4. Познание Солнечной системы

4.1. Недостаток метода Аристарха в том, что трудно установить точные моменты наступления лунных четвертей. (Ещё труднее установить моменты новолуния и полнолуния, но этого и не требуется, поскольку в расчётах можно использовать половину времени от последней четверти до первой и от первойдо последней.) По измерениям Аристарха, угол между центрами дисков Луны и Солнца в момент первой четверти оказался равным 87°, а на самом деле он составляет 89,8°. Тангенсы этих углов, определяющие расстояние до Солнца, различаются в 15 раз.

4.2. Выделить центр яркого солнечного диска и найти его положение относительно звёзд, которые почти не видны в дневное время суток, чрезвычайно сложно. Точность такого метода была бы весьма мала. Поэтому параллакс Солнца определяют косвенными методами из наблюдений планет.

4.3. Ошибка определения моментов контакта Венеры с диском Солнца доходит до целой минуты и поэтому сильно влияет на точность искомого результата. Неточности в определении времени, по — видимому связаны с наличием у планеты обширной атмосферы и явлением иррадиации.

4.4. Недостаток метода определения параллакса Солнца по наблюдениям Марса состоит в том, что не удаётся навести нить микрометра на край диска планеты с такой же точностью, как на звезду. Очевидно, что для достижения большей точности надо использовать параллактическое смещение звездообразных объектов Солнечной системы — астероидов.

4.5. Большинство малых планет находятся от Земли дальше, чем Марс, и поэтому из‑за малости их параллаксов не удаётся с достаточной точностью определить параллакс Солнца. Наиболее удобным для этого оказался открытый в 1898 г. астероид Эрос, который, двигаясь по эллиптической орбите, подходит к Земле в 2,5 раза ближе, чем Марс.

4.6. Вследствие движения Земли по орбите линии в спектрах звёзд периодически смещаются относительно своего среднего положения; особенно заметен этот эффект в спектрах эклиптикальных звёзд. Считая такое смещение доплеровским, можно найти орбитальную скорость Земли и, зная продолжительность года, вычислить радиус земной орбиты.

4.7. При перемещении человека по поверхности Земли даже на тысячи километров угловые размеры Солнца не изменяются, что свидетельствует об очень большом расстоянии до него. При обращении Земли вокруг Солнца последнее всегда представляется в виде диска, а это может быть, если Солнце — шар. Несамосветящиеся тела на Земле при освещении их солнечными лучами имеют различный цвет, что указывает на наличие в спектре Солнца излучения разных длин волн. Человек может смотреть на любые раскалённые земные предметы (нить накала электрической лампочки, расплавленный металл и т. д.), но он не может безболезненно смотреть на Солнце. Из этого следует, что яркость поверхности Солнца, а значит, и его температура выше, чем у раскалённых земных предметов, т. е. выше нескольких тысяч градусов. При такой температуре вещество Солнца может находиться только в газообразном или плазменном состоянии.

4.8. Солнечные пятна рассматривались как участки твёрдой холодной поверхности светила, видимые в разрывы светящихся белых облаков.

4.9. В русских летописях отмечено наблюдение крупных солнечных пятен сквозь дым: пятна были видны «аки гвозди». Европейские летописцы отмечали появление пятен в 807, 840, 1096 и 1607 гг. Первым из учёных наблюдал солнечное пятно на экране большой камеры- обскуры И. Кеплер в 1607 г. Солнечные пятна можно наблюдать в высоких тёмных помещениях, например, в церквях, поскольку в них нередко возникают условия классической (дырочной) камеры — обскуры (Сурдин, 2000).

4.10. Вслед за Кеплером в конце 1610 г. пятна на Солнце вновь открыл уже при помощи телескопа Г. Галилей и почти одновременно с ним англичанин Т. Херриот, голландец Й. Фабрициус и немец Х. Шейнер. Кеплер и Шейнер предполагали, что наблюдавшиеся объекты — нижние планеты. Окончательно принадлежность пятен к поверхности Солнца была подтверждена после открытия изменений их формы и перемещений по диску, а также изменения формы пятен из‑за перспективного искажения на краю диска (эффект Вильсона).

4.11. Вращение Солнца было обнаружено благодаря движению пятен по солнечному диску (Й. Фабрициус, Г. Галилей).

4.12. Ещё Х. Шейнер в 1630 г. высказал предположение, что пятна, находящиеся на некотором расстоянии от экватора Солнца, обращаются медленнее, чем пятна, лежащие ближе к экватору. Окончательный вывод о дифференциальном вращении Солнца сделал английский астроном Ричард Кэррингтон (1826–1875).

4.13. Данный период соответствует уровню фотосферы и определяется по движению пятен в экваториальной зоне. Более высокие слои солнечного газа той же зоны дают бoльшие угловые скорости вращения. Так, на высоте факелов период вращения составляет 24^d 16^h, на высоте 5000 км над фотосферой, определяемой по линиям Са II, — 24^d, на высоте 14 000 км — 23^d 06^h.

4.14. Если смотреть с северного полюса эклиптики, то вращения Солнца и Земли происходят в одном направлении: против часовой стрелки. Векторы угловых скоростей вращения Солнца и Земли приблизительно сонаправлены.

4.15. Траектории солнечных пятен на диске Солнца выглядят прямолинейными, когда плоскость солнечного экватора пересекает плоскость земной орбиты (в начале июня и в начале декабря). В другие периоды года эти траектории выглядят криволинейными из‑за того, что ось вращения Солнца не лежит в картинной плоскости наблюдателя.

4.16. По внешнему виду трудно отличить небольшое круглое солнечное пятно без полутени от диска планеты на фоне Солнца. Но за несколько минут наблюдений солнечное пятно практически не переместится, тогда как планета за это время заметно передвинется по диску Солнца.

4.17. Регистрируя пятна на Солнце вплоть до мельчайших, Г. Швабе в 1843 г. впервые заявил о возможности существования десятилетнего периода в количестве пятен. Позднее выяснилось, что такую периодичность подозревали в XVIII веке датский астроном П. Хорребоу и в 1836 г. австрийский астроном Й. И. Литтров.

4.18. Число Вольфа примерно равно удвоенному количеству пятен, ибо было показано, что среднее количество пятен в группе около десяти. Значение W несколько сглаживает то значение количества пятен, которое получается при простом подсчёте пятен разного размера, и поэтому является более объективной величиной (пример: на Солнце наблюдается одно крупное пятно, которой в какой&#8209;то момент делится пополам; при этом количество пятен возрастает вдвое, а значение W меняется лишь на 9%). Число Вольфа легко подсчитывается даже не очень опытным наблюдателем. Значение W приблизительно пропорционально площади, занимаемой пятнами на диске Солнца, и хорошо коррелирует с другими проявлениями солнечной активности, в том числе и магнитными возмущениями на Земле. Для своих наблюдений, которые он проводил на 3–дюймовом телескопе при увеличении в 64 раза, Вольф принял коэффициент к равным единице. Очевидно, что при наблюдениях на большем инструменте, лучше разрешающем мелкие пятна, для унификации значений W принимают к<1, а в обратной ситуации принимают к>1. В настоящее время этот коэффициент выводят для каждого исследователя с его инструментом после обработки наблюдений солнечных пятен на всех обсерваториях.

4.19. Цвет тени солнечного пятна определяется её более низкой температурой (около 3700 K) по сравнению с температурой нормальной фотосферы (около 6000 К). При указанной температуре тень пятна светится так же, как поверхность звёзд спектрального класса K3-K5, т. е. имеет тёмно — красный цвет.

4.20. Это выяснил американский астроном Джордж Эллери Хейл (1868–1938). Он обнаружил, что недалеко от одиночного пятна всегда имеется область с локальным магнитным полем, направленным противоположно магнитному полю пятна. Позже в этом месте образуется второе пятно.

