Феликс Зигель - Загадка Марса

Так вот, первый закон Кеплера гласит, что орбиты всех планет есть эллипсы, с Солнцем в одном из фокусов. Ближайшая к Солнцу точка планетной орбиты называется перигелием, а наиболее удаленная — афелием. Нетрудно сообразить, что перигелий и афелий — это два конца большой оси планетной орбиты. Чем больше расстояние между фокусами эллипса при одной и той же большой оси, тем вытянутее эллипс.

Есть важная величина, характеризующая вытянутость эллипса. Она называется эксцентриситетом и равна отношению расстояния между фокусами эллипса к длине его большой оси. Окружность можно рассматривать как эллипс, у которого фокусы совпадают в одной точке — центре окружности. Большая полуось такого эллипса равна радиусу окружности, а эксцентриситет равен нулю.

Орбиты больших планет очень мало отличаются от окружностей. Ни у одной из них эксцентриситет не превышает 0,25 и лишь для Плутона, Меркурия и Марса он имеет заметную величину. Во времена Кеплера Плутон еще не был открыт, Меркурий, скрываясь в солнечных лучах, был неудобен для наблюдений, и только Марс благодаря большому эксцентриситету своей орбиты обнаруживал наибольшие отклонения от теории Коперника.

Орбита Марса имеет эксцентриситет, равный 0,09334, то-есть близкий к 0,1. Благодаря этому Марс в перигелии на 48 миллионов километров ближе к Солнцу, чем в афелии. Но это расстояние составляет лишь 24 процента от длины большой полуоси его орбиты, или, что то же, среднего расстояния Марса от Солнца. Эта планета обращается вокруг Солнца в среднем на расстоянии 227 миллионов 720 тысяч километров, то-есть почти в полтора раза большем, чем Земля.

Второй закон Кеплера утверждает, что планеты движутся вокруг Солнца неравномерно. Чем ближе планета к Солнцу, тем она движется быстрее, чем дальше — тем медленнее.

Чем дальше планета от Солнца, тем больший путь она описывает вокруг него и тем большее время требуется ей для завершения этого пути.

Третий закон, открытый Кеплером, связывает расстояния планет от Солнца с продолжительностью их года, то-есть периодом обращения вокруг Солнца Год Марса равен шестистам восьмидесяти семи земным суткам. Он почти в два раза продолжительнее земного года.

Благодаря тому что годы Марса и Земли не совпадают, расстояние этих планет друг от друга непрерывно изменяется. Будем в дальнейшем, чтобы не запутаться, вести исчисление времени в земных годах и сутках. Так вот оказывается, что через каждые два года и два месяца Марс и Земля подходят друг к другу на наименьшее расстояние. В этот момент Марс, Земля и Солнце находятся почти на одной прямой, причем Земля расположена между Солнцем и Марсом. Такое положение Марса по отношению к Земле называется противостоянием. Это — самое удобное время для его наблюдений. Марс подходит тогда к Земле в среднем на расстояние 79 миллионов километров.

Орбиты Земли и Марса, на которых указаны даты некоторых противостояний .

Совсем неудобным для наблюдений является другое взаимное расположение Марса и Земли, называемое соединением. В этот момент Марс находится за Солнцем на прямой, проходящей через Землю и Солнце. Его удаление от Земли становится наибольшим и в среднем равным 370 миллионам километров.

Мы все время говорили о расстоянии до Марса «в среднем». Дело в том, что расстояние Марса от Земли и во время противостояния и во время соединения меняется от года к году. А объясняется это тем, что орбиты Земли и Марса — не окружности, а эллипсы, и потому расстояния между орбитами этих планет в разных местах различны. Вот почему противостояния Марса бывают выгодными и невыгодными для наблюдений.

Разумеется, самыми удобными противостояниями будут такие, при которых Марс ближе всего подходит к земной орбите. Они называются великими противостояниями и повторяются через каждые пятнадцать или семнадцать лет. Так например, великие противостояния были в 1909, 1924 и 1939 годах. Ближайшее великое противостояние будет в 1956 году. В эти периоды Марс подходит к Земле на расстояние всего лишь 55 миллионов километров. Для астрономов это большое событие, так как бывают противостояния, при которых Марс удален от Земли более чем на 100 миллионов километров. К сожалению, великие противостояния приходятся всегда на летние месяцы, когда Марс находится в южных созвездиях звездного неба. Поэтому в наших широтах в это время он располагается низко над горизонтом, а потому мало удобен для наблюдений. Зато чем южнее находится обсерватория, тем лучше в этот период виден Марс.

Большинство из тех замечательных открытий, о которых будет идти речь в дальнейшем, были сделаны астрономами в период великих противостояний Марса. Однако даже в эти периоды для невооруженного глаза Марс виден лишь как очень яркая красноватая звезда. Зато в телескоп на Марсе можно рассмотреть много подробностей.

Направив телескоп на Марс, мы обнаруживаем прежде всего, что Марс, как Земля и другие планеты, имеет шарообразную форму. Можно сравнительно легко подсчитать размеры Марса. Для этого достаточно измерить угол, под которым поперечник Марса виден с Земли. Это проделывается с помощью специальных точных угломерных инструментов. Результаты измерений показывают, что даже во время великого противостояния Марс виден под углом в 25 секунд, а во время соединения — еще меньше, под углом в 3,5 секунды. Телескоп увеличивает угол, под которым мы видим небесные тела. Но даже в школьный телескоп с увеличением в семьдесят пять раз Марс виден так же, как Луна невооруженным глазом.

Измерив угол, под которым виден поперечник Марса, и зная расстояние от Земли до Марса в этот момент, можно легко вычислить размеры диаметра Марса в километрах. Подсчеты показали, что Марс меньше Земли. Его поперечник равен 6787 километрам, то-есть почти в два раза меньше поперечника Земли.

Количество вещества, заключенного в Марсе, то-есть его масса, гораздо меньше массы Земли.

Сравнительные размеры Земли и Марса .

Если бы существовали гигантские весы, на чашках которых можно было бы взвешивать планеты, то на таких весах лишь десять шаров, являющихся копией Марса, смогли бы уравновесить одну нашу Землю. Это означает, что вещества в Марсе в десять раз меньше, чем в Земле. А чем меньше масса планеты, тем слабее она притягивает к себе все предметы, тем меньше вес этих предметов. Марс — это мир, где все предметы весят почти в два с половиной раза меньше, чем на Земле.

Человек, весящий на Земле 60 килограммов, перенесясь на поверхность Марса, стал бы весить там лишь 25 килограммов. При такой легкости собственного тела он смог бы без всякого затруднения, даже не будучи спортсменом, побить все земные рекорды прыжков в длину и высоту.