научная статья по теме ДЭНИЕЛ КИРКВУД (К 200-ЛЕТИЮ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ) Космические исследования

Текст научной статьи на тему «ДЭНИЕЛ КИРКВУД (К 200-ЛЕТИЮ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ)»

Люди науки

Дэниел Кирквуд

(К 200-ЛЕТИЮ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ)

Часто имена знаменитых ученых можно найти не только в списках персоналий, но и в предметных указателях. Так, в астрономии навсегда неразделимы сочетания: звезда Барнарда, облако Оорта, пояс Койпера, маятник Фуко, фраунгоферовы линии, бабочки Маундера. Среди них выделяется разнообразием вариантов перевода на русский язык понятие "люки Киркву-да" (Kirkwood Gaps). В изданиях разных

Дэниел Кирквуд (1814-1895).

44

лет, кроме люков, можно встретить провалы, окна, щели, пустоты, пробелы Кирквуда. Но сути дела это не меняет, ведь в распределении астероидов в пространстве от Солнца обнаружены заметные сгущения и разреженности, а первым их открыл американский астроном Д. Кирквуд.

Дэниел Кирквуд (Daniel Kirkwood) родился 27 сентября 1814 г. в Бладенс-бурге (округ Харфорд, штат Мэриленд). Его предки были родом из Шотландии и Ирландии. Дед перебрался в Делавэр в 1771 г., а родители Дэниела появились на свет уже на Американском континенте. В семье фермера Джона Кирк-вуда и его жены Агнес Кирквуд (урожденной Хоуп) он был двенадцатым из тринадцати детей. Первоначальное образование Дэн получил в сельской школе, где недолго преподавал двоюродный брат Самуэль, старше него лишь на полтора года. В 19 лет Дэн сам становится сельским учителем в Хо-пуэлле, в соседнем штате Пенсильвания. В 1834 г. он поступает в скромное учебное заведение с громким названием "Окружная академия Йорка" (York County Academy) и специализируется по математике. Закончив академию в 1838 г., остается в ней в качестве первого ассистента и инструктора по математике. В 1843 г. Д. Кирквуда назначают директором средней школы в Ланкастере. Здесь он в 1845 г. сочетается браком с мисс Сарой А. Макнейр. Среди научных интересов Д. Киркву-

© Смирнов С.С.

g 470

о 440В

й 400 о

2,1

2,5

3,0

3,5 4,0

Расстояние до Солнца, а.е.

Гистограмма сгущений и провалов (люки Кирквуда) в распределении 8600 ярких (Н < 13т) астероидов с большой полуосью орбиты от 2,1 до 4,1 а.е. По данным на 2014 г.

да этого периода - целеустремленный сбор всех возможных данных о наблюдении ярчайшего болида 13 июля 1846 г. в пяти среднеатлантических штатах. На основе собранной информации он вычислил высоту вспышки - 100 км, длину следа болида - более 320 км и скорость - 20 км/с.

Природную склонность к математике Д. Кирквуд реализует в решении задач теоретической астрономии. Не будучи активным наблюдателем, он обобщает результаты других астрономов, отыскивая вслед за Кеплером, Ньютоном, Эйлером, Тициусом и Боде закономерности строения Солнечной системы. Имя Кирквуда становится широко известным после обнародования не подтвердившегося впоследствии "Закона Кирквуда", формула которого весьма похожа на третий закон Кеплера: П2/ п22 = 013/023. Здесь п - число звезд-

ных оборотов планеты вокруг оси в течение одного звездного обращения вокруг Солнца, D - сумма расстояний от планеты до двух точек, расположенных по разные стороны планеты, в которых сила ее притяжения равна силе притяжения двух соседних планет, когда все три планеты находятся в соединении.