4.21. Де ла Рю сделал два снимка солнечного пятна, разделённых интервалом времени в 26 минут. Это соответствует перемещению Земли по орбите примерно на 650 тыс. км (подумайте над тем, как получено это значение). Стереоскопическое изображение позволило выявить эффект рельефа солнечной поверхности. Автор метода так характеризовал результаты опыта: «Таким образом, я убедился, что факелы находятся в самых высоких слоях солнечной атмосферы, что пятна не что иное, как отверстия, образовавшиеся в полутени, и что полутень, в свою очередь, лежит ниже окружающих её частей фотосферы. В одном случае даже было заметно, что факелы реяли непосредственно над пятном на значительной высоте».

4.22. Для этого необходимо увеличить интервал между двумя снимками Солнца до нескольких часов. За это время форма пятен изменится мало, а базис стереоскопического снимка, обусловленный перемещением Земли по орбите, станет значительно больше. Вторым желательным условием является наблюдение в начале июня или начале декабря, когда траектории солнечных пятен представляют собой прямые линии. Использование снимков, сделанных из космоса, повышает качество стереоскопического изображения (Е. Б. Гусев, К. М. Зарубин).

4.23. Кирхгоф в 1860 г. открыл обращение спектров и тем самым объяснил природу фраунгоферовых линий. Он указал, что непрерывный спектр Солнца образуется горячей оптически плотной средой, а в солнечной атмосфере, более холодной, чем фотосфера, возникают многочисленные абсорбционные линии.

4.24. Время сгорания каменного угля с массой, равной массе Солнца при мощности горения равной светимости Солнца легко найти по формуле t= qM _&#1468; /L _&#1468;, где q — удельная теплота сгорания каменного угля; М_&#1468;масса Солнца; L_&#1468; — светимость Солнца. Отсюда время сгорания «каменноугольного Солнца» составило бы всего около 5000 лет. Кроме того, для сгорания потребовалось бы большое количество кислорода, отсутствующее в околосолнечном пространстве.

4.25. Уже сам Майер показал, что для подержания светимости Солнца потребуется постоянное падение на светило большого количества вещества — около двух масс Луны в год. А поскольку движение планет указывает на постоянство массы Солнца, то эта гипотеза требовала такого же интенсивного истечения вещества из него, что не наблюдается. Дальнейшие исследования дали и другие контрдоводы:

— количество метеорного вещества в околосолнечном пространстве очень быстро бы истощилось, а его интенсивное возобновление из&#8209;за пределов Солнечной системы маловероятно;

— если бы мощный поток метеоритов падал на Солнце, то от их ударов и Земля имела бы очень высокую температуру, а геологические пласты в значительной степени состояли бы из метеоритного вещества.

4.26. Опровергнута. Расчёты показывают, что за счёт сжатия под действием собственной гравитации Солнце могло бы светить, имея ту же светимость, что и сейчас, всего около 30 млн. лет. А это значительно меньше возраста Земли и даже времени существования на ней биологических форм. Но данный механизм эффективен на стадии протозвёзды, до начала термоядерных реакций.

4.27. Определяемая методом Цераского температура будет всегда ниже реальной температуры поверхности Солнца за счёт потемнения диска к краю, ослабления света в земной атмосфере, неполного отражения от зеркала и неполного поглощения света нагреваемым образцом, а также если относительное отверстие зеркального объектива меньше 1: 1.

4.28. Сторонники «горячего Солнца» полагали, что мощность излучения возрастает пропорционально температуре тела (идея Ньютона), а их оппоненты считали, что она возрастает экспоненциально. Согласно закону Стефана — Больцмана (1779, 1884 гг.), интегральная излучательная способность пропорциональна четвёртой степени абсолютной температуры, откуда следует, что температура поверхности Солнца составляет около 6000 К.

4.29. Солнце — очень яркий источник света, опасный для глаз. От стекла отражается около 4% падающего света; это делает изображение Солнца менее ярким и приемлемым для наблюдения. К тому же при отражении свет оказывается поляризованным. Раздвоение лучей происходит из&#8209;за анизотропии кристалла исландского шпата, т. е. различного значения показателя преломления для лучей, поляризованных в разных направлениях. При определённом положении кристалла один из лучей можно погасить.

С точки зрения астрофизики опыт доказывает, что свет от Солнца не поляризован.

4.30. Уменьшение отверстия объектива усиливало явление дифракции, что уменьшало разрешающую способность телескопа. Для уменьшения яркости изображения Солнца в любительских условиях предпочтительнее использовать объективный светофильтр, например, из алюминированной лавсановой плёнки, отражающий 99,999% света.

4.31. Щелевой затвор с сильной пружиной установили перед объективом. Телескоп с таким затвором и кассетой для фотопластинки в окулярной части был изобретён в Англии в 1857 г.

4.32. Это были наиболее сильные линии поглощения. Спустя 12 лет после открытия Волластона немецкий физик Йозеф Фраунгофер, применив коллиматор, обнаружил в спектре Солнца уже сотни абсорбционных линий, названных в дальнейшем его именем. Фраунгоферовы линии образуются в наиболее холодных, верхних слоях солнечной фотосферы.

4.33. Абсорбционные линии, интенсивность которых зависит от высоты Солнца над горизонтом — это теллурические линии, возникающие в земной атмосфере.

4.34. Магнитные полюса Солнца находятся в полярных районах, период вращения которых составляет 33^d. Изменение наблюдаемого общего магнитного поля светила связано с вращением магнитных полюсов вокруг гелиографических.

4.35. Астрономы Пьер Жансен, Джозеф Локьер и Уильям Хёггинс использовали для наблюдений протуберанцев спектроскоп с большой дисперсией. При этом непрерывный спектр дневного неба сильно ослабевал, а изображение протуберанцев, излучающих в монохроматическом свете (Н_&#945;), не испытывало подобного ослабления. Локьер обнаружил также, что эмиссионные линии протуберанцев видны по всей окружности диска Солнца. Хёггинсу даже удалось получить при помощи спектроскопа изображение солнечного протуберанца.

4.36. Вероятно, изображение Солнца с крыльями показывает, что во время полных солнечных затмений древние египтяне обнаружили корону Солнца, которая действительно иногда имеет форму крыльев.

4.37. Спектроскопическими наблюдениями в 1869 г. было доказано наличие в спектре короны линий, тождественных линиям спектра фотосферы. В 1871 г. были получены фотографии короны из пунктов, удалённых друг от друга на несколько сотен километров. В обоих пунктах в короне были зафиксированы одни и те же детали.

4.38. Причины, мешающие днём видеть солнечную корону — рассеяние солнечного света в земной атмосфере, уменьшение светочувствительности глаза при наблюдении яркого объекта, солнечная иррадиация — значительно усиливаются вблизи диска Солнца, где Луна, как и корона днём не видна. В коронографах действие яркого диска Солнца исключается введением непрозрачного экрана такого же углового диметра, как и Солнце; влияние земной атмосферы минимизируется путём наблюдения с большой высоты над уровнем моря.

4.39. В 1930 г. Бернар Лио обнаружил вращение близких к поверхности Солнца частей короны со скоростью около 2 км/с.

4.40. Пятна даже в годы максимума солнечной активности занимают не более 1/500 части поверхности Солнца; к тому же пятна сами тоже излучают энергию, так как даже температура тени в пятне всего на 1500–2000 K ниже температуры нормальной фотосферы. В годы максимума солнечной активности наряду с увеличением количества пятен увеличивается число участков с повышенной яркостью — факелов. Поэтому светимость Солнца практически не меняется.

4.41. Разность визуальных звёздных величин Солнца и полной Луны составляет 14^m. А по Бугеру эта величина равна 13,7^m. Можно лишь удивиться столь малой ошибке, допущенной при сравнении столь разных по яркости источников при помощи такой примитивной техники.

4.42. Разложив солнечный свет при помощи призмы, В. Гершель поместил термометр за границей красной области спектра, там, где уже не видно света. Термометр показал рост температуры. Гершель заключил, что «существуют лучи, приходящие от Солнца, которые преломляются слабее, чем любые из лучей, действующих на глаз. Они наделены сильной способностью к нагреву тел, но лишены способности освещать тела » (Голин и Филонович, 1989, с. 275). Позже эти лучи назвали ультракрасными , а в наше время называют инфракрасными .

