6. Ближайшие соседи Земли: Меркурий, Венера и Марс

В этой главе…

Исследование поверхности, атмосферы и недр планет

Поиск и наблюдение Меркурия, Венеры и Марса

Чем отличается Земля от других планет земной группы

Соседние с Землей планеты земной группы — Меркурий, Венеру и Марс — легко обнаружить невооруженным глазом, а затем исследовать с помощью телескопа. Эти небесные объекты, вызывающие к себе жгучий интерес, открывают только небольшую часть своих тайн, если наблюдать их с Земли. Поэтому большая часть знаний об их физических характеристиках, геологических структурах и вероятной истории, которыми сегодня располагают ученые, основана на изображениях и измерениях, отправленных на Землю межпланетными космическими аппаратами.

К Меркурию был отправлен только один космический аппарат, который пролетел мимо него три раза. К Венере летали несколько космических аппаратов, которые облетели вокруг нее и даже осуществили посадку. К Марсу отправляли большое количество космических аппаратов, спускаемых аппаратов и автоматических транспортных средств («роверов» или мар-соходов); как правило, их отправляли каждые два года. За счет этого удалось составить очень подробные карты Венеры и Марса, чего нельзя сказать о Меркурии: большие участки его поверхности до сих пор никто не видел.

Меркурий — металлическая планета

Несмотря на то, что космический аппарат Mariner-10 в 1973 и 1974 годах пролетел мимо Меркурия три раза, удалось картографировать меньше половины его поверхности. Остальная часть либо не попала в «поле зрения» Mariner-10, либо была темной во время его приближения. Чтобы возместить этот недостаток информации, NASA планирует в 2004 году отправить к Меркурию новый космический аппарат.

Вы тоже можете следить за процессом разработки и запуска этого космического аппарата, получившего название MESSENGER (сокращение от слов Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry and Ranging — Поверхность, космическое пространство, геохимия и телеметрия Меркурия), на сайте http://messenger.jhuapl.edu. Здесь можно увидеть также изображения Меркурия, сделанные космическим аппаратом Mariner-10.

Имеющиеся на данный момент знания о Меркурии получены, в основном, с помощью космического аппарата Mariner-10 и радиолокационных наблюдений с Земли, когда в направлении Меркурия передают импульсы радиоволн, а затем изучают их отражение. Поверхность Меркурия, испещренная ударными кратерами, подобна поверхности Луны. Но только на Меркурии есть длинные извилистые горные хребты, пересекающие ударные кратеры и другие геологические структуры. Вероятно, они образовались в результате сжатия коры планеты, когда она остывала после пребывания в расплавленном состоянии. Кроме того, на Меркурии меньше малых кратеров, чем на Луне, по отношению к количеству больших кратеров. Нужно отметить, что у Меркурия нет своего спутника (по крайней мере, он не обнаружен).

На Меркурии, как и на Луне, есть сильно испещренные кратерами возвышенности (или материки). Но, в отличие от Луны, возвышенности Меркурия плавно переходят в равнины. Низменности Меркурия также представляют собой плоские равнины.

Самым крупным следом столкновений Меркурия с другими небесными телами считается бассейн Калорис. Он не полностью картографирован, потому что во время приближения к нему космического аппарата Mariner-10 большая его часть была темной. По оценкам астрономов, ширина этого бассейна составляет примерно 1340 км, что делает его одним из самых крупных в Солнечной системе. Ударные бассейны — это огромные кратеры, подобные тем заполненным лавой структурам на Луне, которые называются морями. На месте, диаметрально противоположном бассейну Калорис (с другой стороны Меркурия), находится странный район разрушенных холмов и долин. Видимо, столкновение, породившее бассейн Калорис, вызвало появление мощных сейсмических волн, которые прошли сквозь тело Меркурия и создали на противоположной его стороне картину катастрофических разрушений.

Плотность Меркурия в 5,4 раза больше плотности воды. Причина такой высокой плотности в том, что у Меркурия огромное железное ядро, которое составляет значительную часть планеты. Толщина внешнего по отношению к ядру слоя — мантии — составляет не больше 610 км. Наличие глобального магнитного поля Меркурия, обнаруженного космическим аппаратом Mariner-10, по мнению многих специалистов, говорит о том, что наружная часть ядра все еще находится в расплавленном состоянии. В то же время простые подсчеты показывают: к настоящему времени ядро должно было достаточно остыть для того, чтобы затвердеть.

На Меркурии есть слабые следы атмосферы, но они слишком незначительны; с этой точки зрения он похож на Луну. Из-за отсутствия атмосферы на поверхности Меркурия наблюдаются очень резкие перепады температур — от -183 °C ночью до +440 °C днем. Возле северного и южного полюсов Меркурия с помощью радара были обнаружены области с высоким коэффициентом отражения. Это может означать наличие на полюсах больших ледовых шапок, находящихся в глубоких кратерах, дно которых никогда не освещается Солнцем. О том, верно ли такое предположение, ученые надеются узнать с помощью космического аппарата MESSENGER.

Венера: не слишком приятное место для жизни и визита

На Венере никогда не бывает ясных дней, потому что она постоянно покрыта толстым (15-километровым) слоем облаков из концентрированной серной кислоты. И здесь нет никакого спасения от жары. Венера — самая горячая планета в Солнечной системе; температура на ее поверхности, достигающая +464 °C, остается практически постоянной от экватора до полюсов, днем и ночью.

Но страшная жара — это еще не все. Атмосферное давление на Венере в 93 раза выше земного! На Венере нет воды, поэтому вы можете жаловаться на жару, но никак не на влажность, — атмосфера здесь горячая и сухая, как в пустыне. Погода на Венере тоже не радует: на всей территории планеты постоянно льют дожди из серной кислоты. Утешает только одно: этот дождь испаряется еще до того, как достигает поверхности.

Почти все прекрасные изображения поверхности Венеры, которые можно найти на Web-сайтах NASA (а также на других сайтах), — увы, не фотографии. Это подробные карты, составленные с помощью радиолокационных приборов космического аппарата Magellan. Существует очень мало фотографий поверхности Венеры, поскольку ее полностью скрывает плотный слой облаков. Поэтому поверхность Венеры нельзя рассмотреть в телескоп с Земли и сфотографировать с искусственного спутника, движущегося по орбите вокруг нее. Верхний слой облаков находится на высоте примерно 65 км, т. е. намного ниже той высоты, на которой может находиться спутник.

