В астрономии расстояния измеряют в «астрономических единицах», сокращенно – а.е. Эта величина примерно равна расстоянию между Солнцем и Землей, которое составляет около 150 миллионов километров. Астрономическая единица – большое расстояние. Свет, быстрее которого во Вселенной ничто не может двигаться, проходит 1 а.е. за восемь минут и девятнадцать секунд: для сравнения, чтобы проехать это расстояние на автомобиле, вам понадобилось бы более 150 лет. Меркурий, самая близкая к Солнцу планета, находится от него на расстоянии в 0,4 а.е. Следующая по удалению от Солнца планета, Венера, отстоит от нашего светила на 0,7 а.е.; Земля – на 1 а.е.; Красная планета, Марс – более чем на 1,5 а.е. Затем идет полоса пустого пространства, и только на расстоянии 5,2 а.е. от Солнца проходит орбита Юпитера. Провал между Марсом и Юпитером беспокоил астрономов на протяжении столетий. Многие считали, что в нем притаилась неоткрытая планета.

В новогоднюю ночь 1801 года итальянский астроном Джузеппе Пьяцци, работая у своего телескопа на Сицилии над составлением каталога звездных положений, заметил на небе нечто странное. Это была яркая точка необычного цвета, непохожая на звезду. (Надо сказать, что Пьяцци был опытным астрономом – он уже девять лет работал над своим звездным каталогом.) Заинтригованный, на следующую ночь он снова навел телескоп на нетипично выглядящую звезду и заметил, что ее положение немного изменилось. Это уж было совсем странно. Звезды не могут менять свое положение от ночи к ночи. [1] Пьяцци повторил наблюдения и в третью ночь – объект снова сдвинулся! Тут Пьяцци понял, что это ни в коем случае не звезда. Перед нами прекрасный пример того, как крупнейшие научные открытия начинаются с фразы «хм, как-то это странно выглядит».

Сначала Пьяцци принял новый объект за комету. Для планеты он был слишком мал – выглядел в телескоп крохотной светлой точкой даже при самом большом увеличении. Но последующие наблюдения, выполненные как самим Пьяцци, так и его коллегами-астрономами, не выявили характерного туманного пятнышка, облачка, которое обычно окружает ядро кометы. Орбита, по которой это тело обращалось вокруг Солнца, тоже была совсем не похожа на кометную. Орбиты комет имеют форму очень вытянутого эллипса: они обращаются вокруг Солнца по траекториям, напоминающим вытянутую или сплющенную окружность, а орбита нового объекта была почти круговой, что характерно для планет. Более того, тело обращалось вокруг Солнца как раз в «провале» между Марсом и Юпитером. Таким образом, Пьяцци случайно открыл «недостающую планету». Следуя давней традиции называть небесные тела именами богов – практика, в которой отразилась архаическая вера в сверхъестественную природу ночного неба, – он назвал новооткрытую планету Церерой в честь древнеримской богини плодородия.

Спустя всего год немецкий астроном Генрих Вильгельм Маттиас Ольберс нашел на небе еще один объект с похожими характеристиками. Он тоже перемещался по небу от ночи к ночи, и его орбита тоже была слишком близка к круговой, чтобы это могла быть комета. Туманный ореол, окружающий все кометы, у этого тела тоже отсутствовал, и орбита его лежала в той же области Солнечной системы, что и орбита Цереры – как раз между Марсом и Юпитером. Ольберс назвал новую планету Палладой в честь греческой богини мудрости. Как и Церера, Паллада была крохотной – выглядела просто искоркой света на черном фоне космического пространства. Было, однако, странно, что Церера и Паллада обращались вокруг Солнца примерно на одном и том же расстоянии. Астрономы предсказывали существование только одной «недостающей планеты», и никто из них не предвидел, что планет окажется две. Все остальные известные планеты на участках своих орбит доминировали – Церера и Паллада, казалось, были исключением из этого правила. Ольберс предположил, что это уцелевшие фрагменты большой планеты, развалившейся на куски, – возможно, из-за катастрофического столкновения с кометой или внутреннего взрыва. Он предсказал, что вскоре будут найдены и другие фрагменты.