4.43. Суть метода очевидна из рисунка, на котором показаны положения верхней планеты (М) и Земли (Е) в противостоянии, а также положения планеты (М’) и Земли (Е ‘) через какой&#8209;то промежуток времени после противостояния. Измеряется угол &#8736;M’E’S. Зная время обращения планеты и Земли вокруг Солнца, легко вычислить углы &#8736;MSM’ и &#8736;ESE’. По этим углам определяется синодический угол &#8736;M’SE’. Таким образом, в треугольнике M’SE’ известны все углы. Принимая расстояние от Земли до Солнца за единицу, легко найти геоцентрическое M’E’ и гелиоцентрическое расстояния планеты M’S.

К решению задачи 4.43. Метод определения гео- и гелиоцентрического расстояния верхней планеты.

4.44. Автор приведённого заключения — Роберт Гук (1635–1703).

Предполагаемая им природа сил притяжения — электричество или магнетизм.

4.45. Гипотезу об одинаковой природе планет Солнечной системы выдвинул Дж. Бруно. Подтвердили этот тезис телескопические наблюдения Галилея.

4.46. Галилей и Кеплер первыми показали, что свободное (от влияния сил) движение происходит прямолинейно. К выводу о том, что движение планет по эллиптическим орбитам однозначно свидетельствует о действии на них силы со стороны Солнца, пришёл Кеплер.

4.47. Магнетизм.

4.48. Расчёты показали, что вырванное приливом вещество должно было бы упасть на Солнце или обращаться вокруг него на значительно меньшем расстоянии, чем существующие планеты.

4.49. Лаплас выявил общность происхождения всех тел Солнечной системы, включая Солнце. Однако современные учёные обнаружили, что Венера вращается в обратную сторону по сравнению с Солнцем и большинством других планет, Уран вращается «на боку», а далёкие спутники Юпитера и Сатурна имеют обратное движение. Считается, что эти изменения в движении указанных тел возникли из&#8209;за их взаимодействия с другими телами в уже сформировавшейся Солнечной системе.

4.50. Вильям Гершель воспользовался методом Т. Майера (1723–1762), предложившего выявить движение Солнца в пространстве, считая собственное движение близких звёзд отражением движения Солнца. Скорость Солнца относительно ближайших звёзд составляет около 20 км/с, и направлена она к апексу, находящемуся близ звезды &#957; Геркулеса.

4.51. Кажущееся изменение высоты Солнца над горизонтом было истолковано как параллактическое смещение; поэтому оно было использовано для попытки определения расстояния до светила.

4.52. Если поверхность Земли выпуклая, то при перемещении наблюдателя вдоль меридиана на север звёзды в северной стороне неба поднимаются над горизонтом, а в южной — опускаются. У шарообразной планеты перемещениям на одинаковые расстояния вдоль разных меридианов соответствуют одинаковые изменения высот небесных светил над горизонтом.

4.53. Только шар при любой проекции даёт круг. Этот довод в пользу шарообразности Земли был впервые приведён Аристотелем (384–322 до н. э.).

4.54. Греческий учёный Эратосфен во второй половине III в. до н. э. по данным наблюдений Солнца в день солнцестояния вычислил дугу меридиана между городами Сиеной (ныне Асуан) и Александрией, расстояние между которыми ему было известно. После этого было уже нетрудно найти длину окружности земного шара — 250 тыс. стадий. Историкам не известно точное значение греческой стадии: по их данным, оно составляет от 155 до 180 м. Взяв среднее от этих значений (168 м), мы увидим, что расчёт Эратосфена даёт окружность Земли (42 тыс. км), весьма близкую к действительной (40 тыс. км).

Развивая метод Эратосфена, Посидоний (135-51 до н. э.) определил длину окружности Земли по наблюдениям звезды Канопус. Эта звезда на острове Родос в верхней кульминации касалась горизонта, а в Александрии её высота в этот момент составляла 7,5°. Расстояние между этими пунктами считалось известным (5000 стадий). В 827 г. н. э. арабские астрономы измерили длину дуги меридиана между Тигром и Евфратом. Окружность Земли была найдена равной (при переводе в современные единицы) 44 тыс. км.

4.55. У сжатого эллипсоида максимальная кривизна поверхности на экваторе, а минимальная — у полюсов. Измеряя на разных широтах линейную длину дуги меридиана, скажем, в 1°, можно узнать форму Земли: если планета сжата, то длина дуги в 1° должна быть больше в высоких широтах, чем вблизи экватора. Это и показали измерения; полярное сжатие Земли свидетельствует о том, что она имеет форму эллипсоида вращения.

4.56. Гравиметрические измерения, показавшие, что зависимость ускорения свободного падения на поверхности Земли от широты такая, какая должна быть у вращающегося сжатого эллипсоида.

4.57. Утверждалось, что на вращающейся Земле тела, находящиеся в воздухе, должны отставать от тел, находящихся на поверхности. Высказывалось даже мнение, что под действием центробежных сил инерции вращающаяся Земля должна была бы распасться на части.

4.58. Исаак Ньютон. Для обеспечения центростремительного ускорения материальной точки на поверхности Земли векторы силы реакции опоры и силы притяжения к центру Земли должны располагаться под тупым углом друг к другу (не равным 180°), что возможно лишь при нарушении сферичности планеты.

4.59. Фуко назвал изобретённый им прибор гироскопом. Согласно закону сохранения момента импульса, положение оси вращения свободного тела в пространстве остаётся неизменным. Поворот осей топоцентрической системы отсчёта при вращении Земли приводит к кажущемуся изменению положения оси гироскопа в пространстве. Этот прибор получил широкое применение в авиации и морском деле.

4.60. Если бы континенты и их опора в земной коре были бы столь же эластичны, сколь и океаны, то вода и суша перемещались бы под действием Луны и Солнца совершенно одинаково, и на побережье морские приливы и отливы перестали бы наблюдаться.

4.61. Под сумерками понимают время после захода Солнца и перед его восходом, когда земная поверхность освещается рассеянными в атмосфере лучами светила. Критерии сумерек чисто фотометрические и достаточно условные. Конец вечерних гражданских сумерек определяется необходимостью включения искусственного освещения для безопасного движения транспорта. При погружении Солнца под горизонт ниже, чем на 12°, навигация на реке или море невозможна без сигнальных огней. А после погружения Солнца на 18^° уже возможны точные фотометрические наблюдения небесных объектов.

Попытки найти связь глубины погружения Солнца с условиями освещённости делали ещё средневековые учёные. В «Оптике» Альха- зена (Ибн аль Хайсам) (965-1039), арабского учёного, работавшего в Каире, указано, что угол понижения Солнца в конце сумерек или начале зари равен 18°. Ротман указывал, что сумерки заканчиваются, когда Солнце опускается под горизонт на 24°, Нониус предлагал отрицательную высоту Солнца в 16^°, Кассини — в 15^°, Риччиоли давал 16^° для утренних и 20^° для вечерних сумерек. Такие расхождения можно объяснить трудностью различения границы раздела частей атмосферы, освещённой и не освещённой Солнцем.

4.62. Кислород, как и другие газы, земная атмосфера теряет также из&#8209;за того, что молекулы, имеющие скорость движения больше второй космической скорости, убегают от Земли. Однако химический состав и давление атмосферы стабильны на протяжении, по крайней мере, сотен миллионов лет. Это означает, что атмосфера одновременно пополняется кислородом, например, за счёт разложения кислородосодержащих горных пород, фотосинтеза и диссоциации воды.

4.63. Голубой цвет Земли установил советский астроном Г. А. Тихов (1875–1960) из колориметрических наблюдений пепельного света Луны.

4.64. Полагают, что источником падающего из космоса на Землю вещества в современную эпоху являются астероиды и кометы, приходящие, как минимум, из&#8209;за орбиты Марса, а не вещество околоземной зоны, как это было в начальной фазе формирования Земли.

4.65. На поверхности планет земной группы и спутников планет Солнечной системы обнаружено большое количество кратеров. Древние греки называли кратером большой сосуд для разбавления вина водой.

