерватории Маунт-Вилсон американским астрономом Фрэнком Россом, пионером в фотографировании планет через монохромные фильтры. Во время благоприятной восточной элонгации Венеры в июне-июле 1927 года он получил серию снимков планеты через 60-ти и 100-дюймовый рефлекторы в шести областях видимого спектра, а также в инфракрасном и ультрафиолетовом свете.
Наибольшие надежды Росс возлагал на инфракрасный диапазон, который уже широко использовался в аэрофотографии благодаря способности проникать сквозь туман и давать четкий вид земной поверхности с самолета, находящегося на большой высоте. Но неожиданно для Росса его инфракрасные изображения Венеры оказались такими же безликими, как и в видимом свете. В то же время ультрафиолетовые фотографии показывали четкие темные полосы и группы полос, примерно перпендикулярные терминатору, вероятно, вызванные присутствием вещества, поглощающего ультрафиолет, выше облачного покрова планеты. Эти особенности видны на снимках в фиолетовых лучах (3800-4000 Ангстрем, на пределе чувствительности нормального глаза), но они значительно контрастнее на ультрафиолетовых снимках (3400-3800 Ангстрем). На них они видны примерно с таким же уровнем контраста, с каким невооруженный глаз видит пятна лунных "морей".
Росс, однако, не смог обнаружить заметный период вращения по своим фотографиям. Он сделал весьма нерешительную оценку — около 30 дней. Его работа не была никем продолжена, возможно потому, что чрезвычайно трудная для восприятия проблема делала предмет исследования малопривлекательным.
Французские связи
Открытие Росса было использовано 30 лет спустя, притом не профессиональным астрономом, а французским любителем по имени Шарль Буайе. Родившись в Тулузе в 1911 г., в юности он увлекался радиотехникой. Это стало основой его продолжительной дружбы с энтузиастом радио Энри Камишелем, профессиональным астрономом, работавшим в обсерватории Пик-дю-Ми-ди во французских Пиренеях. Незадолго до Второй Мировой войны Камишель заинтересовал Буайе астрономией.
Во Франции пропасть, разделяющая профессиональных астрономов и любителей, не была такой широкой, как в некоторых других странах. Ряд известных французских исследователей планет начинали свою карьеру как любители, а некоторые и не расставались со статусом любителя. Известный астроном Эжен Антониади, например, всегда считал себя просто "астрономом-во-лонтером Медонской обсерватории". Поэтому вполне естественно, что Камишель и Буайе продолжили свое общение с помощью почты и после войны, когда Буайе начал карьеру в колониальной Африке — сначала как глава магистрата небольшого городка и затем в качестве главного судьи в Браззавиле в Конго; этот пост он сохранял с 1955 до 1963 г.
Браззавиль расположен всего в 4-х градусах южнее экватора, что очень удобно для наблюдения планет, а влажная атмосфера там часто бывает очень спокойной. Для того, чтобы не упустить столь благоприятную возможность, Буайе сконструировал 25-см рефлектор системы Ньютона на основе главного зеркала, сделанного известным оптиком Жаном Тексеро. В результате получился инструмент с превосходной оптикой, но установленный на несколько архаичную альт-азимутальную монтировку. Вскоре Буайе обратился к Камишелю для обсуждения возможных совместных наблюдательных проектов. К счастью, Камишель в это время фотографировал Венеру в ультрафиолетовом диапазоне, и он предложил своему другу заняться этим же.
Истина и значение
Управляемые компьютером телескопы на альт-азимутальных монтировках появились лишь десятилетия спустя, так что телескоп Буайе плохо подходил для фотографирования планет — процесса, требующего очень точного слежения во время экспозиции продолжительностью в несколько секунд. Но находчивый любитель самостоятельно соорудил оригинальное устройство для движения камеры в фокальной плоскости телескопа для компенсации движения неба, использовав для этого детали из детского конструктора.
В августе и сентябре 1957 года, когда воздух был необычно сухим для Браззавиля, Буайе начал фотографировать Венеру, у которой была тогда вечерняя видимость. Он использовал высококонтрастную пленку с относительно мелкозернистой эмульсией и весьма небольшой по современным стандартам чувствительностью. Не имея собственного ультрафиолетового фильтра, который бы обрезал видимый свет, он использовал сине-фиолетовый фильтр, пропускающий свет с длиной волны короче 4500 Ангстрем.
Хотя изображения на снимках Буайе были очень малы и эстетически малопривлекательны, вскоре он обнаружил, что одно темное пятно периодически возвращается к терминатору. На фотографиях, сделанных между 28-м августа и 16-м сентября, он нашел 5 возвращений этого фрагмента с интервалом около 4-х дней. Предупрежденный Буайе о наличии четырехдневного периода, Камишель проверил свой набор изображений. На них он тоже увидел очевидный 4-дневный период.
Буайе продолжал свою серию наблюдений из Браззавиля до 1960 года. За это время они с Камишелем пришли к соглашению о четырехдневном периоде вращения верхней атмосферы Венеры, как о "совершенно неоспоримом факте".