Карты Венеры, полученные с помощью радиолокационных приборов искусственного спутника, изображения ее поверхности, сделанные с помощью спускаемых аппаратов, а также изображения других объектов Солнечной системы, можно посмотреть на Web-сайте Views of the Solar System (Виды Солнечной системы) по адресу www.solarviews.com/eng/homepage.htm (щелкните на элементе Venus, а потом — на Venus Photo/Animation Gallery).

С помощью спускаемых аппаратов советских автоматических межпланетных станций (АМС) «Венера-13» и «Венера-14» в 1982 году были получены цветные панорамы поверхности планеты. А в 1983 году с помощью АМС «Венера-15» и «Венера-16» удалось осуществить радиолокационное картографирование поверхности северного полушария. Впервые были получены радиолокационные изображения северной приполярной области Венеры. На изображениях видны кратеры, возвышенности, крупные разломы, горные хребты и детали рельефа размером 1–2 км.

На поверхности Венеры все кажется оранжево-коричневым из-за толстого слоя облаков, фильтрующего солнечные лучи. Большая часть поверхности Венеры (около 85 %) — это плоские равнины и вулканические низменности с бороздами (извилистые каньоны, оставленные потоками лавы). На этой территории находится самая длинная (из известных в настоящее время) борозда в Солнечной системе — Балтийская долина, которая протянулась по поверхности Венеры почти на 6800 км. На Венере есть также испещренные кратерами возвышенности и деформированные плоскогорья.

На Венере не так много кратеров, как можно было ожидать, исходя из их количества на Луне (кстати, насколько известно, у Венеры нет собственного спутника) и на Меркурии. Нет также и малых кратеров. Больших кратеров тоже не так много, потому что поверхность Венеры была затоплена лавой или полностью «обновлена» вулканическими процессами (о которых мы говорили в главе 5), после того как ее бомбардировка ударными объектами практически закончилась. Это затопление или обновление практически полностью стерло следы всех (или почти всех) прежних кратеров. И со времени уничтожения следов старых кратеров Венера испытала всего несколько ударов крупных небесных объектов, а мелкие объекты не могут создать много кратеров на Венере. Причина в том, что объекты, способные создать кратеры диаметром до 3 км, задерживаются и уничтожаются аэродинамическими силами в толстом слое венерианской атмосферы.

На Венере обнаружены огромные вулканы и горные хребты, но ничего похожего на горы Земли, порожденные движением плит. На Венере нет вулканических цепей (таких как «тихоокеанское огненное кольцо»), возникающих по краям плит. На Венере нет тектоники плит и дрейфа континентов, как на Земле.

Марс — планера загадок

Для Марса были составлены очень точные топографические карты. Новейшую карту всей планеты можно найти на Web-сайте NASA (ltpwww.gsfc.nasa.gov/tharsis/global_paper.html). Поскольку карты топографические, на них отражены высоты форм рельефа. Они сделаны с помощью лазерного альтиметра (высотомера), установленного на искусственном спутнике Mars Global Surveyor (MGS), вращающемся по орбите вокруг Марса. На борту MGS установлен фотоаппарат, и самые последние сделанные им фотографии можно посмотреть на сайте Malin Space Systems (www.msss.com) — компании, разработавшей этот фотоаппарат и осуществляющей управление им.

Куда исчезла вся вода?

Топографическая карта Марса показывает, что большая часть северного полушария расположена намного ниже, чем территория южного полушария. Вполне возможно, что эти огромные северные низменности — бывшее дно древнего моря. Но даже если это не так, существуют убедительные доказательства того, что когда-то на Марсе была вода в жидком состоянии.

В настоящее время поверхность Марса холодная и сухая, а на полюсах есть большие шапки льда. По некоторым оценкам, этого льда достаточно для того, чтобы, в случае их таяния, всю планету затопило море глубиной примерно 30 м. Но этот лед не растает, потому что на Марсе слишком холодно. Атмосфера состоит в основном из углекислого газа, а зимой часть этого газа замерзает на поверхности планеты, оставляя тонкие слои сухого льда. На том полюсе, где зима, тонкий слой сухого льда часто покрывает шапку льда из замерзшей воды. Сухие русла рек с островами обтекаемой формы, и галька, которая выглядит так, как будто ее обточили водяные потоки, — вот всего несколько свидетельств в пользу того, что в прошлом на Марсе существовала вода в жидком состоянии. Изображения гальки были получены с помощью космического аппарата Mars Pathfinder (которые совершил посадку на Марс в 1997 году) и его автоматического транспортного средства, первого марсохода Sojourner.

Магнитометр, установленный на MGS, обнаружил длинные параллельные полосы противоположно направленных магнитных полей, «застывших» в каменистой коре Марса. В настоящее время у Марса нет глобального магнитного поля, но данное открытие может означать, что когда-то у него было такое поле и оно периодически меняло свое направление на противоположное, — точно так же, как магнитное поле Земли (см. главу 5). Это может также означать, что в коре Марса происходили процессы, аналогичные расширению океанского дна на Земле, которые и привели к возникновению подобного магнитного «узора». Но расплавленное железное ядро Марса должно было затвердеть очень давно, поэтому в настоящее время оно уже не генерирует магнитное поле и тепловой поток из глубин планеты к ее поверхности настолько незначителен, что сегодня на ней, вероятно, уже нет вулканических процессов.

Вулканические процессы, которые в давние времена происходили на Марсе, привели к возникновению гигантских вулканов, таких как Гора Олимп (Olympus Mons), имеющий ширину около 600 км и высоту около 24 км! Это значит, что он в пять раз шире и почти в три раза выше крупнейшего вулкана Земли, Мауна-Лоа. На Марсе также много каньонов; в их числе такой огромный каньон, как Долина Маринер, длина которого составляет примерно 4000 км. Есть и ударные кратеры. Они имеют более размытую форму, чем лунные, потому что подвергались более сильному воздействию эрозии, вероятно, за счет действия воды, когда-то вызывавшей сильные наводнения на Марсе.

У Марса только два естественных спутника — Фобос и Деймос. Но они очень малы и поэтому их нельзя увидеть в любительский телескоп.

