Меркурий и его движение

Уже много веков среди астрономов бытует поговорка «Felix astronomus, qui vidit Mercurium», которая в переводе с латинского на русский язык звучит так: «Счастлив астроном, видевший Меркурий».

Говорят, что этого счастья был лишен даже Коперник, который с туманных берегов Балтийского моря за всю свою долгую жизнь ни разу не видел Меркурия.

Причина плохой видимости Меркурия общеизвестна. Меркурий близок к Солнцу. Только 58 миллионов километров отделяют эту планету от центрального тела нашей солнечной системы, что составляет около 2/5 расстояния от Земли до Солнца. Впрочем, указанная величина является величиной средней. Благодаря сильной вытянутости своей орбиты Меркурий может иногда сближаться с Солнцем до 46 миллионов километров, между тем как в иные моменты его расстояние от Солнца может возрастать до 70 миллионов километров.

На небе Меркурий всегда находится в непосредственном соседстве с Солнцем и потому почти постоянно скрывается в его ослепительных лучах. Только при наиболее благоприятном стечении обстоятельств Меркурий удаляется от Солнца на 28 градусов, что составляет пятьдесят шесть видимых поперечников Луны. В такие периоды его иногда удается наблюдать в лучах утренней или вечерней зари как желтоватую сравнительно яркую звездочку.

Кстати сказать, если бы можно было перенести Меркурий на ночное небо, его блеск почти не уступал бы блеску Сириуса — ярчайшей из звезд.

При наблюдении в телескоп Меркурий (как и Венера) напоминает крошечную Луну. Есть, однако, существенное отличие фаз этих планет от фаз Луны. Видимые размеры Луны в любых ее фазах одинаковы. Иначе выглядят Меркурий и Венера. Наибольших видимых размеров эти планеты достигают при наименьших фазах. Наоборот, когда Меркурий и Венера становятся полными дисками и, следовательно, земному наблюдателю их поверхность раскрывается в наибольших размерах, обе планеты, находясь за Солнцем, практически невидимы; кроме того, их видимые поперечники становятся наименьшими. К этому можно добавить, что вечером и утром Меркурий наблюдать тоже не вполне удобно, так как он виден низко над горизонтом сквозь запыленный и волнующийся от воздушных токов слой атмосферы.

Как это ни парадоксально, но лучше всего наблюдать Меркурий днем. Да, именно днем, при полном солнечном свете. Для этого необходимо направить телескоп на то место неба, где должен находиться Меркурий, и заслонить объектив телескопа от прямых солнечных лучей каким-нибудь экраном. При наблюдениях в телескоп звезды кажутся ярче, а фон неба темнее, чем невооруженному глазу, и потому, как известно, в телескопы днем можно наблюдать не только планеты, но и некоторые из наиболее ярких звезд.

Так и поступил знаменитый французский исследователь планет Э. Антониади, когда летом 1927 года он занялся систематическими наблюдениями Меркурия.

В распоряжении Антониади находился великолепный телескоп Медонской обсерватории, с поперечником объектива 83 сантиметра. Атмосфера в районе Медона отличалась достаточным спокойствием и сравнительной прозрачностью, а главное — это сам наблюдатель, к тому времени получивший всемирную известность как один из наиболее искусных исследователей планет.

Достоверные знания о Меркурии в те годы были весьма скудны. Кроме сведений о форме, размерах и положении в пространстве орбиты Меркурия, к числу достоверных данных можно было отнести результаты измерений диаметра планеты. Последний оказался близким к 5140 километрам, что составляет 0,403 поперечника Земли. Что же касается других результатов наблюдений, то они были по меньшей мере спорны.

Так, например, по наблюдениям одних астрономов, Меркурий постоянно обращен к Солнцу одной своей стороной. Другие наблюдатели уверяли, что им удалось обнаружить вращение Меркурия вокруг оси с периодом, почти равным земным суткам. Как те, так и другие ссылались при этом на пятна, которые им удавалось разглядеть на поверхности планеты. Однако эти пятна наблюдались не всегда отчетливо, да к тому же на рисунках разных наблюдателей они выглядели по-разному. Так же неясен был и вопрос о наличии вокруг Меркурия атмосферы.

