Первым это сделал немецкий астроном Хуго фон Зеели-гер. Он родился в 1849 и умер в 1924 г. С 1882 г. вплоть

до самой смерти он занимал должность профессора астрономии и был директором Мюнхенской обсерватории. Будучи одним из влиятельнейших астрономов Германии, Зеелигер руководил диссертационными работами многих астрономов и с 1896 по 1921 г. возглавлял Астрономическое общество. Свою гипотезу относительно зодиакального света он опубликовал в 1906 г. Поскольку других убедительных гипотез в та время не было, а из астрономов мало кто осмеливался взяться за разработку новых радикальных физических идей, эта гипотеза быстро обрела известность. Идея Зеелигера была очень удачной: она завоевала широкую поддержку, объясняла все, что требовалось, и вдобавок не противоречила наблюдательным фактам. Свои позиции она начала сдавать лишь после 1915 г., когда стала набирать силу общая теория относительности. Но даже и тогда некоторые ученые так и не отказались от ньютоновой теории и сохраняли веру в возможность объяснения смещения перигелия Меркурия с позиций гипотезы зодиакального света.

В конце главы мы рассмотрим взгляды трех видных астрономов— Фрейндлиха [122], де Ситтера [84, 85] и Джеффри-са [184] и условия, в которых гипотеза Зеелигера была опровергнута ими. Другие гипотезы, объясняющие смещение, мы проанализируем в гл. 6 и 7- Они были связаны с появлением в начале XX столетия новых теорий тяготения, и их сторонниками были в основном физики. Что касается астрономов-практиков, то их чаяниям наилучшим образом отвечала именно гипотеза Зеелигера. Перед тем как приступить к ее подробному обсуждению, коснемся предшествующих ей идей, связанных с зодиакальным светом, и ранней работы Зеелигера.

Первым, кто обратил внимание на важность явления зодиакального света, был, по всеобщему признанию, итальянский астроном Кассини, переехавший в 1669 г. в Париж и ставший руководителем новой Парижской обсерватории. Он начал проводить систематические наблюдения зодиакального света и даже выдвинул объясняющую его гипотезу. В астрономической литературе отмечено и несколько более ранних ссылок на зодиакальный свет. В список Джонса [188] вошли упоминания о зодиакальном свете, начиная с Плиния и кончая английским естествоиспытателем Чалдреем [59], который рекомендовал зодиакальный свет для “наблюдений тем, кто занимается математикой”. Чалдрей отмечал, что в северных широтах его можно видеть в феврале и марте сразу же после захода Солнца, но он не знал, что на тех же широтах он виден и осенью перед восходом Солнца. Кассини, впервые

упомянувший о зодикальном свете в. 1683 г., сразу же предложил и объясняющую его гипотезу [53]. Его идея состояла в том, что вокруг Солнца в окрестности эклиптики есть множество малых частиц, которые либо светятся сами, либо отражают свет Солнца. Кассини полагал, что светящееся вещество имеет ту же природу, что и вещество солнечных пятен и факелов, и его источником служит Солнце. Ось симметрии света, как тогда казалось, совпадала с плоскостью экватора Солнца. Поскольку было хорошо известно, что “пятнистость” Солнца меняется, связь зодиакального света с пятнами давала возможность объяснить меняющиеся условия его видимости. Кассини отмечал, что с 1688 г. интенсивность света стала падать, и с того же времени перестали наблюдаться пятна.

Кассини указывал на аналогию зодиакального света и Млечного Пути, который выглядит диффузным объектом, но на самом деле состоит из множества звезд; в свою очередь зодиакальный свет — тоже диффузное свечение множества “малых планет” [53, с. 206]. Использование здесь слова “планета” означало, что рассеивающие частицы не только выброшены из недр Солнца, но и движутся вокруг него подобно Меркурию или Венере. Считается, что Кассини, опасаясь преследования церкви, не мог открыто признать движение Земли [91, 380], поэтому он добавил, что движение этих малых планет описывают системы мира как Птолемея, так и Коперника и Тихо Браге. Возможно, что идея о движении этих частиц вокруг Солнца родилась у Кассини под влиянием письма Николая Фатио де Дюийе [53, с. 157]. В нем Фатио говорил о крупных частицах неправильной формы, обращающихся вокруг Солнца и отражающих его свет. Гипотеза Фатио— Кассини дожила до наших дней, правда, от связи с пятнами отказались, и “управлять” движением частиц вокруг Солнца стало тяготение. В любом довоенном учебнике по астрономии можно было встретить объяснение свечения “частицами диаметром в миллиметр с низким альберо, как у Луны, со средним расстоянием между частицами порядка 8 км” [310, с. 359].