Есть ли жизнь на Марсе?

Относительно Марса существует множество заблуждений. Есть также гипотезы, которые могут оказаться правильными, но они пока еще не доказаны. Эти гипотезы связаны с возможностью существования жизни на Марсе. Но большинство из них так же неправдоподобны, как анекдот об астронавте будущего, который вернулся с этой планеты. На вопрос корреспондента «Ну что, есть на Марсе жизнь?» он отвечает: «В течение недели — не особенно, но зато в субботу вечером…»

Удары по гипотезе о существовании жизни на Марсе

Открытие «каналов» на Марсе породило первые широко обсуждавшиеся гипотезы о возможности жизни на этой планете. Об этом говорили некоторые знаменитые астрономы конца XIX — начала XX века. От планетарной фотографии в то время было мало толку, поскольку выдержки были слишком большими, а изображения — размытыми по причине плохой видимости, обусловленной атмосферными явлениями (об этом говорилось в главе 3). Поэтому ученые считали, что зарисовки, сделанные астрономами-профессионалами, которые вели наблюдения с помощью телескопа, — это самые точные изображения Марса. На некоторых из этих карт были видны линии, протянувшиеся и пересекающие вдоль и поперек всю поверхность Марса. Американский астроном Персиваль Лоуэлл выдвинул гипотезу, что эти прямые линии — каналы, созданные древней цивилизацией для хранения и транспортировки воды во времена высыхания Марса. Он пришел к выводу, что в местах пересечений линий были оазисы.

Со временем гипотеза о «каналах» и другие свидетельства существования на Марсе жизни в прошлом или настоящем были опровергнуты.

Когда американский космический аппарат Mariner-4 в 1965 году достиг Марса, сделанные им фотографии показали отсутствие каналов, и это было подтверждено изображениями (сделанными с более высоким разрешением и для всей поверхности Марса), полученными последующими космическими аппаратами, отправленными на Марс. Таким образом, от этой гипотезы пришлось отказаться.

Два последующих зонда, Viking Landers, провели химические эксперименты на Марсе, чтобы получить свидетельства протекания биологических процессов, таких как фотосинтез. Сначала, когда к образцу почвы добавили воду, показалось, что найдены свидетельства биологической активности. Но большинство ученых, исследовавших этот вопрос, пришли к заключению, что просто произошла химическая реакция воды и почвы, и это вовсе не служит доказательством существования жизни. Это была опровергнутая гипотеза № 2.

Космические аппараты Viking Orbiter, двигаясь по орбите вокруг Марса, также отправляли на Землю изображения его поверхности. Они показали в одном месте поверхности форму, напоминающую человеческое лицо. И хотя очень многие естественные горные и каменные структуры на Земле напоминают профили знаменитых людей, по имени которых они и были названы, некоторые энтузиасты заявили, что «лицо на Марсе» — это некий памятник, воздвигнутый развитой цивилизацией. Но впоследствии более четкие изображения, полученные MGS, показали, что данная форма рельефа вообще не похожа на лицо. И это был третий удар по защитникам гипотезы о жизни на Марсе.

Но самое интересное, что, несмотря на эти три удара, сама гипотеза о существовании жизни на Марсе вовсе не опровергнута окончательно.

Ископаемое доказательство?

В 1996 году ученые проанализировали образцы метеорита, который, как они считают, является осколком Марса и был отколот от него в результате удара небольшого астероида или кометы. В ходе исследований они обнаружили химические соединения и мельчайшие минеральные структуры, которые они интерпретировали как побочные продукты химических реакций и, возможно, окаменелые остатки микроорганизмов древности. Эта работа очень противоречива, и большинство последующих исследований показали, что сделанные выводы были ложны. На основании имеющихся в настоящее время данных ученые не могут привести убедительные доказательства в пользу того, что в прошлом на Марсе существовала жизнь.

Единственное, что можно сделать, — это проводить на Марсе систематический поиск свидетельств существования жизни, в прошлом или настоящем, причем в тех районах, где это имеет смысл, т. е. там, где в прошлом, судя по всему, было много воды и где на дне древних озер или морей остались слои осадочных пород. Именно в таких местах находят большинство окаменелостей на Земле.

Современные исследования Марса: хроника последних событий

В 2003 году начался новый этап освоения Красной планеты. И это не случайно, потому что это год великого противостояния Марса: летом 2003 года он приблизился к Земле ближе всего за последние 60 тысяч лет.

Было запланировано несколько независимых программ изучения Марса — японская, европейская и американская. В ходе европейской программы 2 июня 2003 года с космодрома Байконур был осуществлен запуск космического аппарата Mars Express с помощью российской ракеты «Союз». В конце 2003 года Mars Express достиг окрестностей Марса, и от него успешно отделился спускаемый аппарат Beagle-2, разработанный в Великобритании. Планировалось, что Beagle-2 будет проводить исследования почвы и атмосферы Марса в течение полугода, a Mars Express останется на марсианской орбите и будет под держивать связь с Землей.

В ночь на 25 декабря 2003 года Beagle-2 вошел в атмосферу Марса и достиг поверхности планеты. Однако на связь космическая лаборатория так и не вышла. Европейские специалисты считают, что Beagle-2, скорее всего, разбился о поверхность Марса.

Итак, выяснилось, что аппарат Beagle-2 потерян. Но миссия Mars Express на этом не закончилась: установленная на его борту мощная стереокамера будет передавать на Землю цветные трехмерные изображения поверхности Марса с очень высоким разрешением. Затем на основании полученных данных будет проведено подробное и качественное картографирование всей поверхности Марса. Mars Express оснащен мощными и чувствительными приборами для дистанционного зондирования марсианской поверхности, в создании которых принимали участие российские ученые. С помощью этой аппаратуры ученые намереваются обнаружить под поверхностью планеты продукты жизнедеятельности, в частности, метан, который вырабатывается микроорганизмами.

Европейская межпланетная станция Mars Express передала на Землю первые высококачественные снимки поверхности Марса с высоким разрешением. На них отображена Долина Маринер, каньон длиной 4000 км и глубиной до 10 км. Насколько известно, это самый крупный каньон в Солнечной системе.