В качестве меры предосторожности в 1957 г. Буайе сдал на хранение во Французскую Академию наук конверт с описанием своего открытия. Однако другие астрономы не смогли рассмотреть на его крошечных изображениях какие-либо закономерности.
Знаменитый французский наблюдатель планет Одуэн Дольфюс рассказывал в 1992 году: "Я тщательно проверил эти изображения. Они не показались мне достаточно убедительными". Тем не менее, при неослабной поддержке Камишеля, Буайе упорствовал. Четырехдневное вращение стало, фактически, его идеей-фикс, у него не было других важных астрономических работ до самой смерти в 1989 году. Первая написанная им в соавторстве с Ками-шелем статья на эту тему была опубликована в популярном журнале L’Astronomie в 1960 г., затем последовали статьи и в престижных журналах Annales d’Astrophi-sique и Comptes Rendus de I’Academie des Sciences. К сожалению, они не привлекли к себе должного внимания астрономов.
Противоречие и подтверждение
В 1962 году радиоастрономы в СССР и США впервые получили отраженные от твердой поверхности Венеры радарные импульсы. Они обнаружили очень медленное, 243-дневное вращение твердого тела планеты. Эти результаты оказались абсолютно несовместимы с предложенным Буайе четырехдневным периодом вращения верхней атмосферы планеты. Как могут вершины венерианских облаков вращаться в 60 раз быстрее, чем лежащая под ними поверхность?
Как раз вскоре после объявления результатов радарных измерений, Буайе и Камишель представили статью о четырехдневном периоде вращения в журнал Icarus, ведущее международное издание в области планетарных наук. Один из референтов журнала, тогда еще молодой гарвардский астроном Карл Саган возвратил статью на основании того, что "четырехдневное вращение теоретически невозможно и показывает, насколько глупой может быть работа неопытных любителей". Действительно, результат трудно было считать реальным. Ведь в этом случае скорость движения облачных масс относительно поверхности планеты составляла бы около 100 м/с или 360 км/час.
И все же, пусть поздно, но истина восторжествовала. В 1964 году другой французский астроном Бернард Гвино использовал для измерения величины доплеровского смещения облаков Венеры чувствительную методику, известную как интерфе-рометрическая спектроскопия. С помощью этого метода Бернард определил радиальную скорость различных точек на лимбе Венеры. Его данные подтвердили, что облачный покров планеты обращается каждые 4.3 дня.
Но окончательное и неопровержимое доказательство открытия Буайе было получено лишь в феврале 1974 года, когда автоматическая межпланетная станция "Маринер-10" пролетела рядом с Венерой, получив при этом серию ультрафиолетовых изображений планеты. Когда эти изображения были смонтированы в виде фильма, четырехдневное вращение верхней атмосферы было окончательно подтверждено.
Дольфюс рассказывал, что когда он продемонстрировал Буайе этот фильм, тот проявил довольно индифферентную реакцию. Фильм не открыл для него ничего неожиданного — Буайе и так уже знал результат.
Дело закрывается
Как же смог Буайе, простой любитель астрономии, справиться с решением одной из старейших и наиболее долгоживущих загадок планетной астрономии — проблемы, которая устояла перед усилиями лучших астрономов нескольких поколений, начиная со времен эпохи Людовика XIV?
Буайе очень четко сформулировал свою цель и разработал методику программы наблюдений, он использовал великолепный телескоп в благоприятном климате. Но все это не объясняет полностью его замечательное достижение, ведь тремя десятилетиями раньше Росс использовал более мощные инструменты, которые показывали гораздо больше деталей.
По иронии судьбы, именно недостаточная мощь телескопа Буайе оказалась его преимуществом. Как позднее объяснил Дольфюс: "Плохое разрешение в данном случае помогло, т.к. построило истинную картину, которая оказалась чрезвычайно четкой. На изображении Венеры, полученном с помощью большого инструмента, такого как у Росса и нашего собственного на Пик-дю-Миди, оказывалось слишком много деталей".
Немаловажно также и то, что, будучи любителем, он имел больше свободы и не был связан какими-либо слишком строгими требованиями, которые он бы имел, будучи профессионалом. А профессиональный опыт работы в суде позволил ему исключительно разумно использовать все скудные факты, имевшиеся в его распоряжении.
Три века интенсивного изучения периода вращения Венеры произвели на свет, как оказалось, множество бессмысленных результатов. На поле битвы находились многие, но победил настойчивый и целеустремленный любитель, совершивший одно из последних фундаментальных открытий в наземной планетной астрономии. Один из ближайших друзей Буайе, известный астрофотограф Жан Дражеско подытожил это так: "Этот случай уникален в истории планетологии".
Вильям Шихан и Томас Доббинс — специалисты в области истории изучения Солнечной системы. Эта статья была впервые опубликована в июньском журнале Sky & Telescope за 1999 год.