В 184'4 г. Узо попытался доказать, что зодиакальный свет может иметь “в большей степени, чем полагали до сих пор, местное происхождение”. Это мнение поддержал капеллан , американского флота Джордж Джонс. Во время плавания по Тихому океану он произвел многочисленные наблюдения зодиакального света и высказал предположение, что светится кольцо не вокруг Солнца, а вокруг Земли [187, 188]. С критикой его идеи, однако, выступил Барнард [24]; его основной аргумент состоял в том, что ось симметрии зодиакального света не показывает параллактического смещения и занимает на небесной сфере фиксированное положение вне зависимости от положения земного наблюдателя. Следовательно, предложенное Джонсом объяснение было неверным. Казалось бы, этот и другие критические аргументы должны были убедительно опровергнуть гипотезу локального кольца, но тем не менее в 1910 г. в своей книге по физике Солнца Прингс-хайм [297] писал, что “многие исследователи приписывают зодиакальный свет кольцу вокруг Земли”.

Выдвигались не только “материальные” гипотезы зодиакального света. Так, Бальфур Стюарт считал свечение следствием электрических разрядов в земной атмосфере [298, 299]; по мнению Брюстера, это Земля, двигаясь по орбите, оставляет видимый след в эфире [39]. Чаллис [56] пытался совместить это явление со своей гидродинамической моделью, предполагая, что совместное влияние собственного движения Солнца и его осевого вращения оказывает возмущающее действие на эфир.

Сам по себе зодиакальный свет очень труден для наблюдений, поэтому при сравнении критических высказываний Барнарда [24] по поводу идеи Джонса с аргументами Пиацци Смита [293] могло бы показаться, что обсуждаются разные явления. Так, Джонс пришел к локальной гипотезе зодиакального света потому, что он наблюдал свечение одновременно на западе и востоке небосвода в момент, когда солнце находилось глубоко под горизонтом. Пиацци Смит этим наблюдениям не верил, ибо сам он никогда ничего подобного не наблюдал. Напротив, Барнард вполне допускал надежность наблюдений Джонса, но пришел к совершенно иному представлению, считая, что рассеивающее вещество лежит и за пределами орбиты Земли. Более того, в 1854 г. Брорзен открыл противосияние — слабое свечение в области неба, прямо противоположной Солнцу; стало ясно, что это как бы “часть” зодиакального света — полосы, протянувшейся череа

Таковы были представления о зодиакальном свете на рубеже веков. Возможно, самое большое различие мнений Зеелигера и Ньюкома состояло в том, что Зеелигер допускал • наклон в 7° плоскости рассеивающего вещества к эклиптике. Вспомним, что основным аргументом Ньюкома против “материальной” гипотезы и был высокий наклон кольца, который он считал малоправдоподобным по динамическим соображениям. Поскольку у Зеелигера имелось прямое наблюдательное доказательство такого наклона, он мог и не считаться с этим критическим аргументом Ньюкома.

В 1906—1919 гг. дискуссия касалась уже возможного значения массы рассеивающего вещества, само же его существование уже считалось доказанным. Обычно вопрос ставился в такой форме: если масса этого вещества достаточна для объяснения найденных Ньюкомом аномалий, может ли его свечение быть таким слабым? Мы, следовательно, вновь вернулись к вопросу о наблюдениях, который в несколько иной форме так беспокоил Леверье.

4.3. Зеелигер и закон обратных квадратов

В 1906 г. Зеелигер объяснил аномальное смещение перигелия “материальными” причинами, хотя несколько раньше он попытался дать альтернативное решение проблемы путем изменения закона обратных квадратов. Правда, сделано это было с совершенно другой целью — он хотел “снять” космологический парадокс, связанный с ньютоновым законом тяготения. Впервые этот парадокс был сформулирован самим

* Можно возразить, что стремление потенциала к бесконечности не играет роли, поскольку величина силы ограничена.

Закон Неймана противоречил наблюдениям. Экспоненциальный закон Лапласа не соответствовал движениям внешних планет, а о полученном с его помощью значении смещения перигея Луны ничего нельзя было сказать до появления в 1903 г. теории Брауна. Закон Грина по разным причинам не давал однозначного ответа по поводу перигея Луны [257, с. 119]. Зеелигер отверг и его, во-первых, по той причине, •что он не согласовался с представлениями о бесконечности Вселенной, и, во-вторых, с его помощью не удавалось объяснить движения узлов Венеры — второй по величине из аномалий Ньюкома. Было ясно, что любое объяснение этой аномалии должно распространяться и на смещения перигелиев. Следовательно, путь для новой “материальной” гипотезы оказался открытым. В то же время ничто не препятствовало Зеелигеру принять, если нужно, закон Лапласа: в применении к планетам использовалось значение к = 0,000 000 38, а поскольку da ос к, можно было бы, например, взять к — = 0,000 000 01, описав тем самым движение планет и обойдя трудности, связанные с космологическим парадоксом.

