ГЛАВА I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПЛАНЕТАХ

§ 1. ЧТО ТАКОЕ ПЛАНЕТЫ

Среди многочисленных небесных светил, изучаемых современной астрономией, особое место занимают планеты. Ведь все мы хорошо знаем, что Земля, на котором мы живем, является планетой, так что планеты — тела, в основном подобные нашей Земле.

Но в мире планет мы не встретим даже двух, совершенно похожих друг на друга. Разнообразие физических условий на планетах очень велико. Расстояние планеты от Солнца (а значит, и количество солнечного тепла, и температура поверхности), ее размеры, напряжение силы тяжести на поверхности, ориентировка оси вращения, определяющая смену времен года наличие и состав атмосферы, внутреннее строение и многие другие свойства различны у всех девяти больших планет Солнечной системы.

Изучая это разнообразие условий на планетах мы можем глубже познать законы их развития и выяснить взаимосвязь между теми или иными свойствами планет. Так, например, от размеров, массы и температуры планеты зависит ее способность удерживать атмосферу того или иного состава, а наличие атмосферы в свою очередь влияет на тепловой режим планеты.

Как показывает изучение условий, при которых возможно зарождение и дальнейшее развитие живой материи, только на планетах мы можем искать признаки существования органической жизни. Вот почему изучение планет, помимо общего познавательного интереса, имеет важное значение с точки зрения космической биологии.

Поучение планет имеет большое значение, кроме астрономии, и для других областей науки, в первую очередь для наук о Земле — геологии и геофизики, а также для космогонии — науки о происхождении и развитии небесных тел, в том числе и нашей Земли. Мы уже не говорим о том, что сведения о планетах необходимы для планирования полетов к ним космических аппаратов.

Современные представления о планетах сложились не сразу. Для этого понадобилось много веков накопления и развития знаний и упорной борьбы новых, прогрессивных взглядов со взглядами старыми, отживающими.

В древних представлениях о Вселенной Земля считалась плоской, а планеты рассматривались лишь как светящиеся точки на небесном своде, отличавшиеся от звезд только тем, что они перемещались между ними, переходя из созвездия в созвездие. За это планеты и получили свое название, означающее «блуждающие». Наблюдателям древности было известно пять планет: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн.

Даже после того как была установлена шарообразная форма Земли и были впервые определены ее размеры (Эратосфеном в III в. до н. э.), после того как стала очевидна ограниченность Земли в пространстве, о природе планет ничего не было известно. И все же во взглядах ряда выдающихся мыслителей древности: Анаксагора (V в. до н. э.), Демокрита (V—IV вв. до н. э.). Эпикура (IV—III вв. до н. э.), Лукреция (I в. до н. э.) мы встречаем идеи о материальности и бесконечности Вселенной, заполненной бесчисленным количеством миров, подобных нашему, причем многие из них могут быть населены живыми существами. Эти мыслители высказывали весьма интересные идеи и о природе небесных тел.

Так, например, Анаксагор считал Солнце раскаленной каменной или железной массой, а звезды — телами, состоящими из той же материи, что и Земля, причем одни из них подобно Солнцу накалены и светят, а другие холодны и темны. В своем сочинении «О природе» он высказал догадку о том, что Луна светит не собственным светом, а отраженным от Солнца, что на ней имеются горы и долины и что на ней, как и на Земле, могут быть живые существа.

Демокрит, известный как создатель атомистической теории мира, согласно которой все тела во Вселенной состоят из атомов, последовательно развил эти представления Анаксагора.

«Миры бесчисленны и различны по величине. — писал Демокрит. В некоторых мирах нет ни солнца, ни луны, в некоторых солнце и луна больше по размерам наших и в некоторых их большее число. Расстояния между мирами неравны, между некоторыми больше, между некоторыми меньше, и одни миры еще растут, другие находятся уже в расцвете, третьи разрушаются... Некоторые миры не имеют животных и растений и вовсе лишены влаги».

Эпикур в своих сочинениях дал весьма последовательное логическое доказательство бесконечности Вселенной и бесчисленности небесных тел. Очень важной явилась высказанная им мысль о закономерности движения небесных тел и, в частности, их вращения. Закономерным явлением Эпикур считал и перемещение планет среди звезд и даже пытался найти естественное объяснение этому явлению.

Горячим последователем Анаксагора, Демокрита и Эпикура был римскиц поэт и философ Лукреций, изложивший в своей поэме «О природе вещей» основные идеи этих великих материалистов древности. Но эти идеи не были подкреплены данными наблюдений и не могли в ту эпоху получить широкого распространения.

