Загадка Марса - [12]
Так вот, первый закон Кеплера гласит, что орбиты всех планет есть эллипсы, с Солнцем в одном из фокусов. Ближайшая к Солнцу точка планетной орбиты называется перигелием, а наиболее удаленная — афелием. Нетрудно сообразить, что перигелий и афелий — это два конца большой оси планетной орбиты. Чем больше расстояние между фокусами эллипса при одной и той же большой оси, тем вытянутее эллипс.
Есть важная величина, характеризующая вытянутость эллипса. Она называется эксцентриситетом и равна отношению расстояния между фокусами эллипса к длине его большой оси. Окружность можно рассматривать как эллипс, у которого фокусы совпадают в одной точке — центре окружности. Большая полуось такого эллипса равна радиусу окружности, а эксцентриситет равен нулю.
Орбиты больших планет очень мало отличаются от окружностей. Ни у одной из них эксцентриситет не превышает 0,25 и лишь для Плутона, Меркурия и Марса он имеет заметную величину. Во времена Кеплера Плутон еще не был открыт, Меркурий, скрываясь в солнечных лучах, был неудобен для наблюдений, и только Марс благодаря большому эксцентриситету своей орбиты обнаруживал наибольшие отклонения от теории Коперника.
Орбита Марса имеет эксцентриситет, равный 0,09334, то-есть близкий к 0,1. Благодаря этому Марс в перигелии на 48 миллионов километров ближе к Солнцу, чем в афелии. Но это расстояние составляет лишь 24 процента от длины большой полуоси его орбиты, или, что то же, среднего расстояния Марса от Солнца. Эта планета обращается вокруг Солнца в среднем на расстоянии 227 миллионов 720 тысяч километров, то-есть почти в полтора раза большем, чем Земля.
Второй закон Кеплера утверждает, что планеты движутся вокруг Солнца неравномерно. Чем ближе планета к Солнцу, тем она движется быстрее, чем дальше — тем медленнее.
Чем дальше планета от Солнца, тем больший путь она описывает вокруг него и тем большее время требуется ей для завершения этого пути.
Третий закон, открытый Кеплером, связывает расстояния планет от Солнца с продолжительностью их года, то-есть периодом обращения вокруг Солнца Год Марса равен шестистам восьмидесяти семи земным суткам. Он почти в два раза продолжительнее земного года.
Благодаря тому что годы Марса и Земли не совпадают, расстояние этих планет друг от друга непрерывно изменяется. Будем в дальнейшем, чтобы не запутаться, вести исчисление времени в земных годах и сутках. Так вот оказывается, что через каждые два года и два месяца Марс и Земля подходят друг к другу на наименьшее расстояние. В этот момент Марс, Земля и Солнце находятся почти на одной прямой, причем Земля расположена между Солнцем и Марсом. Такое положение Марса по отношению к Земле называется противостоянием. Это — самое удобное время для его наблюдений. Марс подходит тогда к Земле в среднем на расстояние 79 миллионов километров.
Орбиты Земли и Марса, на которых указаны даты некоторых противостояний.
Совсем неудобным для наблюдений является другое взаимное расположение Марса и Земли, называемое соединением. В этот момент Марс находится за Солнцем на прямой, проходящей через Землю и Солнце. Его удаление от Земли становится наибольшим и в среднем равным 370 миллионам километров.
Мы все время говорили о расстоянии до Марса «в среднем». Дело в том, что расстояние Марса от Земли и во время противостояния и во время соединения меняется от года к году. А объясняется это тем, что орбиты Земли и Марса — не окружности, а эллипсы, и потому расстояния между орбитами этих планет в разных местах различны. Вот почему противостояния Марса бывают выгодными и невыгодными для наблюдений.
Разумеется, самыми удобными противостояниями будут такие, при которых Марс ближе всего подходит к земной орбите. Они называются великими противостояниями и повторяются через каждые пятнадцать или семнадцать лет. Так например, великие противостояния были в 1909, 1924 и 1939 годах. Ближайшее великое противостояние будет в 1956 году. В эти периоды Марс подходит к Земле на расстояние всего лишь 55 миллионов километров. Для астрономов это большое событие, так как бывают противостояния, при которых Марс удален от Земли более чем на 100 миллионов километров. К сожалению, великие противостояния приходятся всегда на летние месяцы, когда Марс находится в южных созвездиях звездного неба. Поэтому в наших широтах в это время он располагается низко над горизонтом, а потому мало удобен для наблюдений. Зато чем южнее находится обсерватория, тем лучше в этот период виден Марс.
Большинство из тех замечательных открытий, о которых будет идти речь в дальнейшем, были сделаны астрономами в период великих противостояний Марса. Однако даже в эти периоды для невооруженного глаза Марс виден лишь как очень яркая красноватая звезда. Зато в телескоп на Марсе можно рассмотреть много подробностей.
Направив телескоп на Марс, мы обнаруживаем прежде всего, что Марс, как Земля и другие планеты, имеет шарообразную форму. Можно сравнительно легко подсчитать размеры Марса. Для этого достаточно измерить угол, под которым поперечник Марса виден с Земли. Это проделывается с помощью специальных точных угломерных инструментов. Результаты измерений показывают, что даже во время великого противостояния Марс виден под углом в 25 секунд, а во время соединения — еще меньше, под углом в 3,5 секунды. Телескоп увеличивает угол, под которым мы видим небесные тела. Но даже в школьный телескоп с увеличением в семьдесят пять раз Марс виден так же, как Луна невооруженным глазом.