Хотя создается впечатление, что Зеелигер в конце концов пришел к этому варианту, он не связывал себя ограничениями. Прежде всего он опирался на представления о бесконечности Вселенной, но его космологический парадокс, равно как и связанный с ним парадокс Шезо — Ольберса, можно было разрешить и многими иными способами. Так как космологические соображения были основными, по которым он отверг гипотезу Холла после ее принятия Ньюкомом и до опровержения Брауном на основании движения Луны, мы рассмотрим этот вопрос несколько более подробно.

Однако такую модель Вселенной подверг критике Аррени-ус, считавший, что в ней нельзя объяснить образование отдельных галактик и что отсутствует механизм, обеспечивающий ее устойчивость. Иерархическая модель Вселенной не нравилась и Зеелигеру; он отвергал ее не по каким-либо физическим соображениям — в своих рассуждениях он старался как можно меньше зависеть от выводов, не связанных непосредственно с наблюдениями. Предположение об абсолютной точности закона обратных квадратов и конечности средней плотности обязательно наложило бы условия на распределение вещества в далеких ненаблюдаемых областях Вселенной,— распределение, которое невозможно вывести из локальных свойств вещества [328, с. 95]:

Вынужденный принять модификацию закона обратных квадратов, Зеелигер в своей статье предложил независимую проверку закона тяготения. Она ограничивалась пределами Солнечной системы (спустя три года после того, как сам Зеелигер объяснил аномалии Ньюкома в 1906 г., это воспринималось как само собой разумеющееся), хотя этот закон в равной мере казался справедливым и для двойных звезд, правда, здесь точность данных была значительно меньше требуемой. О его применимости на расстояниях порядка межзвездных не было известно ничего. С точки зрения теорий, привлекавшихся для объяснения явления гравитации, закон обратных квадратов был не более чем приближением к действительному закону тяготения. Говоря об этом, Зеелигер, в частности, ссылался на возрожденную Томсоном теорию Лесажа, которую с математической точки зрения анализировал Джордж-Дарвин [71]. Дарвин полагал, что точный закон тяготения выражается более сложной формулой, наподобие закона Клеро, содержащей вторую и более высокие степени величины, обратной расстоянию. Закон такого вида не устраняет космологических трудностей, но в указанной теории предполагалось поглощение гравитации, снимающее проблему. Стали проводиться эксперименты с целью поиска такого поглощения, однако успеха они не принесли, что неудивительно. В 1920 г. Майорана [238] сообщил об открытии эффекта поглощения; окружив подвешенный в вакуума свинцовый шар весом 1274 г массивной (104 кг) ртутной оболочкой, он обнаружил, что вес шара при этом уменьшился на 0,000 98 ±0,000 16 мг. Зильберштейн [342] сдержанно назвал сообщение об этом результате “преждевременным”.

штабах, как решение космологического парадокса Зеелигера. Е этом случае основными поглощающими телами являлись бы звезды — гораздо более массивные, чем Земля, объекты. Зеелигер показал, что коэффициент поглощения не должен превышать 10~⁸ (если требовать, чтобы поглощение не вносило никакого вклада в движение перигелиев); Боттлингер в 1912 г. получил значение 10~¹⁵, а Майорана— 1(Н². Следовательно, по результатам Боттлингера и де Ситтера коэффициент поглощения не превышает Ю-'⁵; но даже и при столь малой величине член е~^%' стремится к нулю с увеличением расстояния до бесконечности, чем и решается космологический парадокс. Таким образом, гипотезу космологического поглощения можно было привести в соответствие с теорией Лесажа — Том-сона, а последняя в свою очередь согласовывалась с ньютоновой теорией, для подкрепления которой и была создана. Целью Зеелигера было “выжать” все возможное из теории Ньютона. Он также использовал поглощение для объяснения темного цвета ночного неба — поглощение в эфире и поглощение, вызванное “наличием темных или же менее ярких тел” и “протяженными облаками космической пыли” [327, с. 98].

Очень важны, отметил Зеелигер, конечная продолжительность жизни звезд и конечность скорости света. Томсон использовал эти факторы для разрешения парадокса Ольберса. В своих “Балтиморских лекциях” Томсон — лорд Кельвин — вычислил отношение яркости ночного неба к яркости солнечного диска [189]. Опираясь на известный наблюдательный факт, что число звезд с параллаксом более 0,001" по порядку величины равно I млрд. (они находятся на расстояниях менее 3,09-10¹⁶ км), Кельвин получил оценку этого отношения а = 3,8- 10~¹³. Шезо и Ольберс считали, что оно должно быть равно единице; поскольку а пропорционально г, можно легко рассчитать радиус видимой сферы звезд. Кельвин положил ее = 0,0389, или около 4%, следовательно, радиус видимой сферы звезд оказался равным 3,09*10²⁷ км. Чтобы преодолеть это ^расстояние, свету требуется 3,27-10^м лет. Поскольку время жизни звезды гораздо меньше, Кельвин отверг парадокс Ольберса. Однако келызиновские оценки времени жизни звезд были сделаны в предположении, что звезды светят благодаря гравитационному сжатию. Правда, этот источник звездной энергии был в то время единственным позволявшим получить хоть какую-то количественную оценку; вычисленный Кельвином возраст Солнца оказался равным 20 млн. лет. Однако это прямо противоречило геологическим данным того времени, а также соображениям, касающимся процесса естественного отбора, которые свидетельствовали, что возраст Земли не менее 250 млн. лет. После открытия радиоактивности стало ясно, что оценку Кельвина можно сильно увеличить