Заметим, что, обращаясь вокруг Солнца по эллиптической орбите, несколько наклоненной к плоскости земной орбиты, Меркурий, как и Луна, подвержен либрации. Кроме того, благодаря близости к Солнцу и огромным размерам последнего Солнце освещает несколько больше половины Меркурия. Из-за либрации и этого эффекта разным наблюдателям при любой продолжительности суток на Меркурии могли быть доступны разные части его поверхности.

Очевидно, что задача, преследуемая Антониади — создание гермографии^[3], или географии Меркурия, — была весьма трудна.

В течение трех лет Антониади наблюдал Меркурий. Наблюдения велись днем в то время, когда, проходя над точкой юга, Меркурий занимал наивысшее положение над горизонтом. Этим почти устранялось вредное влияние атмосферы. Результаты, к которым пришел Антониади, весьма интересны.

На рисунке приведена карта поверхности Меркурия, составленная по наблюдениям Антониади. В отличие от земных полушарий, карта Меркурия изображает только одно полушарие планеты — как окончательно доказал Антониади, Меркурий всегда обращен к Солнцу одной стороной. В этом отношении он похож на Луну, которая никогда не показывает нам своего «затылка». Но если лунный «затылок» регулярно освещается Солнцем совершенно так же, как и лунное «лицо», то «затылок» Меркурия постоянно находится в тени.

Меркурий оказался миром своеобразных контрастов. Никакой смены дня и ночи там нет — вечный день на одной стороне и никогда не кончающаяся ночь на другой его половине.

Карта дневного полушария Меркурия, составленная Антониади, изобилует разнообразными пятнами — светлыми и темными. Нарушая традицию, по которой темным пятнам Луны, а затем и Марса было присвоено название морей, Антониади решил сероватые пятна на поверхности Меркурия называть пустынями.

Некоторые из этих пустынь весьма обширны. Например, пустыня Прометей (Promethei), находящаяся в левом верхнем углу карты, по площади превосходит Францию. Чернота пустынь различна — некоторые из них напоминают бледные тени, другие выглядят как резко очерченные темные пятна.

Карта. Меркурия по Антониади.

Светлые области на Меркурии также неодинаковы по своей яркости. Наиболее яркой областью на видимой стороне Меркурия является светлая пустыня Argyritis, тогда как наиболее темным пятном выглядит пустыня Criophori.

Пятна на поверхности Меркурия, как установил Антониади, занимают неизменное расположение по отношению к терминатору — границе света и тени на диске Меркурия. Это и означает, что Меркурий всегда обращен к Солнцу одной стороной.

Однако если расположение пустынь Меркурия в указанном смысле неизменно, то видимость их, наоборот, подвержена значительным изменениям. И Антониади и предшествующие ему наблюдатели не раз отмечали, что пятна на поверхности Меркурия иногда заволакиваются какой-то дымкой, каким-то легким туманом.

Эти «бледные туманы», как называет загадочные образования Антониади, — белесоватые, большей частью весьма прозрачные, но иногда достигающие такой густоты, что за ними полностью скрываются темные пустыни.

Туманы наблюдаются преимущественно на краях диска Меркурия, причем часто они кажутся беловатыми полосами длиной иногда до 5 тысяч километров.

Снимки Меркурия, полученные французским астрономом Ф. Кенюсэ в 1931 году, зафиксировали некоторые из его загадочных туманов.

Белизна этих туманов оказалась весьма далекой от белизны наиболее бледных земных облаков, но в реальности их Антониади не сомневался. Он был убежден, что Меркурий окружен атмосферой, хотя его туманы не имеют ничего общего с облаками и туманами Земли.

«Наличие водяных капель на освещенном Солнцем полушарии Меркурия, — писал он, — представляется невозможным в силу господствующей на нем страшной жары.