Первый японский космический аппарат Nozomi, предназначенный для работы на орбите Марса, был запущен 4 июля 1998 года со стартового комплекса космического центра Кагосима. Его главной целью было изучение магнитного поля и верхних слоев атмосферы Марса, их взаимодействия с солнечным ветром. Но проблемы начались вскоре после старта. Из-за технических сбоев на Nozomi стало заканчиваться топливо, что стало причиной изменения его маршрута, а в 2002 году электронная система аппарата была повреждена солнечным излучением. Вторая попытка направить станцию к Марсу была предпринята в 2003 году и оказалась успешной. Однако в полете был исчерпан почти весь запас топлива Nozomi. Неоднократные попытки запустить двигатели станции для коррекции траектории не принесли результата. Станция сбилась с курса из-за нарушений в программе полета и не сможет выйти на нужную орбиту. В декабре 2003 года в японском космическом агентстве JAXA признали, что японская экспедиция по исследованию Марса потерпела неудачу.

Американская программа исследований оказалась более успешной. 10 июня и 7 июля 2003 года с космодрома на мысе Канаверал NASA запустило два космических корабля с марсоходами Spirit и Opportunity на борту. В начале 2004 года оба американских марсохода осуществили посадку на Марс. Они сели на противоположных сторонах планеты: Spirit — в кратере Гусева, a Opportunity — в заливе Меридиана. По словам ученых, выбор места не случаен: существуют предположения, что кратер Гусева когда-то был дном огромного озера, а залив Меридиана — морским дном. По имеющимся данным, кратер Гусева и залив Меридиана — одни из самых перспективных районов для поиска воды в экваториальной области Марса, так как влажность грунта там составляет примерно 7 %.

Марсоходы Spirit и Opportunity — это шестиколесные аппараты, способные перемещаться по поверхности планеты со скоростью до 18 км/час. Их основные задачи — разведка местности, исследование марсианского грунта, сбор образцов различных минералов, анализ и передача научных данных на Землю. Ну и, конечно, главная задача — поиск воды. Для определения химического состава марсианского грунта используются спектрометры Мессбауэра российского производства, сделанные по заказу NASA и установленные на обоих марсоходах. Opportunity будет изучать территорию с залежами красного железняка, или гематита. Дело в том, что на Земле гематит обычно находят там, где происходило взаимодействие минералов с водой.

12 января 2004 года NASA распространило первую цветную панораму поверхности Марса разворотом в 360°, полученную с борта марсохода Spirit. Кроме того, Spirit обнаружил в образцах породы следы кристаллической соли. По мнению ученых, это может указывать на вулканическое происхождение камня, а также на то, что соль осталась после испарения соленой морской воды.

Марсоходы Spirit и Opportunity передали сведения о погоде на Марсе. По этим данным, погода на Красной планете не слишком благоприятна: днем — +20, ночью -125 °C. Причем перепад между дневной и ночной температурами происходит в считанные минуты. Американские ученые связывают это с тем, что марсианская атмосфера не может удерживать тепло. Кроме того, резкие изменения температуры приводят к частым пыльным бурям, во время которых скорость ветра достигает 100 м/с.

За последними новостями о миссии марсоходов Spirit и Opportunity можно следить на Web-сайте NASA по адресу http://marsrovers.jpl.nasa.gov/home/index.html.

В конце января 2004 года Европейское космическое агентство сообщило, что европейская космическая станция Mars Express нашла на южном полюсе планеты воду, вернее, лед. Ученые заявили, что открытие сделано с помощью спектрометра, анализирующего минеральный состав почвы. Но воды в жидком агрегатном состоянии или микроорганизмов пока не обнаружено. Поиск воды — главная цель всех трех аппаратов, занимающихся исследованием Марса. Ее наличие может означать, что в прошлом на планете существовала жизнь. Кроме того, марсианская вода позволит существенно сократить затраты на планирующуюся NASA межпланетную экспедицию.

Неудача проекта Beagle-2 не сломила ученых; в Европе уже начали обсуждать новый марсианский проект Beagle-З. Судя по всему, европейские ученые не опускают руки и готовы к новым экспедициям на Марс.

После успешной посадки марсоходов Spirit и Opportunity на поверхность Красной планеты президент США Джордж Буш сделал сенсационное заявление о предстоящей колонизации Марса, которая должна начаться в ближайшие 10–20 лет. По мнению российских ученых, эти сроки нереальны. Однако они считают, что в более отдаленном будущем (примерно через 200 лет) это вполне осуществимо.

А вот пилотируемые полеты на Марс возможны уже в ближайшие 10 лет. Российские ученые считают, что для успешного полета на Марс у них есть все, кроме государственного финансирования. Еще в Советском Союзе было разработано несколько проектов пилотируемой экспедиции на Марс. Спектрометры Мессбауэра, работающие сегодня на Spirit и Opportunity, были созданы в советское время. Для спуска марсоходов на поверхность Красной планеты американцы использовали метод, разработанный советскими учеными для спуска на Луну советских луноходов. В России уже разработан эскизный проект корабля многоразового использования, способного доставить людей на Марс и вернуть их на Землю. И если удастся решить проблему финансирования и найти 15 миллиардов долларов (в такую сумму оценивается стоимость российской экспедиции на Марс), то первыми на Марсе могут оказаться русские. Для сравнения отметим, что американские специалисты оценивают проект пилотируемого полета на Марс в 150 миллиардов долларов.

Ученые считают, что исследования Марса очень важны и занимают особое место в изучении Солнечной системы. По научным данным, в процессе эволюции Марс и его атмосфера претерпели кардинальные изменения. Поэтому изучение этих изменений и причин, их вызвавших, имеет огромное значение для понимания прошлого и будущего Земли^[20].

Наблюдение планет земной группы

С помощью указаний из астрономических журналов и Web-сайтов или программы-планетария (см. главу 2) можно попытаться найти на небе Меркурий, Венеру и Марс. Легче всего обнаружить Венеру, потому что это самый яркий объект на ночном небе после Луны.

Меркурий находится ближе всего к Солнцу, а Венера — следующая за ним. Обе этих планеты находятся внутри орбиты Земли, поэтому и Меркурий, и Венера всегда находятся в том же районе неба, что и Солнце (если смотреть с Земли.) Поэтому эти планеты можно найти в западной части неба после заката или в восточной перед рассветом. Когда Солнце находится под самой линией горизонта (сразу после заката или перед самым рассветом), можно увидеть объекты, которые находятся рядом с Солнцем, но западнее его, утром, до восхода Солнца, и объекты, которые находятся рядом с Солнцем, но восточнее его, вечером, после захода Солнца. Вашим девизом при поиске Меркурия или Венеры должны стать слова «Смотреть на восток» или «Смотреть на запад» в зависимости от того, проводите вы наблюдения перед рассветом или после заката.