4.66. Периодичность изменения фаз позволила использовать Луну как мерило времени. Поэтому в славянских языках название спутника Земли и интервала времени звучат одинаково — месяц. На санскрите Луна называетсямас, что и означает «измеритель». Латинское мензис находится в близком родстве со словом мензурка.

4.67. Астроним луна по этимологии близок к словам луч, люкс, лысина , что отражает свойство Луны как источника света.

4.68. Даже не очень зоркий глаз видит своеобразный рисунок на поверхности Луны, так называемый лунный лик. Поэтому составить грубую карту Луны может каждый из нас без телескопа. В этом убедился один из авторов книги, имеющий отнюдь не 100–процентное зрение (рис. 1): в целом рисунок верно отражает расположение

К решению задачи 4.68.

лунных морей, хотя малые моря Восточного полушария — моря Ясности, Спокойствия, Нектара, Изобилия и Кризисов — слились в одну Я — образную фигуру.

Угловой диаметр лунного диска для земного наблюдателя составляет около 30&#8242;. Если принять разрешающую способность зоркого невооружённого глаза равной 1&#8242;, то карта Луны, составленная без телескопа, окажется мозаикой размером 30&#215;30 и будет содержать около 700 элементов. Такое изображение Луны мы изготовили искусственно, взяв телескопический снимок лунного диска и ухудшив его качество до разрешения в 1&#8242; (рис. 2).

Астрономам дотелескопической эпохи практически удалось достичь этого идеала. Посмотрите на рисунок, сделанный английским учёным Вильямом Гильбертом (1540–1603), рис. 3.

На нём легко угадывается расположение лунных морей, даже тех, которые не заметны на первом рисунке. Мельчайшие детали на карте Гильберта (1651) действительно имеют размер около 1&#8242;. Некоторым деталям на своей карте Гильберт дал названия, например, Британия (современное Море Кризисов), Большая страна Восточная (Море Дождей), Большая страна Западная (Море Ясности), Остров Средилунный (Залив Центральный), Море Средилунное (Апеннины), и др. Как видим, в отличие от более поздней традиции, тёмным областям Луны Гильберт давал имена материков, а не морей.

4.69. Основанием для суждения об удалённости Луны и планет от Земли являлась скорость их видимого движения по звёздному небу; предполагалось, что удалённые тела движутся медленнее, чем более близкие.

4.70. Ускорение свободного падения на расстоянии Луны Ньютон нашёл из кинематических данных, вычислив центростремительное ускорение Луны по расстоянию до неё (R&#8776;60 радиусов Земли) и периоду обращения (T =1 месяц). Ускорение Луны оказалось примерно в 3600 раз меньше, чем ускорение свободного падения у поверхности Земли, что и привело к выводу о квадратичной зависимости силы от расстояния в законе всемирного тяготения (Кудрявцев, 1982, с. 109).

4.71. Колумб использовал Альманах Региомонтана (1474 г.), в котором с помощью теории Птолемея были предвычислены каждодневные положения Солнца, Луны и планет для Нюрнберга на период 1476–1506 гг. Во время четвёртого плавания, когда 29 февраля 1504 г. корабль находился на Ямайке, Колумб, воспользовавшись предвычисленным моментом затмения Луны, сначала разыграл перед туземцами роль божественного провидца, а затем из наблюдений определил долготу своего местонахождения относительно Нюрнберга, допустив ошибку в 2,5 часа к западу. Что стало причиной этой ошибки — неточность в определении местного времени, ошибки в Альманахе или просто желание Колумба доказать, что он действительно достиг берегов Азии, — этого мы никогда не узнаем. Но о точности астрономического определения долгот в ту эпоху свидетельствует такой факт: 14 августа 1499 г. во время своего второго путешествия Америго Веспуччи наблюдал покрытие Марса Луной и определил долготу своего местонахождения с очень высокой точностью (Хауз, 1983, с. 21).

4.72. Поскольку редкие моменты лунных затмений и покрытий ярких звёзд и планет не позволяли морякам оперативно измерять долготу во время плавания, И. Вернер предложил новый метод, основанный на измерении расстояний от Луны до нескольких специально выбранных зодиакальных звёзд. Поскольку Луна перемещается за час приблизительно на свой диаметр (0,5°), эти расстояния быстро меняются и могут быть использованы как указатель местного времени в том пункте, для которого заранее составлены эфемериды Луны. Сравнив его с местным временем пункта наблюдения и учтя суточный параллакс Луны, можно определить долготу пункта.

Метод лунных расстояний совершенствовался в течение нескольких веков. Были составлены таблицы положения Луны и опорных звёзд как функция всемирного времени (которое вместе с Гринвичской обсерваторией как раз и появилось для определения долгот этим методом). Измеряя расстояния до Луны от избранных звёзд и от горизонта в данном месте Земли, можно определить местное время и долготу пункта. Наиболее точную теорию движения Луны для этой цели разработал Леонард Эйлер (1707–1783). По мере повышения точности теории возникла потребность и в усовершенствовании угломерного инструмента: вместо жезла Якоба и его развития — поперечного жезла был изобретён зеркальный секстант. Но полностью проблема определения долготы была решена только после изобретения морского хронометра.

4.73. Причина векового ускорения Луны анализировалась многими астрономами в течение трёх столетий. Парижская академия наук в 1770 г. даже объявила конкурс на лучшее объяснение этого явления. Его изучение, продолжающееся до сих пор, оказало сильное влияние на развитие всей небесной механики (Бронштэн, 1990). Частичное объяснение векового ускорения Луны было найдено в 1783 г. Лапласом: оно связано с вековым изменением эксцентриситета земной орбиты под действием возмущений от планет. Но главная причина была найдена в 1865 г. французским астрономом Шарлем Делоне (1816–1872), предположившим, что «ускорение Луны» лишь кажущееся и вызвано замедлением вращения Земли, которая до недавнего времени служила в астрономии точнейшими часами. Подобные лунным ускорения в движениях Солнца, Меркурия, Венеры и Марса, обнаруженные в XIX веке, подтвердили идею Делоне. Как он и предполагал, причиной замедления вращения Земли оказалось приливное трение, вызванное в основном воздействием на Землю самой же Луны.

4.74. Причиной физической либрации Луны служит её вытянутость вдоль направления к Земле. Из&#8209;за оптической либрации по долготе, имеющей чисто кинематическое происхождение (равномерное вращение вокруг оси и неравномерное обращение по эллиптической орбите), большая ось фигуры Луны не направлена постоянно на центр Земли. Поэтому со стороны Земли на выступы лунной поверхности действует момент силы, в одних положениях — тормозящий, а в других — ускоряющий вращение Луны.

4.75. Терминатор Луны представляется нам дугой эллипса, а в первой и последней четвертях — прямой линией. Форма терминатора в виде полуэллипса однозначно свидетельствует о шарообразности Луны.

4.76. Галилей сделал вывод о том, что поверхность Луны покрыта мелкими неровностями. Однако задолго до Галилея, основываясь на физическом эксперименте, к такому же выводу пришёл Плутарх (начало II в. н. э.).

4.77. Араго рассуждал так: поскольку общий цвет Луны желтоватый, то менее яркие пространства морей, очевидно, должны казаться зеленоватыми. Максимум чувствительности человеческого зрения при слабом освещении смещается в коротковолновую часть спектра.

4.78. Галилей указал, что при наблюдении вдоль поверхности горные гряды проецируются друг на друга, поэтому видимая зазубренность края лунного диска мала. Тем не менее, неровности края Луны можно обнаружить в телескоп.

4.79. В 1937 г. советский физик К. П. Станюкович доказал, что в момент удара метеорита о поверхность твёрдого космического тела происходит центрально — симметричный взрыв, поэтому форма образовавшегося кратера получается круглой. Американский астроном Р. Болдуин в 1949 г. также указал, что соотношение «диаметр- глубина» для воронок от бомб и снарядов, а также метеоритных и лунных кратеров подчиняется одному закону. Космические исследования подтвердили отсутствие активной вулканической деятельности на планетах и спутниках (кроме спутника Юпитера Ио) при обилии кратеров на них.