Начиная с IV в. до н. э. господствующим в науке стало мировоззрение Аристотеля, согласно которому Земля находится неподвижно в центре мира, а Солнце, Луна, планеты и звезды обращаются вокруг нее. Такое представление получило название геоцентрического («ге» по-гречески означает «Земля»).

Геоцентрическая система мира просуществовала в науке почти 2000 лет. Это объясняется не только тем, что она соответствовала примитивным непосредственным представлениям людей о центральном положений Земли и о ее неподвижности, но и тем, что эта система составляла неотъемлемую часть господствующей идеологии как рабовладельческого, так и феодального вещества, нашедшей свое выражение в различных религиях, в том числе и в христианской религии.

Геоцентрическая система мира полностью соответствовала положениям христианской религии, согласно которой жизнь была создана богом только на Земле и, стало быть, основное, центральное место во Вселенной занимает Земля, а на Земле — человек, «венец творения».

Но не так просто было примирить примитивные геоцентрические представления с наблюдениями.

Как известно, любая из планет перемещается по небу среди звезд вдоль эклиптики — большого круга небесной сферы, который описывает центр солнечного диска в течение года. Большую часть времени планеты движутся в ту же сторону, что и Солнце (прямым движением). Но время от времени планеты изменяют прямое движение на попятное, направленное в сторону, противоположную видимому годичному движению Солнца. Попятное движение продолжается от трех недель (для Меркурия) до 472 месяцев (для Сатурна) и затем снова сменяется прямым движением, так что планета как бы описывает на небе петлю.

Еще Аристотель отмечал сложность видимых движений планет, которые «движутся не только вправо, но и влево, и притом по орбитам, наклоненным к орбитам неподвижных звезд». Для объяснения столь (сложного характера планетных движений мыслитель древности Птолемей (II в. н. э.) разработал систему Мйра, согласно которой планеты движутся по малым кругам (эпициклам), центры которых в свою очередь обращаются вокруг Земли по большим кругам (деферентам). Из сложения этих двух круговых движений и получаются, по Птолемею, те петлеобразные движения планет среди звезд, которые непосредственно наблюдаются.

Для представления этих движений с необходимой точностью пришлось допустить, что движение каждой планеты связано с несколькими эпициклами разных порядков, ибо иначе не удавалось объяснить весь сложный характер наблюдаемых движении планет.

Лишь в середине XVI в. великий польский ученый Николай Коперник высказал замечательную идею о том, что Земля вовсе не является центром мира, а обращается вокруг Солнца так же, какн другие планеты. Гениальная книга Коперника «Об обращении небесных сфер», вышедшая в 1543 г., в корне изменила представления об устройстве Солнечной системы и о движении планет и Земли.

Энгельс высоко оценил революционное значение системы Коперника. «Революционным актом, которым исследование природы заявило о своей независимости..., было издание бессмертного творения, в котором Коперник бросил, — хотя и робко и, так сказать, лишь на смертном одре — вызов церковному авторитету в вопросах природы. Отсюда начинает свое летосчисление освобождение естествознания от теологии, хотя выяснение между ними отдельных взаимных претензий затянулось до наших дней и в иных головах далеко еще не завершилось даже и теперь». Хотя эти слова написаны Энгельсом около 100 лет назад, их можно с полным правом применять и в нашей современности.

Рассматривая Землю как небесное тело, которое наряду с другими планетами обращается вокруг Солнца, Коперник своими трудами подготовил логический вывод о том, что не только характер движения, но и сама природа планет и Земли должна быть одинакова. Этот вывод был сделан выдающимся последователем Коперника итальянским мыслителем Джордано Бруно и подтвержден в результате телескопических открытий Галилея, о которых будет рассказано в следующем параграфе.

Так постепенно складывалось правильное представление о природе планет. Теперь мы знаем, что планеты, в том числе и Земля, представляют собой темные, несамосветящиеся тела, освещаемые Солнцем и отражающие его лучи. Такое определение этого типа йебесных тел можно распространить не только на планеты нашей Солнечной системы, но и на системы других звезд, ибо каждая звезда тоже представляет собой солнце и около нее также могут обращаться планеты.

Отличить на небе планету от звезды можно по целому ряду признаков. Прежде всего, планеты перемещаются между звездами, однако их перемещение можно заметить лишь проводя наблюдения в течение нескольких вечеров. Такие планеты, как Венера и Юпитер, легко распознать, так как по блеску они намного превосходят самые яркие из звезд. Отличительным признаком каждой планеты является ее цвет: у Венеры он белый, у Марса — красноватый, у Юпитера — желтовато-белый, у Сатурна — желтый.