От кельвиновской оценки времени жизни звезд порядка 20—50 млн. лет мы пришли примерно к 100 млн. лет, рассматривая в качестве источника энергии радиоактивный распад. Но после 1905 г. предполагаемое время жизни звезд значительно увеличилось, и геологическое время стало по сравнению с ним малым. Превращение всего солнечного вещества в излучение при современном темпе выделения энергии может продолжаться 1,5-10¹³ лет, но даже и это время меньше 3,27-10^й лет — оценки, полученной Кельвином впред-. положении, что яркость ночного неба составляет 4 %• Можно думать, что его вывод базировался на прочной основе. Объяснить возникающий гравитационный парадокс сложнее, ибо темная звезда, не внося значительного вклада в яркость неба,

Статью 1906 г., где впервые предлагалась гипотеза, Зеели-гер предварил кратким обсуждением возможной несферичности Солнца и применимости гипотезы Холла, уже затем перейдя к детальному анализу вековых эффектов, вызванных эллипсоидально распределенным вокруг Солнца веществом [327]. Он предположил, что пылевая материя сосредоточена в пяти эллипсоидах с большими полуосями 0,10; 0,17; 0,24; 0,60 и 1,2 а. е. (большая полуось орбиты Земли равна 1,0 а. е., а Меркурия — 0,387 а. е.). Три эллипсоида, целиком помещавшиеся в пределы орбиты Меркурия, давали близкие эффекты, поэтому Зеелигер взял лишь один из них, третий, а так как четвертый, по его мнению, оказался лишним, в конце концов он оставил всего два эллипсоида — третий и пятый.

Пытаясь хотя бы частично “исправить” аномалии, Зеели-гер тоже использовал вращение. Следовательно, ему предстояло определить три неизвестных параметра: скорость вращения г и плотности вещества эллипсоидов q₃ и q₅. Ориентацию эллипсоидов он также считал неизвестной, что дало еще два параметра — наклон / и долготу узла Ф третьего эллипсоида. Ориентацию пятого эллипсоида он считал такой же, а их сжатие он задавал. В результате предварительных вычислений Зеелигер получил все пять неизвестных, в том числе наклон / = 6,95° ± 0,97°, а также Ф = 40,03°. Наклон и долгота узла неплохо согласовывались с оценками, полученными Ньюкомом в 1895 г. [257, с. 114]: 7 = 9° и ф = 48°. Наклоны эллипсоидов оказались близкими к наклону солнечного экватора, но долгота узлов сильно отличалась от значения Вольфа и Маршана — около 70°. Введя не-"которые функции от q₀ — плотности Солнца, q₃ и q₅, а именно В_ъ и В₅, методом наименьших квадратов Зеелигер нашел значения В₃, В₅ и г. В табл. 4.3 приводится вклад каждого из этих возмущающих факторов и их суммарное влияние, которое сравнивается с аномалиями Ньюкома [327, с. 620]. Значения неизвестных, на основании которых вычислена эта таблица, равны q₃ = 2,18- Ю-¹¹ q_Q, q₅ = 0,31 • 10^¹⁴ q₀ и г == = 5,85" ± 1,22". Скорость вращения получилась несколько меньше, чем у Андинга, а внешний эллипсоид, простираю-•щийся за пределы земной орбиты,— очень разреженным. Из 1табл. 4.3 можно видеть, что смещение перигелия Меркурия обусловлено в основном внутренним эллипсоидом, а узлов Венеры — внешним; вращение требуется в основном для объяснения движения перигелия Марса, хотя сильно влияет также на узлы и вносит заметный вклад в движение перигелия Меркурия. Возможно, внешний эллипсоид и не нужен, ибо

Именно такое мнение было у де Ситтера [80],— он считал вращение a priori крайне маловероятным. Взяв несколько большее, чем у Ньюкома, значение постоянной прецессии (среднее между его значением и значением Босса), де Сит-тер немного уменьшил аномальные движения. Изменение значения постоянной прецессии было равносильно дополнительному вращению со скоростью 1,24" в столетие или смещению на ту же величину перигелиев и узлов орбит. Для полного объяснения аномалий теперь уже потребовалось увеличить </з и q₅ соответственно до 2,42- Ю-¹¹ q₀ и 0,37• 10-¹⁴ ^о-Остаточные уклонения элементов даны в табл. 4.4 в строке А-Де Ситтер учел и релятивистские поправки специальной теории относительности, астрономические эффекты которой он обсуждал в 1910 г. Еще тогда он показал, что единственный ощутимый релятивистский эффект — это прямое смещение перигелия Меркурия на 7,15" в столетие. Поскольку за это смещение ответствен в основном внутренний эллипсоид, можно слегка уменьшить его плотность до 2,09- 1О-^п<7о- Релятивистские остаточные уклонения приводятся в строке В. Различия между строками А я В настолько малы, что предпочесть какую-то одну из гипотез исходя из одних лишь уклонений невозможно.