4.80. Причина эффекта Барабашова — Маркова заключается в изрытости лунной поверхности и наличии на ней множества камней, что и было подтверждено снимками Луны с космических аппаратов и прямыми исследованиями на лунной поверхности. В полнолуние тени от деталей рельефа не видны земному наблюдателю.

4.81. Приведённые Кеплером сведения практически верны. На лунном небе Земля почти неподвижна. Для наблюдателя на большей части лунной поверхности Земля не восходит и не заходит. Солнечные сутки на Луне (равные 29,5 земных суток) почти поровну делятся между днём и ночью, как на Земле в дни равноденствий, поскольку угол между плоскостью лунного экватора и плоскостью эклиптики составляет всего 1°30&#8242;.

4.82. Расчёт Кеплера верен: невидимость полной Луны действительно возможна в Исландии в летнее время, когда та часть эклиптики, вблизи которой проходит Луна в полнолуние, лежит южнее небесного экватора на 23,5°. Кроме того, для этого узлы лунной орбиты должны быть расположены так, чтобы в полнолуние Луна была на 5° ниже эклиптики.

4.83. Галилей безусловно прав в том, что, будь планеты зеркальными шарами, мы не увидели бы их дисков, а заметили бы только отражённое ими изображение Солнца. Однако суммарный блеск планеты от этого почти не изменился бы. Рассмотрев отражение параллельного пучка света от зеркального шара, мы увидим, что рассеянный свет равномерно распределяется в полном телесном угле 4&#960;. А шар с шероховатой поверхностью большую часть света отбрасывает в направлении источника. Именно поэтому Луна особенно ярка вблизи полнолуния. Однако и «зеркальная Луна» светила бы не намного слабее, хотя выглядела бы не как диск, а как очень яркая звезда с угловым размером всего 4» (детальный расчёт см.: Сурдин, 1995, задача 7.40).

4.84. Характерный размер неровностей на Луне существенно больше длины световых волн, но меньше длины радиоволн.

4.85. Восход Солнца на видимом полушарии Луны (появление терминатора) начинается с её правого края, который для наблюдателя на поверхности Луны естественно называть восточной частью горизонта. В эпоху полётов человека на Луну это стало актуально.

4.86. Естественно, Кеплер не мог знать, что Луна необитаема. Но, полагая, что её жители разумны, он должен был придерживаться в своих фантазиях критерия целесообразности. Круглый кратер обеспечивает тень в полярных областях Луны (весьма вероятно, что на постоянно затенённой внутренней поверхности полярных кратеров Луны действительно так холодно, что там сохраняется замёрзшая вода!). Но в экваториальных областях нет смысла возводить стенки, параллельные экватору: они не дают тени. Там уберечь от Солнца могут лишь узкие траншеи, перпендикулярные экватору. Но форма лунных кратеров не зависит от широты. Следовательно, они естественного происхождения.

4.87. Пепла на Луне не найдено. Но исследования на лунной поверхности подтвердили наличие там рыхлого материала — реголита. Считается, что он образовался вследствие больших перепадов температуры и ударов метеоритов.

4.88. Наблюдения Ильсмура доказали наличие у поверхности Луны электронного газа с концентрацией 1000 частиц в кубическом сантиметре, что соответствует плотности лунной атмосферы 4&#215;10^–17 от плотности приземного слоя воздуха.

4.89. Некоторые полагают, что краевые части лунного диска во время полной фазы затмения подсвечиваются солнечной короной; попробуйте сами оценить такую возможность. Не исключено, что ощущение объёмности Луны возникает из&#8209;за эффекта иррадиации, связанного с физиологией нашего зрения.

4.90. Тень Земли не является совершенно тёмной: в ней присутствует слабый свет, рассеянный в земной атмосфере. Вероятно, поэтому края лунного диска подсвечены немного сильнее его середины, что и создаёт ощущение объёмности. В полнолуние из&#8209;за неровностей поверхности диск Луны выглядит равномерно ярким, что и даёт ощущение плоского диска.

4.91. Максимум чувствительности сумеречного (палочкового) зрения сдвинут в коротковолновую сторону по сравнению с дневным (колбочковым) зрением. К тому же освещение при закрытом Солнце создаётся преимущественно светом небосвода, имеющим тёмно — синий цвет.

4.92. Наблюдения современных астрономов подтверждают, что даже при закрытии 90–95% площади диска Солнца освещённость на Земле остаётся достаточно высокой. Ослепляющее действия края солнечного диска сильно затрудняет наблюдение тёмного диска Луны.

4.93. Иногда внутренняя корона Солнца имеет существенно более высокую яркость, чем обычно. Это отмечалось во время некоторых затмений.

4.94. Луна освещается преломлёнными в нижних слоях земной атмосферы солнечными лучами.

4.95. Найденный Гершелем угол преломления лучей Солнца в нижних слоях земной атмосферы (54&#8242;), не является чрезмерным, поскольку он может достигать удвоенного угла рефракции, а у горизонта рефракция достигает 35&#8242;. Но астрономы отмечали, что во время некоторых затмений Луна всё же совершенно исчезала (Гевелий 25 апреля 1642 г., Мёдлер и Бер 10 июля 1816 г.). Возможно, в эти моменты нижние слои атмосферы были закрыты облаками.

4.96. Луна ярче во время апогейного лунного затмения.

4.97. Причина этого явления была понята в том же XIX веке. Касательные к земному шару лучи Солнца проходят через большую толщу атмосферы и вследствие экстинкции значительно ослабевают. Таким образом, нижние слои земной атмосферы играют роль непрозрачного тела.

4.98. Рефракция света в земной атмосфере, приподнимающая над горизонтом изображения небесных светил.

4.99. Изогнутые линии — изображения незакрытого Луной «серпа» солнечной атмосферы в цветах разных спектральных линий. Эмиссионные линии различных химических элементов образуются в слоях хромосферы, находящихся на разной высоте над фотосферой и неоднородных по яркости. Поэтому разные линии имеют различную протяжённость дуги.

К решению задачи 4.99. Позитивное изображение спектра вспышки, принадлежащего солнечной хромосфере и протуберанцам. Затмение 31 августа 1932 г. Снимок Ликской обсерватории.

4.100. Непрерывный спектр внутренней короны связан с рассеянием света фотосферы на свободных электронах. Однако фраунгоферовы линии в этом спектре не видны, поскольку из&#8209;за очень высокой температуры короны доплеровское уширение линий «размазывает» их по непрерывному спектру и делает крайне мелкими и незаметными. В спектре короны видны линии излучения, но не те, что обычно присутствуют как фраунгоферовы в спектре фотосферы, поскольку в короне совсем иные физические условия. Например, водородные линии в спектре короны отсутствуют, потому что водород там полностью ионизован по причине высокой температуры.

4.101. Вулканом хотели назвать планету, существование которой подозревали внутри орбиты Меркурия. Но её так и не открыли.

4.102. Несмотря на длительные исследования многих астрономов, планета, орбита которой полностью бы находилась внутри орбиты Меркурия, не была обнаружена. «Избыточное» смещение перигелия Меркурия получило объяснение в рамках общей теории относительности (см.: Роузвер, 1985).

4.103. Днём Меркурий, всегда расположенный на небе недалеко от Солнца, имеет большую угловую высоту и, следовательно, влияние земной атмосферы на его изображение минимально. Скиапарелли, используя большое увеличение телескопа, смог более подробно исследовать его поверхность.

4.104. В 1874 г. немецкий астроном Иоганн Цёлльнер при помощи сконструированного им визуального фотометра измерил зависимость яркости Луны, планет и искусственных тел от фазы освещения. Он доказал, что фазовые зависимости Меркурия и Луны аналогичны и отличаются от фазовой зависимости гладкого шара. В 1885–1893 гг. немецкий селенограф К. Мюллер подтвердил, что поверхность Меркурия покрыта горами и скалами тёмного цвета.

4.105. Древние греки полагали, что утром они видят планету Фосфорос, а вечером — Гесперис. Позже они убедились, что это одна планета, и стали называть её Афродита. А римляне, соблюдая традицию, дали ей имя своей богини красоты — Венеры.