Яркую планету, появляющуюся на востоке перед рассветом, обычно называют утренней звездой , а яркую планету, появляющуюся на западе после заката, — вечерней звездой . Поскольку Меркурий и Венера быстро движутся вокруг Солнца, утренней звездой на этой неделе может быть тот же объект, который станет вечерней звездой в следующем месяце (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Венеру называют утренней или вечерней звездой, хотя она вовсе не звезда

В следующих разделах я укажу самое лучшее время для наблюдения этих планет на основе элонгации, соединения и противостояния (три термина, описывающих расположение планет относительно Солнца и Земли) и расскажу, как использовать эти знания в наблюдениях планет земной группы.

Элонгация, противостояние и соединение

Элонгация, противостояние и соединение — это термины, с помощью которых описывают расположение планеты относительно Солнца и Земли. Вы встретите эти термины, когда, планируя свои наблюдения, будете просматривать координаты положений планет. Давайте выясним, что же они означают.

Элонгация — это угол между планетой и Солнцем, видимый с Земли. Орбита Меркурия так мала, что эта планета никогда не отходит от Солнца дальше, чем на 28°. А в некоторые периоды Меркурий находится от Солнца на расстоянии не больше 18°, из-за чего его очень трудно разглядеть. Венера может удаляться от Солнца на расстояние до 47°.

Максимальная западная (или восточная) элонгация имеет место, когда планета находится на максимальном удалении от Солнца, возможном в данный период видимости (т. е. когда планета видна с Земли). Одни максимальные элонгации больше других, потому что в одних случаях Земля ближе к планете, чем в других. Элонгации особенно важны при наблюдении Меркурия, поскольку эта планета обычно настолько близка к Солнцу, что небо вокруг нее не слишком темное и поэтому ее трудно разглядеть.

Противостояние происходит, когда планета находится с противоположной от Солнца стороны Земли. Конечно, это невозможно для Меркурия или Венеры (поскольку они движутся внутри орбиты Земли), но зато противостояние Марса происходит примерно каждые 26 месяцев. Это самое лучшее время его наблюдения, потому что диск планеты имеет наибольший размер и он лучше всего виден в телескоп. И во время противостояния Марс в полночь находится на наибольшей высоте в небе, поэтому его можно наблюдать всю ночь.

Термин соединение часто используется, когда два объекта Солнечной системы находятся рядом один с другим в небе, например, когда Луна проходит рядом с Венерой (как нам кажется с Земли). И хотя на самом деле Венера далеко от Луны, такое положение называется соединением Луны и Венеры.

Термин соединение имеет также практическое значение. Вместо того чтобы описывать положение планеты с помощью прямого восхождения и склонения, астрономы иногда используют эклиптические широту и долготу. Эклиптика — это воображаемая окружность в небе, соответствующая видимому с Земли годичному пути Солнца вдоль зодиакальных созвездий. Эклиптические широта и долгота — это значения углов, измеряемые в северном-южном направлении (широта) или западном-восточном (долгота) относительно эклиптики. (Не волнуйтесь, вам не понадобится использовать эклиптическую систему координат. Но знать о ней необходимо, чтобы понять определения, приведенные ниже.)

Верхнее и нижнее соединения

Внешними называют планеты, которые движутся за пределами земной орбиты. Это Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Предположим, внешняя планета находится на той же долготе, что и Солнце. Такое положение планеты называют соединением (или верхним соединением ) (рис. 6.2).

Рис. 6.2. Планета в соединении находится на той же долготе, что и Солнце

Соединение — это неудачное время для наблюдения планеты, потому что она находится с обратной стороны Солнца (по отношению к наблюдателю на Земле). Поэтому не пытайтесь наблюдать Марс в соединении: вы его не увидите. Самое лучшее время наблюдения Марса — когда он находится в противостоянии .

Внутренними называют планеты, которые движутся внутри земной орбиты. Это Меркурий и Венера. Они могут находиться на той же долготе, что и Солнце, когда они окажутся между Землей и Солнцем, т. е. в нижнем соединении (как показано на рис. 6.3), или с обратной стороны Солнца в верхнем соединении .

Рис. 6.3. Планета в нижнем соединении находится на той же долготе, что и Солнце, но внутри орбиты Земли

В следующих разделах я расскажу вам, как наблюдать планеты земной группы в порядке возрастания сложности. Начнем с Венеры, поскольку ее наблюдать легче всего.

Венеру лучше всего наблюдать в нижнем соединении, когда она кажется самой большой и самой яркой. Но Меркурий слишком близок к Солнцу, чтобы его можно было наблюдать в нижнем соединении, поэтому лучшее время его наблюдения — максимальная элонгация.

Венера и ее фазы

Венера — это планета, которую найти проще всего. Она настолько яркая, что люди, не имеющие никаких познаний в астрономии, иногда вдруг обращают на нее внимание и звонят на радиостанции, в газеты и планетарии, чтобы спросить, что это за «яркая звезда».

Когда редкие облака движутся с запада на восток перед Венерой, то некоторые люди неправильно воспринимают то, что видят. Им кажется, что это Венера (которую они не узнали) движется так быстро с востока на запад (т. е. в противоположном направлении относительно движения облаков). По причине яркости планеты и ложного впечатления от ее быстрого движения за завесой облаков Венеру часто принимают за НЛО. Увы, это не НЛО, а хорошо известная нам Венера.

Лучше узнав Венеру, вы сможете находить ее даже при свете дня. Очень часто Венера настолько яркая, что если небо чистое и нет ни тумана, ни дымки, ее можно обнаружить в небе с помощью бокового зрения. Это означает, что вы будете смотреть на нее «уголком глаза». Существуют причины, по которым иногда легче найти небесное тело с помощью бокового зрения, чем глядя прямо на него. (Боковое зрение — это способность, развившаяся у человека, вероятно, для выживания; благодаря этому врагу или хищнику труднее незаметно напасть на человека сбоку.) Но, какими бы ни были причины, это факт, о котором нужно знать при наблюдении неба.