Гершель подытожил результаты этих открытий и привел характеристики двух новых «планет» в своей публикации, выпущенной Королевским обществом.4 Итак, эти тела в телескоп были видны, как звезды; по размерам они напоминали кометы, но не имели характерной для комет туманной оболочки и обращались вокруг Солнца по орбитам, типичным для планет. Так как эти объекты имели что-то общее и со звездами, и с кометами, и с планетами, но одновременно и отличались от них всех, Гершель предположил, что они могут относиться к новому классу астрономических объектов. Он придумал для них новое название: «астероиды», образовав его из греческих корней - (астер) и - (эйдос), что вместе значило «похожие на звезды». Это слово, впрочем, прижилось не сразу, и многие астрономы еще долго называли новые тела «планетами» или «фрагментами планет».

Третий астероид, названный Юноной, открыл в 1805 году немецкий астроном Карл Людвиг Хардинг. А в 1807 году Ольберс обнаружил и четвертый (для него самого он был уже вторым) – Весту. То, что в промежутке между орбитами Марса и Юпитера оказалось уже четыре малых «планеты», говорило в пользу гипотезы Ольберса о развалившейся на куски планете. Становилось ясно, что между орбитами Марса и Юпитера происходило что-то странное.

Хладни ликовал. Ведь в своем труде «Железные массы» (Jronmasses) он давно уже высказал тогда еще ни на чем не основанную догадку, что метеориты могут быть малыми фрагментами разрушившейся планеты. Астероиды были физическим свидетельством того, что эта гипотеза вполне может оказаться верной. Возможно, метеориты были чем-то вроде шрапнели, образовавшейся в ходе планетарного катаклизма и долетевшей до Земли. Впридачу некоторые астрономы, оказывается, уже сообщали об изменениях в яркости астероидов: эти изменения могли свидетельствовать о том, что у малых планет неправильная форма. Если они и вправду были кусками разрушенной планеты, то вполне естественно, что они представляли собой обломки, которые, беспорядочно вертясь в процессе орбитального движения, неравномерно отражают падающий на них солнечный свет.

Новых астероидов не открывали почти сорок лет. Но между 1845 и 1855 годами произошел настоящий бум: в каталоги было внесено еще тридцать три астероида. Теперь их общее число составляло тридцать семь. Еще через десять лет их стало уже восемьдесят пять. Теперь большинство людей понимают, что такого количества обычных планет существовать не может. Термин «астероид» стал общепринятым и проник в разговорную речь. Пространство между орбитами Марса и Юпитера стали называть «поясом астероидов»: оказалось, что астероиды образуют обширную зону каменных обломков, обращающихся вокруг Солнца. Пояс астероидов расположен на расстоянии примерно от 2 до 4 а.е. от Солнца, а его ширина – почти 300 миллионов километров – вдвое больше расстояния между Солнцем и Землей. Так орбита «недостающей планеты» превратилась в обширное межпланетное поле, населенное астероидами.

По мере того как открывались все новые и новые астероиды и вычислялись их орбиты, появилась возможность исследовать структурные детали пояса астероидов. Американский астроном Дэниэл Кирквуд в 1866 году описал «примечательные разрывы» – замеченные им концентрические зоны, в которых астероиды не появлялись. Эти промежутки были в его честь названы «люками Кирквуда». Таким образом, пояс астероидов был не просто хаотическим кольцом обломков, обращающихся вокруг Солнца: он состоял из ряда концентрических колец. Кирквуд правильно объяснил природу этих промежутков гравитационными взаимодействиями астероидов с крупнейшей планетой Солнечной системы – Юпитером. В процессе сложного «танца» астероидов вокруг Солнца в сочетании с «танцами» планет, определенные области пояса оказываются в «орбитальном резонансе» с Юпитером. Согласно открытому Ньютоном закону всемирного тяготения, скорость, с которой движется по своей орбите вокруг Солнца планета, астероид или комета, зависит от расстояния между этим небесным телом и Солнцем. Чем дальше от Солнца находится орбита, тем медленнее движется по ней тело. Орбитальные резонансы в поясе астероидов возникают, когда отношение периодов обращения астероида и Юпитера может быть выражено целым числом.