4.106. В 1761 г. Ломоносов наблюдал в телескоп редкое явление — прохождение Венеры по диску Солнца. При вступлении Венеры на диск Солнца и при её схождении была видна яркая кольцеобразная полоска вокруг чёрного диска планеты. Ломоносов верно объяснил это явление преломлением солнечных лучей в атмосфере Венеры.

4.107. Земля, находясь в противостоянии для Венеры, освещает её поверхность в 13 тыс. раз слабее, чем она освещает Луну в «полноземелие». Такое слабое освещение не может быть обнаружено, тем более — глазом. Тем не менее, опытные наблюдатели не раз указывали на существование этого феномена (Мейер, 1902, с. 125). В настоящее время предполагают, что пепельный свет Венеры вызван физикохимическими процессами, происходящими в атмосфере этой планеты.

4.108. На Венере, как и на Земле, горы высотой 43 км обладали бы такой тяжестью, что обязательно разрушили бы кристаллическую решётку пород в своём основании, и оно растеклось бы, не выдержав давления. Поэтому таких высоких гор на этих планетах нет. Самые большие горы в Солнечной системе обнаружены на Марсе (H=25–27 км), где сила тяжести на поверхности заметно меньше, чем на Земле и Венере.

4.109. Температура на поверхности Венеры, измеренная космическими аппаратами, оказалась около 480 °C, что больше критической для воды (Т=374,4 °C), выше которой она не может существовать в жидкой фазе ни при каком давлении.

4.110. Смена времён года на Марсе происходит, как и на Земле, вследствие изменения солнечной инсоляции, причиной которого служит наклонение плоскости экватора планеты к плоскости её орбиты. Смена времён года на Марсе наиболее наглядно проявляется в изменении размера полярных шапок.

4.111. Гипотеза основывалась на предположении о существовании у Марса мощной атмосферы (Кассини, Ремер, XVII в.). Покрытия звёзд Марсом, во время которых звёзды исчезали мгновенно, указали на то, что атмосфера планеты тонкая и не может вызвать сильное поглощение в коротковолновой части спектра. В 1865 г. было замечено, что красный цвет гуще около центра диска, что также свидетельствовало против атмосферной гипотезы. Хёггинс в 1867 г. отметил, что белый цвет полярных шапок также противоречит атмосферной гипотезе.

4.112. Земные и космические радиометрические измерения показали, что максимальная температура в поверхностном слое грунта на Марсе в полдень в жарком поясе не превышает -5 °C; среднегодовая температура на широте тропика -43 °C, минимальная там же -90 °C. В более высоких широтах температура ещё ниже. Полярные шапки состоят из сухого льда (твёрдой углекислоты) с небольшой примесью водяного льда. Открытых водных пространств на Марсе нет и, следовательно, не может быть пространств, покрытых обычным снегом.

4.113. До полётов межпланетных станций основные исследования Марса производились в годы великих противостояний, когда Марс ближе всего подходит к Земле. В 1877 г. как раз и произошло такое астрономическое событие. Незадолго до этого были построены крупные телескопы — рефракторы высокого качества.

4.114. По мнению Г. А. Тихова, в условиях сурового марсианского климата гипотетические растения Марса должны отражать меньше тепловых лучей; следовательно, они должны иметь сине — фиолетовую окраску. Это предположение согласуется с тем фактом, что растения высокогорных районов Земли (голубая канадская ель, тянь — шаньская ель) не имеют в своём спектре инфракрасного избытка. Однако исследования, проведённые автоматическими аппаратами непосредственно на поверхности Марса, опровергли существование там не только растительной жизни, но даже её примитивных форм.

4.115. Фламмарион имел в виду прецессию оси вращения Марса, вызванную приливным гравитационным влиянием Солнца на экваториальное вздутие планеты. Период прецессии оценивается примерно в 175 тыс. лет. По истечении половины этого периода северное полушарие планеты будет повёрнуто к Земле в эпоху великого противостояния, совпадающую с эпохой прохождения Марса через перигелий.

К решению задачи 4.117. Тонкая структура колец Сатурна по визуальным наблюдениям, проведённым в XIX веке.

4.116. В свой несовершенный телескоп Галилей смог увидеть планету Сатурн и дуги окружающих её колец как три соприкасающиеся «звезды». Через два года, когда луч зрения земного наблюдателя оказался в плоскости колец, они из&#8209;за малой толщины вообще перестали быть видны. Лишь в 1656 г. Христиан Гюйгенс с помощью более качественного телескопа доказал, что «ушки» или «ручки» по бокам Сатурна — это не что иное, как части плоского кольца, опоясывающего планету по экватору.

4.117. Директор Парижской обсерватории Д. Д. Кассини в 1675 г. обнаружил, что кольцо Сатурна состоит из двух частей, разделённых тёмной полосой (деление Кассини). Он также предположил, что кольцо планеты состоит из большого количества отдельных небольших тел. В наши дни распространено мнение, что тонкая структура колец Сатурна была открыта лишь на изображениях, переданных межпланетными аппаратами «Пионер-11» (октябрь 1979 г.), «Вояджер-1» (ноябрь 1980 г.) и «Вояджер-2» (август 1981 г.). Однако ещё астрономы XIX века в процессе визуальных наблюдений замечали и очень точно зарисовывали тонкую структуру колец (см. рис.).

4.118. Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн в максимуме блеска очень яркие и поэтому хорошо видны невооружённым глазом. Наибольший же блеск далёких планет существенно ниже: 5,4^m у Урана, 7,6^m у Нептуна, 13,4^m у Плутона. Для обнаружения этих планет, а также астероидов, необходимы подробные карты звёздного неба и телескопы, массовое применение которых началось только с XVIII века. Правда, в XVII веке астрономы случайно наблюдали и даже зарисовывали Уран и Нептун, но, не имея хороших телескопов и карт, принимали их за звёзды.

4.119. Кометы на больших расстояниях от Солнца имеют дискообразный вид, и поэтому похожи на планеты. При этом они почти так же, как планеты, перемещаются относительно звёзд. Кометы в ту эпоху открывали и наблюдали, а вот открытие новой большой планеты стало полной неожиданностью.

4.120. В. Гершель первым, благодаря остроте зрения и хорошему качеству телескопического изображения, обнаружил у вновь открытого объекта диск. Другие наблюдатели видели планету в виде звездообразного объекта. Планетная орбита Урана была установлена петербургским астрономом А. И. Лекселем вскоре после открытия, в том же 1781 г.

4.121. При расчёте орбиты Урана были использованы позиционные наблюдения планеты, считавшейся в то время звездой, сделанные наблюдателями — предшественниками Гершеля, начиная с 1690 г., т. е. почти на протяжении целого века.

4.122. Галилей наблюдал в телескоп Нептун ещё в 1612 г., не зная, что этот объект — планета. Французский астроном Жозеф Ла- ланд также наблюдал Нептун 8 и 10 мая 1795 г. Он заметил, что положение объекта за двое суток изменилось, но посчитал первое из наблюдений неверным. Лишь в 1846 г. Урбен Леверье открыл Нептун путём вычислений. 31 августа он сообщил о вычисленных им параметрах орбиты Нептуна и указал, что объект должен иметь блеск около восьмой звёздной величины и заметный диск. Откликнувшись на просьбу Леверье, астроном Берлинской обсерватории Г. Галле в первую же ночь наблюдений, 23 сентября, обнаружил неизвестную планету с диаметром диска 8&#8243;. Движение объекта относительно звёзд подтвердило открытие. К теоретическому открытию Нептуна причастен и английский астроном и математик Джон Адамс, который на основании возмущений в движении Урана рассчитал элементы эллиптической орбиты и массу гипотетической планеты и осенью 1845 г. представил свои результаты английским наблюдателям, которые, однако, не откликнулись на его предложение организовать поиск планеты.