+0,20 — +0,05 ю

Результаты Волтьера де Ситтер использовал для дальнейшего анализа гипотезы Зеелигера [83]. На этот раз он изменил свое мнение относительно вращения системы координат. Если бы вращения не было, указал де Ситтер, вековое изменение наклона эклиптики составило бы “совершенно недопустимую” величину + 1,18" по сравнению с исправленным Волтьером значением Ньюкома +0,28"±0,18". “Следовательно, мы приходим к выводу, что вращение совершенно необходимо для объяснения” [83, с. 35]. Единственная альтернатива состояла в уменьшении наклонения внешнего эллипсоида к неизменяемой плоскости Солнечной системы, что, однако, приводило бы к противоречиям в представлении движения узлов Венеры. Де Ситтер рассмотрел и смещение узлов земной орбиты. Гипотеза Зеелигера 1906 г. предсказывала смещение 0,47", а без учета вращения 1,13", тогда как без учета влияния внешнего эллипсоида 0,15". Ньюком не смог получить величину расхождения для этого элемента; однако ее можно найти по прецессии от планет, которая определяется главным образом изменением наклонения земной орбиты и движением ее узлов. Связанное с влиянием планет смещение точки весеннего равноденствия должно сказываться на прямых восхождениях звезд, а не на их склонениях. Следовательно, если измерять полную прецессию раздельно по прямым восхождениям и склонениям, различие между полученными значениями прецессии и даст неучтенное движение земной орбиты. Это и было сделано [83, с. 35]. Ньюком получил разность 0,47", Босс 0,85" ± 0,22", Струве 0,93" ± 0,80". Эти результаты сравнимы с предсказанием гипотезы Зеелигера: 0,47" (с учетом и вращения, и внешнего эллипсоида). Однако совпадение значений нельзя было рассматривать как безоговорочное подтверждение гипотезы Зеелигера, поскольку в то время Хоф и Халм [173] уже объяснили уклонение неравным распределением численности звезд в двух потоках Каптейна.

В то же время было трудно решить, чему отдать предпочтение — гипотезе Зеелигера 1906 г. [327] или же одному из вариантов гипотезы де Ситтера — А, В или С (гипотеза С предусматривает существование лишь внутреннего эллипсоида и вращения со скоростью 6,85"; соответствующие остаточные уклонения приводятся в табл. 4.5 [83, с. 35]). Влияние предполагаемого количества вещества на движение Луны оказалось несущественным- Наиболее подходящей основой для точной проверки всех четырех гипотез стало движение Земли. Было показано, что смещение эклиптики невелико, а скорость вращения системы координат стало возможным уменьшить от 7,3" (значение Андинга) или 5,85" (результат Зеелигера) до 4,61", поскольку де Ситтер использовал другое значение постоянной прецессии, компенсируя влияние внешнего эллипсоида. Последний в свою очередь требовался для объяснения смещения узлов Венеры. Влияние рассеивающего вещества дожно было сказываться и на движении узлов земной орбиты. Казалось, что это влияние подтверждается расхождениями в значениях постоянной прецессии, но в равной степени их можно было объяснить неоднородностями в распределении звезд,

Однако до сих пор мы не касались наблюдательных критериев обоснованности гипотезы Зеелигера. Хотя ее часто называли “гипотезой зодиакального света”, теперь ясно, что это название не вполне соответствовало ее содержанию. Такое же мнение было высказано в последней работе Ньюкома (опубликованной после его смерти), где, отказавшись от своих прежних взглядов, он пришел к гипотезе Зеелигера. Он писал, что “материю, фигурирующую в гипотезе Зеелигера, нельзя отождествлять с веществом, отражающим зодиакальный свет, поскольку она слишком близка к Солнцу, чтобы быть видимой” [262]. Так как Ньюком сконцентрировал свое внимание на перигелии Меркурия, ему ненужен был внешний эллипсоид, охватывающий орбиту Земли. Считалось, что именно он и рассеивает зодиакальный свет, т. е. что ег<э