Отличить планету от звезды мощно еще благодаря тому, что все звезды мерцают, а планеты обычно светят ровным, почти немигающим блеском. Как известно, мерцание звезд вызывается колебаниями воздуха, сквозь который проходят лучи на пути к глазу наблюдателя. Но звезды да те в самые сильные телескопы представляются точками, а планеты имеют заметные видимые размеры, так как они гораздо ближе к нам, чем звезды. Каждая точка диска планеты тоже как бы мерцает, т. е. изменяет свой блеск, но при этом усиление блеска в одной точке сопровождается ослаблением его в другой. В результате эти «мерцания» отдельных точек планетного диска, складываясь, создают постоянную во времени яркость каждого участка диска, и свет от диска в целом тоже получается неизменным.

Но чтобы не только уметь отличать планеты от звезд, но и различать их друг от друга и находить на небе, надо хорошо знать звездное небо — основные созвездия и яркие звезды, особенно так называемые зодиакальные созвездия, по которым передвигаются Солнце, Луна и планеты. Таких созвездий двенадцать (их список дан в конце книги). Положения планет на каждый год вперед даются в астрономических календарях и ежегодниках.

Планеты делятся на нижние и верхние. К нижним планетам относятся Меркурий и Венера, которые в своем видимом движении по небу никогда не отходят далеко от Солнца (Меркурий — не далее чем на 29°, Венера — на 48°). Угол наибольшего видимого удаления (элонгация) нижней планеты от Солнца зависит от соотношения радиусов орбит планеты и Земли. Эпохи наибольших элонгаций — лучшее время для наблюдения Меркурия и Венеры.

Верхние планеты (Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон) могут наблюдаться на любом угловом, расстоянии от Солнца — до 180° включительно.

Деление планет на нижние и верхние было сделано сначала на основе различия их видимого движения по небу. Но уже Коперник объяснил это различие тем, что нижние планеты расположены ближе к Солнцу, чем Земля, а верхние планеты — дальше.

Для верхних планет наиболее удобное время для наблюдения наступает тогда, когда планета приходит в противостояние (оппозицию) с Солнцем, т. е. отстоит от него примерно на 180°. В это время планета бывает расположена ближе всего к Земле и видна в течение всей ночи, восходя в момент захода Солнца и заходя к его восходу. Именно вблизи эпохи противостояния верхние планеты описывают на небе «петли».

Самое неблагоприятное положение планеты бывает во время ее соединения с Солнцем, когда долгота планеты (в эклиптикальной системе небесных координат) равна долготе Солнца.

Напомним, что эклиптикальная система координат представляет собой одну из систем небесных координат, определяющих положение светила на небесной сфере. В этой системе основной плоскостью является плоскость эклиптики, т. е. видимого годичного пути центра диска Солнца, параллельная плоскости земной орбиты. Положение светил на небесной сфере в этой системе измеряется долготой и широтой (как положение любого пункта на Земле — географической долготой и широтой). Долгота светила измеряется дугой эклиптики от точки весеннего равноденствия (пересечения эклиптики с экватором) до точки пересечения эклиптики с большим кругом, проходящим через полюс эклиптики и светило (т. е. с кругом широты светила). Направление отсчета долготы противоположно направлению суточного вращения неба. Широта отсчитывается по кругу широты от эклиптики в обе стороны (от 0 до ±90°). Эклиптикальная система координат наиболее удобна для изучения видимых движений планет и Луны, так как они обычно недалеко отходят от эклиптики.

Соединения бывают нижние, когда планета находится между Землей и Солнцем, и верхние, когда планета находится за Солнцем.

Ясно, что в низшем соединении могут бывать только нижние планеты, тогда как в верхнем — все планеты.

Близ нижнего соединения, когда нижняя планета обгоняет Землю в ее движении вокруг Солнца, она движется по небу попятным движением, т. е. навстречу годовому движению Солнца, и также описывает «петлю».

На рис. 1 показаны основные конфигурации (положения) нижних и верхних планет относительно

Рис. 1. Планетные конфигурации (а и с — элонгации, b — нижнее соединение, d — верхнее соединение).

Солнца и Земли. Для верхних планет указаны также квадратуры. Так называются положения планеты, когда она отстоит от Солнца на 90°. Нетрудно понять, что когда верзшя планета находится в квадратуре. Земля для нее будет в наибольшей элонгации. Точно так же, если планета находится в противостоянии, то с точки зрения наблюдателя, находящегося на этой планете, Земля будет в нижнем соединении с Солнцем.