4.123. После успешного теоретического открытия Нептуна многие астрономы пытались обнаружить следующую за ним планету. Для прогноза её положения использовались разные подходы: правило Тициуса — Боде, расположение афелиев периодических комет, возмущения в движении Урана (поскольку его орбита была изучена значительно полнее, чем орбита Нептуна). Большую работу по анализу движения Урана проделал Персиваль Ловелл (1855–1916), американский предприниматель, путешественник и страстный любитель астрономии, в совершенстве овладевший математическим аппаратом небесной механики и на свои средства построивший прекрасную обсерваторию во Флагстаффе (штат Аризона). Он выявил в движения Урана некоторые возмущения, не объяснимые влиянием известных планет, и в 1905 г. впервые предположил вариант орбиты более далёкой, чем Нептун, планеты. Тогда же начались её поиски. Теоретическую работу по предсказанию положения гипотетической планеты Ловелл продолжал до 1915 г., когда был опубликован его наиболее полный «Трактат о транснептуновой планете».

После смерти Ловелла сотрудники его обсерватории продолжали поиск «планеты Х». Открытие было сделано молодым астрономом Клайдом Томбо (1906–1997) только в 1930 г. при помощи специально сконструированного 13–дюймового телескопа после 10–ти месяцев непрерывных фотографических наблюдений. Чтобы выявить медленно перемещающуюся на фоне звёзд планету, снимки эклиптикальной области неба, полученные с интервалом в 2–3 суток, сравнивались при помощи блинк — компаратора. Фактически для обнаружения Плутона пришлось исследовать почти всю широкую полосу вдоль эклиптики, так что теоретические прогнозы оказались бесполезными. История поисков Нептуна и Плутона описана в книгах Саймона (1966) и Уайта (1983).

4.124. Видимый блеск Солнца на Плутоне составляет -18,8^m. Значит, Солнце освещает Плутон гораздо ярче, чем полная Луна — Землю.

4.125. Оба аппарата должны были достичь окрестностей Юпитера: «Галилео» — чтобы стать спутником планеты и сбросить в её атмосферу зонд, а «Улисс» — чтобы под действием притяжения Юпитера выйти из плоскости эклиптики и направиться к полярным областям Солнца. Поэтому для запуска этих аппаратов требовалось вполне определённое взаимное расположение Земли и Юпитера, которое повторяется через каждый синодический период Юпитера, равный 399^d, или 13 месяцам.

4.126. Кеплер был первым, кто предположил, что между орбитами Марса и Юпитера должна находиться неизвестная планета. Он считал, что совершенству Солнечной системы мешает непомерно большой промежуток между орбитами этих двух планет. В 1772 г. в книге «Руководство по изучению неба» немецкий астроном Иоганн Боде после знакомства с законом планетных расстояний, открытым Тициусом, предсказал существование на расстоянии 2,8 а. е. от Солнца «большой планеты», которая должна совершать полный оборот вокруг светила за 4,5 года.

4.127. Верхние планеты описывают петли около противостояния. В это время они имеют наибольший видимый блеск. Церера была вновь найдена ровно через год после своего открытия — 31 декабря 1801 г. — благодаря эфемеридам, рассчитанным Карлом Гауссом. 23–летний учёный смог вычислить орбиту новой планеты, разработав для этого математический метод определения эллиптической орбиты по трём наблюдениям.

4.128. Речь идёт о малых планетах («планетоидах» Пиацци). Часто эти объекты называют астероидами (термин Гершеля). Орбиты большинства астероидов подобны орбитам больших планет, но из&#8209;за отсутствия у них при наблюдении в телескоп видимого диска они названы «звездоподобными».

4.129. Марс в римской мифологии — бог войны. В мифах его сопровождают Фобос и Деймос, по одним мифам — сыновья Марса, по другим — его псы. Война несёт с собой страх и ужас.

4.130. Спутники Марса представляются с Земли слабыми «звёздочками», движущимися вместе с планетой относительно истинных звёзд. Заметить их визуально удалось лишь потому, что наблюдения проводились в период великого противостояния Марса. К тому же, Холл использовал 26–дюймовый рефрактор Вашингтонской обсерватории, который был тогда сильнейшим инструментом в мире.

4.131. Поскольку угловая скорость вращения Земли больше угловой скорости обращения Луны, приливное влияние Луны тормозит нашу планету. Но в системе Марс — Фобос ситуация иная: в своём вращении Марс отстаёт от Фобоса, поэтому их приливное взаимодействие ускоряет вращение Марса и тормозит Фобос, который из&#8209;за этого постепенно приближается к Марсу. Вследствие малости массы Фобоса данный эффект оказывает ничтожное влияние на вращение Марса.

4.132. Галилей заметил, что обнаруженные им объекты совершают периодические движения относительно Юпитера.

4.133. В 1676 г. Рёмер объяснил кажущуюся неравномерность движения спутников Юпитера конечной скоростью распространения света. Из этих наблюдений Рёмер с неплохой точностью определил скорость света.

4.134. Определив из наблюдения момент затмения спутника Юпитера по местному времени и сравнив его с моментом этого же явления, заранее вычисленным по всемирному времени (эти моменты астрономы публиковали в виде эфемерид), навигатор мог найти долготу своего места наблюдения. Сейчас этот метод имеет лишь исторический интерес.

4.135. Кажущееся изменение яркости спутников Юпитера на фоне разных участков диска планеты можно объяснить эффектом сравнения: диск Юпитера ярче в середине, чем по краям, а его спутники не меняют своей яркости, поскольку из&#8209;за малого фазового угла для земного наблюдателя всегда одинаково освещены Солнцем. Меркурий же при прохождении по диску Солнца обращён к Земле своей неосвещённой стороной, поэтому он темнее любой точки солнечного диска, даже пятен.

4.136. Спутники Урана движутся в плоскости экватора планеты, ось вращения которой лежит почти в плоскости её орбиты (i=98°). В 1901 г. и в 1944 г. ось вращения Урана находилась на луче зрения земного наблюдателя, но планета располагалась в диаметрально противоположных частях орбиты. Астрономы в эти годы наблюдали систему Урана с противоположных полюсов вращения планеты и обращения её спутников.

4.137. Согласно третьему обобщённому закону Кеплера, меньший, чем у Луны, орбитальный период Тритона указывает на большую массу Нептуна по сравнению с Землёй.

4.138. Рассмотрим простой случай: ось вращения астероида параллельна его орбитальной оси. Тогда прямое вращение астероида (в направлении орбитального обращения) отклоняет его «фотонный двигатель» назад по курсу и таким образом ускоряет движение астероида, поднимая его орбиту и уводя его в сторону Юпитера.

Соответственно, обратное вращение астероида за счёт фотонной отдачи приближает его к Марсу.

Влияние эффекта Ярковского на движение спутников планет ослаблено тем, что при медленно меняющемся направлении фотонного импульса отдачи (с орбитальным периодом планеты) направление движения спутника меняется быстро (с орбитальным периодом спутника). Вероятно, наиболее сильное влияние этот эффект оказывает на мелкие спутники Сатурна, входящие в состав его кольца. Тень планеты, в которую на каждом обороте попадают частицы кольца, даёт преимущество обращённой к Солнцу дуге орбиты. Поскольку вблизи планеты приливные силы синхронизуют орбитальное и осевое вращение частиц, влияние эффекта Ярковского на этой дуге орбиты тормозит движение спутника. Следовательно, в целом эффект Ярковского вызывает приближение таких спутников к поверхностям их планет.

4.139. Наличие радиантов у потоковых метеоров указывает (на основании эффекта перспективы), что метеорные тела движутся в земной атмосфере прямолинейными параллельными путями.

4.140. Метеорные тела, как и планеты, в космическом пространстве движутся вокруг Солнца по эллиптическим орбитам, возмущаемым планетами.

4.141. В вечерние часы в атмосферу Земли попадают только те метеорные тела, которые догоняют Землю; в предутреннее время число метеоров увеличивается, так как при этом скорость метеорных тел складывается с орбитальной скоростью Земли. Из соотношения часовых чисел метеоров в эти два интервала времени можно оценить их скорость. Полученное Скиапарелли значение скорости метеороидов очень близко к параболической скорости космических тел на расстоянии Земли, которое может быть только у тел, движущихся по очень вытянутым орбитам. Точное определение скоростей метеорных тел требует знания распределения метеороидов по массам и зависимости блеска от массы, которые даже сейчас известны лишь приблизительно. Скорости тел разных потоков могут сильно различаться. Тем не менее, оценки Скиапарелли согласуются с современными значениями.

