между Землей и Солнцем, а затем вычислить расстояния между всеми планетами, причем не в относительных единицах, а в километрах. Так астрономы вычислили все расстояния в Солнечной системе. Это стало очень важным достижением. Фактически расстояние от Земли до Венеры было измерено методом суточного параллакса. Этот метод предложил Эдмонд Галлей, он заключался в измерении продолжительности прохождения Венеры по диску Солнца при наблюдении из различных точек Земли, разнесенных по широте. Так как Венера проходит не через центр солнечного диска, то по времени прохождения можно установить длину хорды видимого пути планеты, а по различию этих величин, измеренных в разных точках Земли, определить угловое смещение планеты относительно диска Солнца — ее параллакс, а значит, и расстояние до планеты. При этом наблюдения были достаточно просты, для их проведения требовались только телескоп и простые часы, чтобы измерить небольшие промежутки времени.
Рис. 1.30. Транзиты Венеры, т. е. ее прохождения на фоне солнечного диска, можно наблюдать, когда Венера и Земля находятся вблизи узлов орбиты Венеры.
Рис. 1.31. Диссертация Эдмонда Галлея с расчетами, позволяющими вычислить расстояние между Землей и Солнцем по наблюдениям транзита Венеры.
В 1761 г. при наблюдении прохождения Венеры неожиданное открытие сделал, как утверждает история, наш соотечественник М. В. Ломоносов. В тот год для наблюдения транзита Венеры, чтобы измерить ее параллакс, во все части света отправились многочисленные академические экспедиции с самыми квалифицированными астрономами. Ломоносову в тот момент было уже около 50 лет, он болел, плохо видел и никуда не поехал — остался наблюдать явление в простенький телескоп из окна своего дома в Санкт-Петербурге. И он единственный из всех наблюдателей не только заметил и описал, но и понял это удивительное явление.
Рис. 1.32. М. В. Ломоносов наблюдает за прохождением Венеры по диску Солнца 26 мая 1761 г. из своей петербургской квартиры. Справа — иллюстрации Ломоносова в его рукописи «Явление Венеры на Солнце…» (1761).
Рис. 1.33. Явление Ломоносова, сфотографированное с помощью 1-метрового Шведского вакуумного солнечного телескопа на острове Ла-Пальма (Канарские о-ва).
Когда темный диск Венеры подходил к краю солнечного диска, перед ним вырос, как написал Ломоносов, «пупырь», яркий ободок. Это было преломление солнечных лучей в атмосфере Венеры. Ломоносов совершенно верно интерпретировал увиденное, тогда он и написал, что у Венеры «знатная атмосфера». Загадка в том, как, учитывая все условия, он мог увидеть то, что сейчас можно увидеть отчетливо только при помощи суперсовременного вакуумного телескопа. Видимо, сработала интуиция — все-таки великий ум.
Рис. 1.34. Прохождение Венеры по диску Солнца. Слева — фото 6 декабря 1882 г., справа — 8 июня 2004 г.
Если бы наличие у Венеры атмосферы не подтвердилось — ничего страшного, Ломоносов не утратил бы своего статуса в научном мире. Но атмосфера у Венеры есть, и значение гения Ломоносова стало еще более весомым. Это явление во всем мире называется «явлением Ломоносова», и мы используем его, когда изучаем далекие планеты — экзопланеты, находящиеся у других звезд.
Истинное движение планет
Видимое движение планеты складывается из движения в пространстве наблюдателя и самой планеты. Вот посмотрите, как в 2007 и 2008 гг. Марс «гулял» на фоне звездного неба: ехал-ехал, остановился, поехал назад, вновь остановился, а затем продолжил движение вперед. Как-то странно он себя ведет, не правда ли? А ничего странного в этом нет, если вспомнить, что мы наблюдаем его с движущейся Земли.
Марс обращается по своей орбите в одном направлении, не меняя его. Мы вместе с Землей обращаемся вокруг Солнца в том же направлении, но движение Земли происходит быстрее и по более короткой орбите. При этом оно складывается с более медленным движением Марса по более длинной орбите. Вот и получаются в сумме такие «кренделя», которые сильно озадачивали древних астрономов. Вся грандиозная картина звездного неба движется идеально равномерно, а планеты на фоне звезд блуждают туда-сюда. Нужно было как-то объяснить такое поведение планет и научиться его прогнозировать, создав для этого математическую теорию. И создали, взяв за основу простую механическую модель. Планета равномерно обращается по малой окружности (эпициклу), центр которой движется по большой окружности (деференту), в центре которой — кто бы сомневался! — располагается неподвижная Земля. Складывая два равномерных круговых движения, получаем с точки зрения земного наблюдателя петлеобразную траекторию планеты. Простая и красивая идея!
Рис. 1.35. Движение Марса по небу с июля 2007 г. по июнь 2008 г.
Окончательный вид этой теории придал во II веке н. э. греческий математик, астроном и географ Клавдий Птолемей в своем гениальном «Альмагесте». Он довел эту модель до великолепного состояния. Птолемей понимал, что видимое движение планет значительно сложнее, чем можно изобразить с помощью одного эпицикла, «насаженного» на деферент. Значит, эту небесную «коробку передач» нужно было усложнить. На первый эпицикл Птолемей «посадил» второй эпицикл с иным периодом, размером и наклоном; на него — третий… Что это вам напоминает? Ну конечно же, ряд Фурье! Любое циклическое движение можно разложить на сумму простых синусоидальных колебаний. Птолемей не знал Фурье-анализа, но он интуитивно представлял сложное движение планет в виде серии простых синусоидальных (гармонических) колебаний. Все это изложено в книге Клавдия Птолемея «Альмагест, или Математическое сочинение в тринадцати томах». В переводе с древнегреческого на русский она впервые была издана в 1998 г. Хотите заработать комплекс неполноценности — попробуйте ее прочитать.
Рис. 1.36. Клавдий Птолемей (II век н. э.) с астрономическим посохом в руке. Условный портрет из книги XVI в. Астрономический посох (radius astronomicus), или «посох Якова», — простейший прибор для измерения угловых расстояний на небесной сфере. По основной градуированной линейке скользит подвижная линейка с диоптрами на концах. Глядя от основания главной линейки, малую перемещают так, чтобы диоптры совпали с объектами измерения, например двумя звездами или горизонтом и светилом.
Рис. 1.37. Система эпициклов по Птолемею.