В небольшой телескоп можно различить самые заметные характеристики Венеры: ее фазы и изменения видимого размера. У Венеры есть фазы, как и у Луны, причем по той же причине: иногда часть полушария Венеры, обращенного к Солнцу (и поэтому освещенного), оказывается повернутой от Земли. Поэтому в телескоп Венера выглядит как диск, частично освещенный и частично темный.

Угловые меры

Видимые размеры в небе измеряются в угловых единицах. Например, небесный экватор имеет длину 360°. Для сравнения, ширина Солнца и Луны — полградуса. Планеты намного меньше, поэтому для их описания нужны более мелкие единицы измерения. Градус делится на 60 угловых минут, а угловая минута делится на 60 угловых секунд. Таким образом, в градусе 3600 (60×60) угловых секунд. Во многих астрономических книгах и статьях угловая минута обозначается одним символом (‘), а угловая секунда — двумя («). Многие, «непосвященные» часто путают это с футами и дюймами. Когда увидите в какой-то статье фразу типа «Диаметр Луны составляет примерно 30 футов», знайте, что над статьей поработал неграмотный редактор.

Диаметр Венеры всего на 5 % меньше диаметра Земли. Ее видимый размер, или угловой диаметр, варьируется от примерно 10 угловых секунд, когда Венера находится на максимальном удалении (и имеет форму узкого серпа), до примерно 58 угловых секунд, когда она находится на максимальном приближении и имеет форму полной Луны.

Разделительная линия между светлой и темной частями диска Венеры называется терминатором, точно так же, как и у Луны. Только не путайте это с персонажем Арнольда Шварценеггера! Наш терминатор не представляет никакой опасности; это всего лишь воображаемая линия на диске Венеры.

По мере того как Венера и Земля обращаются вокруг Солнца, расстояние между этими планетами существенно меняется. В точке максимального приближения к Земле Венера находится от нее на расстоянии не больше 40 миллионов километров, а в точке максимального удаления — на расстоянии целых 256 миллионов километров. Здесь очень важно соотношение между данными цифрами: в точке максимального приближения Венера примерно в 6 раз ближе к Земле, чем в точке максимального удаления. И в телескоп она выглядит в 6 раз больше.

Но чего вы не увидите на Венере — так это следов столкновений, таких как кратеры. Венера полностью укрыта толстым слоем облаков, сквозь который ничего нельзя разглядеть. Яркость Венеры объясняется ее относительной близостью к Земле и Солнцу, а также наличием этого облачного слоя, имеющего высокую отражательную способность. Но иногда можно заметить рога серпа Венеры, выступающие гораздо дальше в темную часть диска, чем это должно быть в соответствии с ее фазой в данный день (иногда эти рога даже смыкаются). Это явление объясняют тем, что солнечный свет преломляется в атмосфере Венеры и переходит через терминатор в темную часть диска.

Изображения Венеры с эффектным узором облаков, которые часто помещают в книгах, делались в ультрафиолетовом диапазоне, поэтому и возникли эти узоры. Ультрафиолетовый свет задерживается атмосферой Земли (от этой опасной радиации нас защищает озоновый слой), поэтому вы не сможете увидеть Венеру в этом свете. В сущности, вы в любом случае не сумеете увидеть ультрафиолетовый свет, потому что он невидим для человеческого глаза. Но телескопы, установленные на искусственных спутниках и космических аппаратах, находящихся в космосе, т. е. за пределами земной атмосферы, могут делать фотографии в ультрафиолетовом диапазоне.

В редких случаях наблюдатели сообщают о бледном свечении на темной части диска Венеры. Это загадочное свечение, называемое пепельным светом (ashen light), в одних случаях — реальное явление, а в других — оптическая иллюзия. После многих веков исследований специалисты все еще не могут дать объяснение этому явлению, поэтому некоторые из них отрицают его существование. Если повезет, вы тоже сможете увидеть этот загадочный свет. Астрономы-любители сообщали также о других явлениях на Венере, которые они наблюдали в телескоп, но почти все эти сообщения оказались ложными. Эксперименты показали, что этот эффект имеет психологическую природу: если люди наблюдают на расстоянии чисто-белый шар (без каких бы то ни было рисунков на поверхности), то они могут «различить» узоры, которых на самом деле нет.

Марс делает петлю

Марс — это ярко-красный небесный объект, но далеко не такой сияющий, как Венера. Поэтому, чтобы убедиться, что вы не перепутали Марс с какой-нибудь ярко-красной звездой, например, с Антаресом из созвездия Скорпиона (название которого, кстати, означает «соперник Марса»), сверьтесь с картой звездного неба.

Большое преимущество Марса в том, что когда он виден на ночном небе, его, как правило, можно наблюдать почти всю ночь. Это вам не Меркурий с Венерой, которые садятся очень быстро после заката или восходят перед самым рассветом, так что не дают долго любоваться собой. А с Марсом у вас будетвремя и поужинать, и посмотреть вечерние новости, прежде чем вы пойдете во двор глядеть в телескоп.

В небольшой телескоп можно различить, по меньшей мере, несколько темных отметин на Марсе. Лучшее время наблюдения Марса длится несколько месяцев, но наступает оно только раз в 26 месяцев, когда Марс находится в противостоянии. В этом положении Марс выглядит самым большим и самым ярким, поэтому рассмотреть детали его поверхности совсем нетрудно.

Приведем даты предстоящих противостояний Марса:

ноябрь 2005 года;

декабрь 2007 года;

январь 2010 года.

Не пропустите!

Венера в транзите

Одно из самых редких планетарных событий, которые вы можете увидеть — это транзит Венеры, когда она проходит прямо перед Солнцем и выглядит как крошечный черный кружок на фоне яркого солнечного диска. Это событие можно наблюдать невооруженным глазом (только обязательно воспользуйтесь надежным солнечным фильтром, о котором я расскажу в главе 10!), но ни один из ныне живущих астрономов никогда этого не видел. Дело в том, что последний транзит Венеры был в 1882 году.

Но зато у вас есть шанс увидеть это редкое явление, потому что вскоре произойдет два транзита — 8 июня 2004 года и 6 июня 2012 года. Возможно, чтобы увидеть это, вам придется совершить путешествие, но ваши усилия будут вознаграждены наблюдением столь редкого и необычного явления.