Эрвин Фрейндлих был другом и коллегой Эйнштейна, снабжавшим его информацией астрономического характера в решающие годы становления общей теории относительности. В одном из своих писем 1915 г. Эйнштейн называет Фрейндлиха “собеседником” по астрономическим проблемам [164, с. 32]. В 1910 г., выполнив под руководством Феликса Клейна из Геттингена диссертационную работу, 25-летний Фрейндлих был назначен астрономом-наблюдателем Берлинской обсерватории. В 1911 г. он познакомился с Эйнштейном, и с 1918 г. полностью переключился на совместную с ним работу. В 1914 г. он организовал экспедицию в Крым для наблюдений солнечного затмения; целью наблюдений была проверка предсказанного Эйнштейном отклонения лучей света звезд в поле тяготения Солнца. Начавшаяся первая мировая война приостановила работу экспедиции, а Фрейндлих был интернирован, но вскоре освобожден при обмене пленными. Удрученный неудачей проверки отклонения лучей света, Фрейндлих обратился к смещению перигелия. В начале 1915 г. Эйнштейн был на пути к завершению работы над общей теорией относительности, опубликованной в ноябре того же года. В письме к Зоммерфельду Эйнштейн указал, что полученные им уравнения поля предсказывают смещение перигелия на 18" в столетие [164, с. 32]. Если новая теория была верна, следовало отказаться от любого другого объяснения смещения перигелия Меркурия. Поэтому Фрейндлих занялся анализом гипотезы Зеелигера, и 27 февраля 1915 г. опубликовал посвященную ей критическую работу.

Основные критические замечания касались наблюдаемого проявления вещества, рассеивающего зодиакальный свет, вращения г и малого эффекта пятого (внешнего) эллипсоида, а также произвола в принятом распределении массы. Он использовал результаты Хирна и показал, что плотность вещества в 4 г/км³ приводила бы к заметному уменьшению периодов обращения планет (такую плотность Зеелигер приписывал внешнему эллипсоиду). Чтобы этот эффект не сказывался на движении Земли, плотность должна быть на три порядка меньше. Правда, эти расчеты производились для неподвижной среды; для движущихся вокруг Солнца малых частиц эффект сопротивления среды был бы гораздо меньше. Однако, если частицы невелики, надо учитывать действие светового давления. Не исключалось, следовательно, что отражающие частицы могут иметь значительно большие размеры (“как малые планеты”). Но прямые наблюдения метеоров, кометных хвостов и солнечной короны свидетельствовали против больших размеров частиц.

Фрейндлих предложил затем такую схему. Частицы простираются за пределы орбиты Земли и занимают объем 2-Ю²¹ км³. Их сечение он взял около 1 мм², плотность — 3 г/см³, а отражающую способность — как у Меркурия. Считая, что по блеску зодиакальный свет эквивалентен звезде первой величины, Фрейндлих получил оценку полного числа частиц 9-Ю¹⁸ и их средней плотности 7-10~⁶ г/км³*. Это гораздо меньше, чем требовалось Зеелигеру. Полученная оценка подтвердила мнение, что рассеивающее вещество оказывает на движение планет весьма незначительное влияние. Помимо того, казалось, что существует другое независимое подтверждение этого вывода: Аррениус оценил массу солнечной короны в 12-10⁹ кг, а плотность — в 1,2- Ю-⁶ г/км³, что по порядку величины близко к оценке Фрейндлиха для внешнего эллипсоида. Корону он считал состоящей из множества крошечных частиц, сила притяжения которых к Солнцу уравновешивается световым давлением. Внутренний эллипсоид Зеели-гера предполагался не настолько близким к Солнцу, чтобы иметь непосредственное отношение к короне; трудно было вообразить, что в общем распределении массы с уменьшающейся с расстоянием плотностью вдруг обнаружится резкое увеличение плотности примерно в миллион раз.

• В сентябре 1915 г. появилась статья, в которой сам Зее лигер проанализировал проблему “видимости” зодиакального света. Ограничение размеров частиц как максимум несколь кими миллиметрами он считал неверным; в качестве примера он рассматривал случай, когда размер частиц составлял 1 м (и даже 50 м). Исходя из плотности внутреннего эллипсоида, которую он использовал и в 1906 г., Зеелигер вычислил рас пределение яркости свечения. Вблизи Солнца яркость была вдвое меньше поверхностной яркости Луны, она уменьшалась обратно пропорционально квадрату расстояния, и свечение исчезало на угловом расстоянии 17,5° от Солнца (максималь ное удаление Меркурия — 28°). Такая картина имела мало общего как с зодиакальным светом, так и с короной. Изучая распределение яркости света вблизи Солнца во время полного солнечного затмения 1898 г., Тернер [367] показал, что рядом с Солнцем поверхностная яркость в 2,2 раза превышает яркость полной Луны, уменьшаясь с расстоянием по закону г~⁶. Это излучение короны накладывается на равномерное свечение с постоянной поверхностной яркостью около 0,012 яркости полной Луны, обусловленное общим свечением неба и зодиакальным светом. Угловой радиус Солнца — прибли зительно 16', следовательно, угол 17,5° соответствует рас стоянию 70 радиусов от центра Солнца. Если яркость свече ния спадает пропорционально г~⁶, что дают наблюдения, свечение становится совершенно незаметным задолго до вы численного Зеелигером предела. Результаты Тернера были вполне надежны; они были опубликованы в 1900 г., а Га рольд Джеффрис использовал их в 1919 г., следовательно, они были и общедоступны. Гипотеза Зеелигера столкнулась с серьезным препятствием. В общем, Фрейндлиху удалось по казать, что вещество, рассеивающее зодиакальный свет, слиш ком разрежено и не может оказать заметного влияния на движение планет; измеренная Аррениусом плотность короны оказалась сравнимой с плотностью этого вещества, т. е. слиш ком малой по сравнению с предполагаемой плотностью внутреннего эллипсоида. Не соответствовало наблюдениям и выведенное самим Зеелигером распределение яркости свечения. _:

три большие статьи под общим названием “Об эйнштейновской теории тяготения и ее астрономических следствиях” [84, 85, 86]. В конце первой работы он рассмотрел релятивистские эффекты в движении планет. Известно, что они приводят лишь к смещениям перигелиев, однако де Ситтер, сохранив полученное им новое значение постоянной прецессии, получил дополнительные смещения перигелиев и узлов. Расхождения между теорией и наблюдениями показаны в табл. 4.6. Видно, что в движениях перигелиев Меркурия и

Земля е-da + 19,46 + 19,46 0,00+0,13 +0,10

Марс е-da +149,44 +148,93 +0,51+0,35 +0,75

Марса оставались небольшие расхождения, а для узлов Венеры они втрое превышали ошибку. Следовательно, смещение узлов Венеры было в рамках общей теории относительности аномалией, хотя и не такой, как смещение перигелия Меркурия для теории Ньютона. Дело было не столько в величине аномалии, сколько в невозможности объяснить ее, и де Ситтер на этом этапе попросту оставил ее. Он пришел к выводу об “избыточности” гипотезы Зеелигера. Вряд ли он противоречил своему прежнему мнению, так как в 1913 г. говорил об идее Зеелигера только как о средстве, с помощью которого можно оценить массу вещества, рассеивающего зодиакальный свет, считая, что именно он вызывает аномалии в движении планет. Поскольку применение теории Эйнштейна убедило его, что значительных аномалий больше не осталось, он теперь вполне мог утверждать, что возмущающая масса пренебрежимо мала. Далее, его обращение к общей теории относительности могло основываться скорее на ее априорной стройности, чем на остальных эмпирических следствиях, которые в то время были либо неоднозначными (красное смещение в спектрах звезд), либо пока не проверенными (отклонение лучей света). Конечно, ему следовало бы показать, что наблюдаемую яркость зодиакального света может дать ве-

Одним из ученых, высказывавших критические замечания по адресу гипотезы Зеелигера, был сэр Гарольд Джеффрис. Интересно, что вначале он разделял ее и отверг гипотезу лишь в 1919 г. Это произошло в начале его научной карьеры. В 1914 г. он был принят в Колледж Св. Иоанна, находящийся в Кембридже, с 1914 по 1917 г. получал стипендию имени Исаака Ньютона, а с 1917 по 1922 г. работал в Лондонском метеорологическом бюро. Первая его статья о зодиакальном свете была опубликована в 1916 г., в том же выпуске журнала “Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”, что и вторая из серии статей де Ситтера, посвященных общей теории относительности [182]. Джеффрис отметил, что объяснить смещение узлов Венеры в рамках теории Эйнштейна не удалось, и обратился к гипотезе Зеелигера. Прежде всего он отверг идею вращения, считая его “слишком большим” и ссылаясь на работу де Ситтера 1913 г. Однако, как мы знаем, уже в 1914 г. де Ситтер показал, что без предположения о вращении не обойтись; познакомиться с этой работой Джеффрису, вероятно, помешала война. По счастью, это было не так уж и важно, ибо Джеффрис отказался от идеи о внешнем эллипсоиде (ответственном за зодиакальный свет), а именно для компенсации его влияния на орбиту Земли приходилось предполагать вращение. Отказ от внешнего эллипсоида как причины планетных аномалий был основан на наблюдательных фактах. Джеффрис показал, что отражающие частицы должны иметь размеры порядка 10⁷ см — тогда яркость отраженного света будет соответствовать наблюдаемой и плотность будет той же, что нужна Зеелигеру. Но такие “частицы” были бы просто малыми планетами. С другой стороны, если бы частицы были малы по сравнению с длиной световой волны, происходило бы не отражение, а рассеяние света; при этом для объяснения наблюдаемой яркости зодиакальйого света потребовалось бы весьма малое количество рассеивающего вещества, а тогда вызванные им гравитационные возмущения в движении внутренних планет

Однако это объяснение было не совсем верным. Вещество в непосредственной близости от Солнца в то время было хорошо известно — это его корона. Проводились и оценки ее яркости, и пусть даже ее возмущающим действием пренебрегали, следовало бы как-то объяснить, почему значительно более массивное образование — внутренний эллипсоид — все же не наблюдается. А без этого гипотеза была незавершенной. Далее, наклон эллипсоида к плоскости эклиптики составлял 8° 19'; значит, сохраняло силу замечание Ньюкома относительно большого наклонения. Джеффрис об этом не упомянул — возможно, здесь подразумевалась связь с экватором Солнца, наклон которого равен 8 °.