4.142. Да, наблюдалось бы. В зависимости от прицельного параметра догоняющий Землю метеороид может войти в атмосферу над любой точкой планеты, если его скорость не слишком велика.

4.143. В ноябре 1833 г. американский астроном Д. Олмстед установил, что радиант звёздного дождя из созвездия Льва не меняет в течение нескольких часов своего положения относительно звёзд. Это указывало на космическое происхождение метеоров данного потока.

4.144. Было высказано предположение, что метеорное вещество обращается вокруг Солнца не сплошным облаком, а замкнутым кольцом, которое пересекает орбиту Земли лишь в одном месте. Такое условие снимало требование совпадения периода обращения метеороидов с периодом Земли вокруг Солнца.

4.145. Араго сделал вывод о неоднородном распределении метеорных частиц в рое Леонид.

4.146. В настоящее время вулканическая деятельность на Луне настолько ничтожна, что выбросы твёрдого лунного вещества маловероятны. Современная наука утверждает, что метеориты — это обломки астероидов. Однако выбросы в космос твёрдого лунного или марсианского вещества всё же возможны при ударе об эти тела крупных метеоритов.

4.147. Хладни утверждал, что высоты и скорости движения болидов противоречат прежним представлениям об их атмосферной природе. Он также обратил внимание, что в многочисленных письменных сообщениях о наблюдении болидов нередко говорится о последующем падении горячих метеоритов.

4.148. Современные учёные считают, что метеорные тела возникают в результате разрушения комет, т. е. между ними есть генетическая связь. Однако высказывание Кеплера, скорее всего, отражает лишь чисто зрительное сходство комет и метеоров.

4.149. Кометы — внеземные объекты.

4.150. Они использовали параллактический метод определения расстояния до небесных тел, где базисом служило расстояние между наблюдателями.

4.151. Тихо Браге впервые из наблюдений попытался определить параллакс кометы и нашёл его меньшим, чем у Луны.

4.152. Скиапарелли в работах 1866 г. доказал, что метеорные тела, как и кометы, движутся по орбитам с большим эксцентриситетом. Плоскости орбит и тех и других тел наклонены к плоскости земной орбиты под самыми разными углами, включая и i &#8776;90°. Было также найдено, что орбиты метеороидов августовского потока Персеид совпадают с орбитой яркой кометы 1862 года. Петерсон на основании расчётов Леверье отождествил орбиты ноябрьских метеороидов с орбитой кометы Темпля 1866 года. Австрийский астроном Вейсс доказал тождественность орбит кометы Биелы и метеорного потока 28 ноября.

4.153. Галлей обнаружил, что орбиты комет 1456, 1531, 1607 и 1682 годов весьма сходны и предположил, что это одна и та же комета, возвращающаяся к Солнцу с периодом в 76 лет. Поэтому следующее прохождение этой кометы он предсказал на 1758 г. В назначенный срок комета не появилась. Знаменитый французский математик А. К. Клеро (1713–1765), понимая, что задержка кометы вызвана возмущающим влиянием планет — гигантов, взялся за численное решение задачи о движении кометы в поле нескольких тел: Солнца, Юпитера и Сатурна.

Выполнить этот невероятно большой объём вычислении в одиночку было невозможно. Клеро помогали известный астроном Ж. Лаланд и математик мадам Лепот. Позднее Лаланд писал: «Шесть месяцев мы вычисляли с утра до ночи, иногда даже не отрываясь для еды, и следствием этого было то, что я расстроил своё здоровье на все остальные дни своей жизни. Помощь госпожи Лепот была такова, что без неё мы никогда не осмелились бы предпринять этот громадный труд, состоявший из вычислений расстояния кометы от двух планет — Юпитера и Сатурна — для каждого градуса небесной сферы в течение 150 лет» (цит. по: Марочник, 1985).

Клеро и его помощники успели закончить вычисления вовремя. Оказалось, что под влиянием притяжения Юпитера комета должна опоздать на 518 суток и под влиянием Сатурна — ещё на 100. Клеро предсказал дату прохождения кометой перигелия — 13 апреля 1759 г. и указал, что точность вычислений такова, что ошибка может составить 1 месяц. Комета прошла перигелий 13 марта. Галлей оказался прав: комета вернулась.

4.154. Наблюдения показывают, что разные кометы имеют свои особенности в строении хвоста. Например, хвост кометы Донати (1858) имел вид пустотелого конуса, а хвост самой большой кометы XX столетия, кометы Хейла — Боппа, казался сплошным: плотность вещества на оси хвоста была выше, чем на его периферии.

4.155. Невидимость кометы на фоне Солнца свидетельствует о малой оптической плотности вещества в голове кометы и очень небольшом размере её твёрдого ядра.

4.156. Комета 1882 года, по — видимому, относилась к классу так называемых «царапающих комет», которые в перигелии с большой скоростью проходят вблизи поверхности Солнца. Солнечное излучение вызывает усиленное газообразование, следствием чего является усиление её яркости. К подобным кометам следует отнести яркую комету 1965f Икейя — Секи, которая после прохождения перигелия приобрела хвост длиной около 40°.

4.157. Ослабление блеска звёзды во время покрытия не наблюдалось, из чего был сделан вывод, что ядро кометы или отсутствует или имеет ничтожные размеры, а вещество в голове кометы сильно разрежено.

4.158. Немецкий астроном Иоганн Энке после долгих исследований пришёл к выводу, что кометы, открытые в 1786 г. Пьером Мешеном ив 1818 г. Жаном — Луи Понсом, являются одной и той же кометой с периодом обращения вокруг Солнца всего 3,3 года. Энке также доказал, что кометы, наблюдавшиеся в 1795 и в 1805 гг., — это та же самая комета. Учёный предсказал её новое появление в 1822 г., что блестяще подтвердилось. В знак признательности за большую работу по идентификации кометы и за расчёт её орбиты этой комете дали имя Энке.

4.159. Ранее считалось, что кометы светят только отражённым солнечным светом. Наблюдения Донати показали, что основная часть излучения исходит от раскалённых газов. Спектральные полосы показали наличие молекулярных соединений водорода и углерода: CO, циан, метан. Помимо эмиссионного спектра в кометах наблюдается и слабый непрерывный спектр, исходящий от ядра и отчасти от диффузного компонента кометы.

4.160. По современной терминологии упомянутое явление называется «противосиянием» и представляет собой свечение межпланетного вещества в противосолнечной точке. Не исключено, что часть этого излучения возникает в газовом хвосте магнитосферы Земли.

4.161. Восемь химических элементов получили свои названия в связи с именами тел Солнечной системы: гелий от Гелиоса — Солнца, селен от Селены — Луны, теллур от Теллуса — Земли; уран, нептуний и плутоний — от названий планет Уран, Нептун и Плутон; палладий и церий — от имён крупнейших астероидов, Паллады и Цереры.

4.162. На спутнике Юпитера Ио, на планете Венера (косвенно) и на спутнике Нептуна Тритоне (сухие вулканы).

4.163. Легко заметить, что значения средней плотности космических тел, определённые в XIX веке, оказались весьма точны для планет со спутниками, к числу которых относится и Солнце: его спутниками служат сами планеты. Но для планет без спутников — Меркурия и Венеры — значения средней плотности, вычисленные астрономами

XIX века, оказались довольно грубыми приближениями. Понятно, что это связано с трудностями определения массы планеты, лишённой спутников. До эпохи космонавтики массы таких планет определяли по их гравитационному влиянию на движение далёких тел — других планет и астероидов; точность метода была невелика. В конце XX века эту трудность удалось преодолеть с помощью искусственных спутников (для Венеры) и пролётных зондов (для Меркурия), возмущения в движении которых, вызванные притяжением планеты, были точно измерены радиотехническими методами.

Что касается невысокой точности определения в XIX веке средней плотности Урана и Нептуна, то она связана с трудностями измерения их диаметра: поперечник этих планет виден под углом всего в несколько секунд.