Обратное движение Марса

Простая задача для начинающих наблюдателей планет — проследить за движением Марса на фоне созвездий; для этого вам понадобятся только глаза и карта звездного неба. Найдите Марс среди звезд и отметьте мягким карандашом его положение на карте. Продолжайте наблюдения каждую ясную ночь, и вы увидите, как возникает рисунок (схема видимого движения Марса), который ставил в тупик древних греков и приводил к возникновению сложных, но по большей части, ложных теорий.

Большую часть времени Марс от ночи к ночи движется на восток, так же как Луна движется на восток на фоне созвездий. Но Луна так и продолжает двигаться, в то время как Марс иногда меняет направление своего движения на противоположное. На протяжении двух или даже почти трех месяцев (62–81 день) Марс движется на фоне созвездий на запад, проходя в обратном направлении примерно 10–20°. Затем он разворачивается и снова направляется на восток (т. е. в своем движении делает петлю). Движение в обратном направлении называют обратным (или ретроградным) движением Марса.

Обратное движение — это просто визуальный эффект, получаемый за счет движения Земли вокруг Солнца. Отмечая на карте движение Марса, вы находитесь на Земле, которая совершает полный оборот вокруг Солнца за 365 дней. Марс движется медленнее, совершая полный оборот вокруг Солнца за 687 дней. Поэтому, когда мы обгоняем Марс, находясь внутри его орбиты, то кажется, что на фоне далеких звезд он движется назад. Но на самом деле Марс всегда движется равномерно вперед.

Самое лучшее противостояние Марса в этом десятилетии происходило 27 августа 2003 года, когда его видимый диаметр имел 25 угловых секунд, что в полтора раза больше его видимого диаметра во время противостояния в апреле 1999 года. Самое лучшее противостояние Марса происходит, когда он находится южнее небесного экватора, но его все же можно увидеть в умеренных широтах Северного полушария.

В небольшой телескоп легче всего увидеть такую деталь поверхности Марса, как Большой Сирт, — большую темную область, простирающуюся от экватора на север. Продолжительность марсианского дня примерно равна земной: 24 часа 37 минут. Поэтому, если в течение ночи вы будете периодически смотреть на Марс, то, скорее всего, сможете увидеть Большой Сирт, медленно перемещающийся по диску планеты по мере ее вращения. А астрономы-любители, уже имеющие опыт наблюдения планет, смогуг увидеть полярные шапки Марса, а также другие элементы его поверхности.

При наблюдении планет самое главное — это воспользоваться преимуществами времени хорошей видимости , т. е. спокойного состояния атмосферы. В такие моменты звезды не очень сильно мерцают и можно использовать для телескопа окуляр с более сильным увеличением, чтобы выявить мелкие детали на поверхности Марса или какой-либо другой планеты. Когда видимость не очень хорошая, изображение в телескопе кажется размытым и «дергается». При таких условиях высокое увеличение не имеет смысла; это приведет только к увеличению размытого скачущего изображения. В этом случае лучше взять окуляр с небольшим увеличением.

Изображения Марса, полученные NASA с помощью межпланетных космических аппаратов и телескопа «Хаббл», слишком подробные для того, чтобы вы могли ими пользоваться при наблюдении в малый телескоп. Вам понадобится простая карта альбедо (отражательной способности), на которой отмечены формы и названия ярких и темных областей на Марсе, видимых в малый телескоп. Конечно, даже на карте альбедо показано больше деталей, чем может увидеть среднестатистический наблюдатель в среднестатистический телескоп, но все-таки это хороший справочник и ориентир, а также, в некотором смысле, вызов вашим наблюдательным способностям. Такую карту можно найти, например, на Web-сайте Mars Watch (Наблюдение Марса) по адресу mpfwww.jpl.nasa.gov/mpf/marswatch/marsnom.html.

Астрономы подразделяют условия наблюдения с точки зрения видимости («спокойствия» атмосферы над телескопом), прозрачности (отсутствия облаков, тумана и дымки) и темноты неба (отсутствия мешающего искусственного освещения, лунного или солнечного света). При наблюдении такой яркой планеты, как Марс, наиболее важным фактором будет хорошая видимость, а наименее важным — темнота неба. Но чем темнее небо, спокойнее атмосфера и выше прозрачность, тем больше вам посчастливится наслаждаться картиной ночного неба.

К сожалению, даже во время противостояния Марса при идеальных атмосферных условиях в месте наблюдения случаются неудачи. Дело в том, что Марс — это планета, на которой происходят глобальные пыльные бури, тогда вся его поверхность скрывается из поля зрения.

Профессиональные астрономы просят астрономов-любителей помочь им в наблюдении Марса и сообщать о времени начала пыльной бури и других явных изменениях внешнего вида планеты. Получить информацию об этой программе можно на Web-сайте MarsNet по адресу astrosun.tn.cornell.edu/marsnet/mnhome.html. Конечно, намного интереснее наблюдать Марс при хорошей видимости, но если тут вас постигнет неудача, то можно, по крайней мере, приписать себе честь открытия пыльной бури. Специалисты радостно примут ваш отчет о пыльной буре, а не выбросят его с раздражением, так что не сомневайтесь.

Но, чтобы стать заслуживающим доверия наблюдателем Марса в телескоп, вы должны приобрести некоторый опыт. А если вы пока еще начинающий, то только из-за того, что вы не можете различить никаких деталей поверхности, не делайте вывод, что на Марсе пыльная буря. Сначала постарайтесь привыкнуть к наблюдению деталей поверхности Марса. И только научившись это делать, можете, не увидев привычной картины, предполагать, что дело действительно в самой планете, а не в вашей неопытности.

В научной среде есть знаменитое высказывание: «Отсутствие доказательств необязательно есть доказательство отсутствия». Проводя наблюдения в первый раз, вы можете не увидеть деталей, но это не означает, что причиной тому — пыльная буря. Вы должны натренировать свои способности наблюдения в телескоп, так же как гурманы и знатоки вин тренируют свои вкусовые рецепторы.