В 1918 г. Джеффрис применил идею Зеелигера к варианту релятивистской теории тяготения Зильберштейна [341], опубликованной несколько раньше. Зильберштейн, разделяя эйнштейновское условие общей ковариантности, выступал против принципа эквивалентности. В основе этого лежали причины как методологического (например, этот принцип ставил гравитацию “в совершенно исключительное и привилегированное положение”), так и эмпирического характера. Теория Эйнштейна предсказывала красное смещение спектральных линий звезд, но опытная проверка этого эффекта оказалась сложной. В 1914 г. Фрейндлих нашел требуемый эффект, но в 1917 г. Сент-Джон, изучив спектр Солнца, получил отрицательный результат. Зильберштейн отдал предпочтение последним данным — они были более многочисленными и надежными, кроме того, масса Солнца была известна гораздо точнее масс звезд, которые наблюдал Фрейндлих. Далее, еще один эффект — отклонение света в поле тяготения Солнца — еще предстояло проверить. Итак, поскольку не было эйнштейновского красного смещения, могло не быть и движения перигелиев, и видимый успех теории Эйнштейна ставился под сомнение. Зильберштейн использовал результаты, полученные Сент-Джоном, для опровержения принципа эквивалентности и оставил в своей теории только требование общей ковариантности (хотя мы не имеем возможности обсуждать эту теорию здесь — см. гл. 7, — значимость указанного требования можно понять из работы Кречмана [198] *). Вместо опережающего смещения перигелиев теория Зильберштейна предсказывала их отставание. Правда, оно было сравнительно невелико — значения е-бй для Меркурия, Венеры, Земли и Марса оказывались соответственно равными —1,48", —0,010", —0,011" и —0,21". При этом аномальное смещение перигелия Меркурия возрастало с 8,48" до 9,96". Но Зильберштейна не смутило и это [341, с. 128]:

Статья Джеффриса была опубликована чуть позже, в 1918 г. [183]. Он взял такое же, как и в 1916 г., распределение вещества, но с большей плотностью. Как и прежде, оставалось расхождение в смещении перигелия Марса. Считалось, что его можно объяснить, увеличив массу Земли или учитывая влияние астероидов. Для Земли аномалии были в пределах вероятных ошибок. Это не противоречило результату де Ситтера, полученному в 1914 г., поскольку на движение Земли оказывал влияние именно внешний эллипсоид. И Джеффрис заканчивает [183, с. 205]:

Меркурия почти в точности соответствовало наблюдаемому, его с полной определенностью уже нельзя было рассматривать как аномалию. Если так, то смещение перигелия уже не могло служить поддержкой гипотезы невидимого вещества, и чтобы допустить его существование, нужно было представить независимые доказательства. Однако оптические наблюдения исключали такую возможность и можно было говорить только о веществе, рассеивающем зодиакальный свет или о веществе солнечной короны. В 1919 г. Джеффрис вновь вернулся к этому вопросу. Он показал, что если зодиакальный свет возникает вследствие рассеяния на молекулах газа, его гравитационное воздействие будет совершенно незаметным; если же свет отражается от поверхности небольших частиц, то их масса даст не более 2" в вековом движении перигелия. Свечение короны объяснялось рассеянием солнечного света на диффузном веществе, и с учетом результата Тернера, полученного в 1898 г., Джеффрис показал, что и ее возмущающее влияние на движение планет пренебрежимо мало. Итак, с гипотезой Зеелигера было покончено.

Новая теория — общая теория относительности — не позволяла объяснить движение узлов Венеры. Желание разобраться с этой аномалией заставило Ньюкома усомниться в правильности значения солнечного параллакса. Из тех же соображений Зеелигер отверг гипотезу Холла, а Джеффрис принял на вооружение гипотезу Зеелигера. В 1919 г. Джеффрис показал, что для объяснения планетных аномалий, определенных Ньюкомом в 1895 г., гипотеза зодиакального света не годится. Учитывая это, он пришел к заключению, что никакого опережающего смещения узлов Венеры в действительности нет и оно является результатом какой-то ошибки. Об этом иногда говорил и Ньюком, но Джеффрис высказался с большей определенностью [184, с. 141 —142]:

4.10. Чарльз Лейн Пур