Это гармоническое соотношение периодов вращения и обращения планет Д. Кирквуд установил в 1843 г. в рамках развития космогонической гипотезы Лапласа и в следующем году рассказал о своих выводах в письме астроному С. Уокеру (S. Walker). Вскоре в мире последовала череда замечательных открытий новых астероидов, спутников планет и Нептуна, продолжались активные поиски Вулкана - гипотетической планеты внутри орбиты Меркурия. Идеи Д. Киркву-

да оказались очень актуальными, и С. Уокер представил их в 1849 г. на втором съезде Американской ассоциации содействия развитию науки (AAAS) в Кембридже. В последовавшем обсуждении астроном Б. Гулд (В. Gould) заявил, что Аналогия Кирквуда подтверждает небулярную гипотезу Лапласа. Впрочем, Б. Гулд отмечал и явную неполноту тогдашних определений периодов вращения и обращения планет. И действительно, в будущем аналогия Кирквуда не подтвердилась, а сам Кирквуд в последние годы жизни стал критиком гипотезы Лапласа.

В середине XIX в. американские астрономы исследования Д. Кирквуда восторженно называют гениальными, его самого провозглашают "американским Кеплером". С. Уокер идет еще дальше и присваивает имя Kirkwood гипотетической планете с большой полуосью орбиты 2,9 а.е., что соответствует ана-

логии Кирквуда и близко к значению 2,8 а.е., следующему из правила Тициу-са - Боде. Развивая его аналогию, С. Уокер предсказывает большую полуось 0,20 а.е. для орбиты Вулкана, а Д. Кирквуд в 1852 г. помещает в Главном поясе астероидов тело с неправдоподобно большими значениями диаметра - 0,584 и плотности - 1,472 от соответствующих значений для Земли. К 1864 г. Д. Кирквуд приходит к мнению, что большой планеты внутри орбиты Меркурия, скорее всего, не существует.

С 1849 г. Д. Кирквуд работает директором школы в Потсвилле, где проводит первые в США демонстрации маятника Фуко. Через два года он становится профессором математики в колледже Нью-Арка (штат Делавэр), в 1854 г. коллеги избирают его ректором. Эту должность ученый оставляет в 1856 г., когда на долгие годы переезжает в Блумингтон, где до 1886 г.

Колледж Джефферсона в Кэнонсбурге (штат Пенсильвания), где преподавал Д. Кирквуд.

занимает кафедру профессора математики и астрономии Университета Индианы. За три десятка лет число его факультетов выросло с 6 до 23, сменилось пять ректоров. В это время стремительно увеличивается количество известных астероидов, и Д. Кирквуд с увлечением принимается за анализ их орбит. Около 1857 г., когда были вычислены орбиты лишь 55 астероидов, он подмечает отсутствие астероидов с орбитальными периодами в 1/2, 1/3, 2/5, 3/7 периода обращения Юпитера. Новые малые планеты ежегодно открывались во второй половине XIX в., но по-прежнему отсутствовали астероиды, обладающие целочисленными орбитальными резонансами со средним движением гиганта Юпитера. Поэтому Д. Кирквуд уверенно устанавливает эмпирическую закономерность, которую пулковский астроном Н.М. Ляпин приводит в "Русском Астрономическом календаре на 1908 год" в таком переводе: "Те части планетного кольца, где существует простая соизмеримость средних суточных движений астероидов и Юпитера, перерезаны пустотами, подобными тем, которые разделяют кольца Сатурна". Без формул, кратко и понятно. Отметим лишь, что щели системы колец Сатурна наблюдаются непосредственно, поскольку составляющие их частицы движутся по круговым орбитам практически в одной плоскости, а в поясе астероидов орбиты весьма разнообразны. Поэтому люки Кирк-вуда (заметные пустоты с резонансами 4:1, 3:1, 5:2, 7:3 и 2:1) обнаруживаются лишь в списке элементов орбит или на гистограммах, построенных как для средних движений, так и для больших полуосей или периодов обращения астероидов.