Как превзойти Коперника при наблюдении Меркурия

Говорят, что великий польский астроном XVII века Николай Коперник, предложивший гелиоцентрическую теорию (т. е. с Солнцем в центре) строения Солнечной системы, так и не смог обнаружить планету Меркурий. Но у Коперника не было современных инструментов и средств, таких как программы-планетарии, астрономические Web-сайты и астрономические журналы. С помощью этих средств вы можете выяснить, когда Меркурий будет находиться в лучшем месте для наблюдения в течение года. Это моменты максимальной западной и восточной элонгации, которые происходят примерно шесть раз каждый год.

Например, в умеренных широтах (т. е. на большей части территории России и Украины), Меркурий обычно виден только в сумерках (утренних или вечерних). Когда небо становится темным, т. е. когда после заката проходит достаточно много времени, Меркурий тоже заходит. И утром его нельзя обнаружить до того, как приближающийся рассвет начнет осветлять небо. Он напоминает яркую звезду, но все же выглядит намного более тусклым, чем Венера на западе после заката или на востоке перед рассветом.

Чтобы увидеть Меркурий, надо рано встать

Меркурий намного меньше Венеры, но его фазы можно увидеть в телескоп. Лучше всего это делать, когда Меркурий находится в западной элонгации и появляется в утренних сумерках. Состояние атмосферы или видимость почти всегда лучше на востоке перед рассветом, чем на западе после заката. Поэтому утром Меркурий виден лучше и четче. В различных руководствах, астрономических журналах и на Web-сайтах можно узнать, когда Меркурий находится в нужной элонгации.

Вы должны найти место, откуда будет хорошо просматриваться горизонт на востоке, потому что Меркурий поднимается в небе не слишком высоко, когда Солнце еще находится за горизонтом. Если вам трудно найти Меркурий невооруженным глазом, попробуйте исследовать этот участок неба с помощью бинокля с небольшим увеличением. Если же у вас телескоп с компьютерным блоком управления и встроенной базой данных, просто введите слово «Меркурий» и предоставьте телескопу сделать все остальное.

Меркурий в транзите

Как и Венера, Меркурий иногда виден в транзите, когда он проходит перед Солнцем и для наблюдателя с Земли выглядит как маленький черный диск на фоне солнечной поверхности. Попробуйте наблюдать транзит Меркурия в телескоп, пользуясь методами безопасного наблюдения Солнца, описанными в главе 10. (Не забывайте, что вы наблюдаете Меркурий на фоне Солнца, поэтому необходимо принять соответствующие меры предосторожности.) Ближайший транзит Меркурия будет наблюдаться 8 ноября 2006 года. В зависимости от вашего места жительства, возможно, для наблюдения этого события вам придется отправиться в путешествие.

Не рассчитывайте увидеть детали поверхности Меркурия

Увидеть детали поверхности Меркурия в малый телескоп, да и в любой телескоп на Земле, чрезвычайно трудно. Видимый размер Меркурия в максимальной элонгации составляет примерно 6–8 угловых секунд.

Некоторые опытные астрономы-любители сообщают о наблюдении деталей поверхности Меркурия, но эти наблюдения никогда не давали полезной информации. Некоторые величайшие планетные наблюдатели всех времен и народов думали, что они смогли увидеть и зарисовать детали поверхности Меркурия. И на основании полученных рисунков эти наблюдатели пытались установить период вращения или меркурианские «сутки». Они пришли к выводу, что меркурианские сутки равны 88 земным. Но они ошибались. Впоследствии с помощью радиолокационных методов удалось установить, что меркурианские сутки равны только 59 земным.

Но, тем не менее, когда вы научитесь находить Меркурий невооруженным глазом, а затем наблюдать его фазы в телескоп, то оставите Коперника далеко позади!

Более подробную информацию о наблюдении Меркурия и других планет можно найти на Web-сайте Ассоциации наблюдателей Луны и планет (Association of Lunar and Planetary Observers — ALPO) по адресу www.lpl.arizona.edu/alpo, а также на сайте журнала «Звездочет» (www.astronomy.ru/old_articles/1999/planets.htm), сайте «Астрономия и телеско-построение» (www.astronomer.ru/data/library/books/planets/planets.htm) и др.

Почему поклонники Меркурия выбирают утро

Сейчас я объясню, почему наблюдать Меркурий лучше перед рассветом, чем после заката. К концу дня Солнце успевает нагреть Землю, поэтому наблюдению неба над горизонтом на закате мешают турбулентные потоки теплого воздуха, поднимающиеся с ее поверхности. А за ночь Земля остывает, и к утру воздух становится чистым и спокойным, без турбулентных вихрей. И для того чтобы нагреть землю и снова испортить видимость, Солнцу потребуется несколько часов.

Сравнительная планетология: почему Земля лучше всех

Меркурий — это крошечный мир экстремальных температур, но у него, как и у Земли, есть глобальное магнитное поле, что предполагает наличие у него расплавленного железного ядра, подобного земному. У Венеры и Марса нет глобального магнитного поля, но, тем не менее, у них с Землей много других общих черт. Однако вода в жидком состоянии и явное изобилие различных форм жизни сегодня присутствуют только на Земле. Так что же делает Землю такой особенной, отличной от других?

На Венере, в отличие от Земли, адская температура. Она дальше от Солнца, чем Меркурий, но еще горячее. Высокая температура обусловлена парниковым эффектом: атмосферные газы Венеры удерживают солнечное тепло, как в парнике, не давая ему уйти обратно. Возможно, в атмосфере Земли когда-то тоже содержалось много углекислого газа, как сейчас в атмосфере Венеры. Но на Земле большое количество углекислого газа поглощают океаны, и этот газ не может удерживать тепло так, как на Венере.

А Марс, наоборот, слишком холоден для поддержания жизни. К тому же он потерял практически всю свою атмосферу. И теперь она слишком разреженная для того, чтобы создать парниковый эффект, достаточный для нагрева поверхности до температуры выше точки замерзания воды.

Итак, Венера слишком горячая, Марс слишком холодный, а Земля — как раз то, что нужно для наличия воды в жидком состоянии и жизни в том виде, в котором мы ее знаем. Собрав воедино всю информацию об основных свойствах планет земной группы и их относительных различиях, мы можем сделать следующие выводы.

Меркурий подобен Луне снаружи и Земле внутри.

Венера — это «испорченный двойник» Земли.

Марс — это маленькая погибшая Земля.

Так что оптимальная планета — Земля!