В этих условиях наиболее приемлемой гипотезой является объяснение характерных образований в атмосфере Меркурия наличием в ней облаков чрезвычайно мелкой пыли, взметаемой ветрами большой силы и вертикальными течениями, восходящими над обширными, выжженными Солнцем пустынями этого светила».

Выводы об атмосфере Меркурия, к которым пришел Антониади, долгие годы вызывали сомнения. Нужен был очень тренированный глаз, чтобы увидеть «бледные туманы» Меркурия, да, кроме того, размеры Меркурия, близкие к размерам Луны, исключали, казалось, всякую возможность существования вокруг него сколько-нибудь плотной воздушной оболочки. О каких же тогда ураганных ветрах могла идти речь? Правда, поперечник Меркурия на 1667 километров больше диаметра Луны, а по массе он превосходит ее в три раза, так что спор об атмосфере Меркурия далеко нельзя было считать решенным.

Современная фотокарта Меркурия.

Летом 1942 года систематические исследования Меркурия были продолжены соотечественником Антониади, астрономом А. Дольфусом. Обстановка, в которой велись эти наблюдения, была необычной. Обсерватория Пик дю Миди, где наблюдал Дольфус, находится в Пиренеях, на высоте 2870 метров над уровнем моря.

Чудесный горный воздух, исключительная прозрачность и спокойствие атмосферы содействовали успеху. Хотя вначале у Дольфуса был телескоп с поперечником 38 сантиметров, который в 1944 году был заменен телескопом с объективом диаметром 60 сантиметров, прекрасные атмосферные условия вполне компенсировали некоторое «инструментальное» преимущество Антониади.

После десяти лет непрерывных наблюдений Дольфус в 1953 году опубликовал полученные им результаты.

Дольфусу и его сотрудникам удалось сделать много фотоснимков Меркурия и на их основе составить первую фотокарту планеты. Ее сравнение с картами других наблюдателей обнаруживает достаточное общее сходство. В особенности это относится к рисункам Антониади. Сравнение фотографий Меркурия с рисунками, сделанными еще в 1889 году, вновь подтвердило, что год Меркурия равен его суткам и в нашей земной мере составляет восемьдесят восемь суток.

Дольфус в отличие от Антониади никаких «бледных туманов» не заметил. Но, с другой стороны, исследование солнечного света, отраженного Меркурием, с помощью специального прибора — поляриметра — привело Дольфуса к важному открытию: он обнаружил атмосферу Меркурия! Метод, примененный Дольфусом, дал возможность вычислить, что плотность ее, по-видимому, не превышает плотности земной атмосферы. Даже у самой поверхности Меркурия ртутный барометр показал бы давление всего в 1 миллиметр ртутного столба.

Но если все-таки атмосфера есть, то, значит, могут быть и ветры. Дуют же ураганные ветры в земной стратосфере на высоте в несколько десятков километров, где разреженность атмосферы еще больше, чем у поверхности Меркурия. Поэтому «бледные туманы» Меркурия нельзя считать иллюзорными. Может быть, и прав Антониади, говоривший о пылевых бурях на Меркурии. С другой стороны, вспомните, что на Луне, практически лишенной атмосферы, также наблюдаются загадочные туманы, быть может, вулканического происхождения. Кто может поручиться, что вулканизм полностью прекратился на Меркурии?

Дольфус, правда, не видел туманов. Но его свидетельству противостоит наблюдение не менее опытных исследователей планет, отлично владевших техникой визуальных наблюдений.

Загадки Меркурия еще не решены. Почти не изучена его поверхность, о составе которой мы ничего не знаем. Требуют дальнейшего изучения его таинственные «бледные туманы». Меркурий наряду с Плутоном является одной из наименее изученных планет.

В прошлом веке много шуму наделала история с открытием интрамеркуриальной планеты Вулкан. Повинен во всем Меркурий, точнее говоря — его сложное и в те времена казавшееся необъяснимым движение. Но… расскажем все по порядку.

Знаменитый французский астроном Урбан Леверье, открывший в 1846 году «на кончике своего пера» новую планету, Нептун, сделал попытку повторить подобное открытие. Обстоятельно исследовав движение Меркурия, он пришел к выводу, что в этом движении наблюдаются такие особенности, которые нельзя объяснить притяжением Меркурия только существующими планетами. В частности, оказалось, что ближайшая к Солнцу точка орбиты Меркурия — перигелий — движется в пространстве вместе со всей орбитой не совсем так, как это следовало из закона всемирного тяготения. Расхождение было очень малым: перигелий орбиты Меркурия двигался быстрее положенного всего на 43 секунды дуги за столетие. Иначе говоря, за год он смещался на такой угол, под которым копеечная монета видна с расстояния 50 метров. Но Урбан Леверье был строгим ученым, работавшим в области небесной механики — самого математизированного раздела астрономии, а потому пренебречь подобной невязкой он не мог.

Попытки объяснить загадочную невязку неточностью сведений о массах планет не увенчались успехом. Леверье подсчитал, что для устранения невязки массу Венеры пришлось бы увеличить на 10 процентов, что никак не согласовывалось с многочисленными фактами. И тогда Леверье высказал предположение, что между Меркурием и Солнцем есть одна или несколько неизвестных планет, которые и «возмущают» движение Меркурия.

Авторитет Леверье был так велик, что многие астрономы начали поиски новой планеты.

В конце 1858 года распространились слухи, что Вулкан (как уже назвали неизвестную планету) открыт. Увидел Вулкан любитель астрономии врач Лескарбо из местечка Оржер. Желая оградить себя от возможного обмана, Леверье инкогнито отправился в Оржер и там со всей присущей ему строгостью допросил Лескарбо, который и не подозревал, кто был этот неизвестный, так заинтересовавшийся его открытием.

Ответы Лескарбо настолько удовлетворили Леверье, что, вернувшись в Париж, ученый 26 марта 1859 года на первом заседании Академии наук официально заявил об открытии Вулкана. Он даже привел результаты собственных расчетов, по которым получалось, что Вулкан находится к Солнцу почти втрое ближе, чем Меркурий и обращается вокруг него всего лишь за двадцать суток.

Вслед за этим, при содействии Леверье, Лескарбо опубликовал подробный отчет о своих наблюдениях, в котором, между прочим, сообщал, что еще в 1845 году, до открытия Нептуна, ему удалось впервые наблюдать Вулкан.

К сожалению, история, обессмертившая имя Леверье, не повторилась. Открытие Лескарбо не было никем подтверждено. Оказались иллюзорными и другие «открытия» Вулкана. В настоящее время строго доказано, что внутри орбиты Меркурия не может быть планетоподобных тел сколько-нибудь значительных размеров.

Вулкана, увы, не существует. Но открытая Леверье, казалось, незначительная невязка в движении Меркурия в истории науки сыграла исключительно важную роль.

В начале текущего века нашим великим современником, физиком Альбертом Эйнштейном (1879–1955) была выдвинута знаменитая теория относительности. К сожалению, в рамках этой книги совершенно невозможно изложить суть этой теории, не говоря уже о ее чрезвычайно сложном математическом аппарате.

Скажем лишь одно — теория относительности полностью объяснила движение Меркурия. Невязка в 43 секунды оказалась в точности такой, какой предсказывала эта теория. Поэтому объяснение движения Меркурия стало одним из главных опытных подтверждений теории относительности. Если вспомнить, с каким недоверием и подчас непониманием встречались первые работы Эйнштейна, то станет особенно понятным значение услуги, оказанной науке наименьшей из больших планет.

В наши дни теория относительности общепризнана. Без нее немыслимы расчеты современных сверхмощных ускорителей и атомных реакторов. Она стала основой для познания атомных процессов.

История с мнимым открытием планеты Вулкан показывает, что наука, несмотря на временные заблуждения, ь конечном счете всегда отыскивает правильный путь.