Д. Кирквуд оставлял Университет Индианы, только когда был профессором Колледжа Джефферсона в Кэнонсбур-ге. Именно здесь он четко формулирует свои представления о происхождении пустот и сгущений в поясе астероидов, о связи метеорных потоков с распадом

МЕТЕОШС АйТШЖОМУ:

Л ТВКАТ18К

*ноот11\ч;-т1^. КШЕ-ВАШ,

аккоытн*.

иг

ПАШКЬ К1КК\\'О01>. 1.1-1».

Г«>«(ма О» МДТ111*1Л1Ю 1« •• •<•<.!■ и ||1 > ■■•»К (441111

г 1* IV Е Р. БIТ У

J. II. Ы |'Р1 ксотт л со I нет.

Титул книги Д. Кирквуда "Метеорная астрономия", изданной в 1867 г.

комет. Ключевым событием его жизни стало выступление на съезде АЛАЭ в 1866 г., где ученый изложил свою теорию метеоров и обобщил концепцию резонансной природы люков в поясе астероидов и делений колец Сатурна. Опубликованная в 1867 г. книга "Метеорная астрономия" стала одной из самых цитируемых научных работ Д. Кирквуда.

В честь Д. Кирквуда назван астероид (1578) К^тООй, открытый в 1951 г. в Обсерватории им. Гёте Линка близ Бруклина, принадлежащей Университету Индианы. Символично, что астероид Кирквуд входит в изолированную группу астероидов типа Гильды

Главный

Главный пояс астероидов и резонансный группы 1:1 греки и троянцы и 3:2 гильды. Проекция на плоскость эклиптики.

(HILDA), находящихся в резонансе 3:2 с орбитальным движением Юпитера. Как видим, существуют не только люки, но и сгущения астероидов в резонансах с движением Юпитера! И именно Кирк-вуд предсказал существование этого кластера, когда было известно лишь несколько малых планет типа Гильды. Ныне их известно более 3 тыс. Исследуя астероиды данного типа с помощью

пакета компьютерных программ ЭПОС, астрономы Пулковской обсерватории В.Н. Львов, С.Д. Цекмейстер и С.С. Смирнов в 2004 г. обнаружили внутри этой группы два семейства малых планет с близкими значениями элементов орбит - HILDA и SCHUBART. Рой астероидов вблизи резонанса 3:2 постоянно сохраняет необычную форму объемного треугольника, который вра-

щается синхронно с орбитальным движением Юпитера. Никогда не сближаясь с Юпитером, гильды вместе с тем периодически проходят вблизи двух групп астероидов, названных именами героев Троянской войны и движущихся в резонансе 1:1 впереди и позади Юпитера на угловом расстоянии около 60°. Каждый астероид группы Гильды движется в полтора раза быстрее Юпитера, совершая за 24 года три оборота вокруг Солнца, в то время как Юпитер, греки и троянцы - только два! Например, астероид KIRKWOOD в специальной системе координат, вращающейся

со скоростью движения Юпитера, за 120 лет пять раз проходит по сторонам треугольника со сглаженными вершинами и петлями.

По сравнению с причудливым треком малой планеты линия жизни самого Дэниела Кирквуда кажется ровным подъемом к вершине известности и славы. Но это, конечно, не так! На время

Траектория астероида Кирквуд с 1895 г. по 2014 г. в системе координат, вращающейся вместе с Юпитером.

1578 Югклуоощ

+

Солнце

Юпитер

-ртг-р Обложка книги Д. Кирквуда "Астерои-

ды, или малые планеты между Марсом ASTEROIDS, и Юпитером", опубликованной в 1888 г. в

qj^ Филадельфии.

MINOR PLANETS BETWEEN MARS AND JUPITER.

BY

DANIEL K3RKV00Q. LL.D.. PROFES S OR EMERITUS IN THE UNIVERSITY OF INDIANA;

AUTHOR OF "COMETS AND METEORS,"

"MTEOR3C ASTRONOMY." ETC.

PHILADELPHIA: J. B. LPPIXCOTT COMPANY.

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком