ВЕЛИКИЕ ПРОТИВОСТОЯНИЯ МАРСА

Содержание статьи

• Взаимное движение Земли и Марса.
• Открытие спутников Марса.
• Наблюдение поверхности Марса.
• Открытие марсианских «каналов».

ВЕЛИКИЕ ПРОТИВОСТОЯНИЯ МАРСА. Великие противостояния Марса – эпохи наиболее тесного сближения Земли и Марса, предоставляющие астрономам возможность детально исследовать эту планету с помощью телескопов. Великие противостояния наступают регулярно, с промежутком в 15 или 17 лет и в последние столетия неизменно приносят ученым ценные открытия в изучении природы Марса – планеты, более других похожей на Землю по условиям, необходимым для жизни.

Взаимное движение Земли и Марса.

Земля и Марс – космические соседи, орбита Марса располагается следом за орбитой Земли. Оборот Земли по орбите происходит за год, а Марса – почти за два земных года (точнее – за 686, 94 земных суток). Поэтому Земля, двигаясь по орбите меньшего радиуса, сначала обгоняет медлительный Марс, но вскоре, обогнав его на круг, вновь оказывается в роли догоняющего. Так они движутся уже несколько миллиардов лет, регулярно сближаясь и вновь удаляясь друг от друга.

Сближения Земли и Марса происходят примерно через каждые два года; точнее – в среднем через 780 суток. Эти события называют «противостояниями», поскольку Марс в это время располагается на небосводе в точке, диаметрально противоположной Солнцу, т.е, с точки зрения земного наблюдателя, он противостоит Солнцу. Астрономы ждут этих моментов: в период противостояния, длящийся 2–3 месяца, Марс близок к Земле и его поверхность удобнее всего изучать в телескоп.

Если бы орбиты Земли и Марса были совершенно круглыми и лежали в одной плоскости, то все противостояния этих планет были бы одинаковы. Но орбиты планет немного наклонены друг к другу и эллиптичны. Правда, земная орбита лишь чуть-чуть отличается от окружности, но орбита Марса вытянута весьма заметно. А поскольку время между противостояниями немного больше двух лет, то Земля за это время совершает чуть больше двух оборотов по орбите, а Марс – немного больше одного оборота. Значит, при каждом противостоянии эти планеты встречаются в разных местах своих орбит, приближаясь друг к другу на разное расстояние (рис. 1). Если противостояние случается в период нашей зимы, – с января по март, – то расстояние от Земли до Марса довольно велико, около 100 млн. км. Но если Земля сближается с Марсом в конце лета, когда Марс проходит перигелий своей орбиты, то его расстояние от нас сокращается всего до 56–60 млн. км. Такие благоприятные для астрономических наблюдений противостояния называют великими, они случаются через каждые 15 или 17 лет и непременно приносят астрономам новые знания о природе Красной планеты. Противостояние тем благоприятнее, чем ближе оно приходится к 28 августа, так как в этот день Земля проходит ближе всего к перигелию орбиты Марса.

Таблица: Великие противостояния Марса с 1830 г. по 2035 г.

Великие противостояния Марса с 1830 г. по 2035 г.
Дата		Расстояние
год	день	а. е.	млн. км
1830	19 сентября	0,3885	58,12
1845	18 августа	0,3730	55,80
1860	17 июля	0,3927	58,75
1877	5 сентября	0,3771	56,41
1892	4 августа	0,3777	56,50
1909	24 сентября	0,3919	58,63
1924	23 августа	0,3729	55,79
1939	23 июля	0,3893	58,24
1956	10 сентября	0,3789	56,68
1971	10 августа	0,3759	56,23
1988	22 сентября	0,3931	58,81
2003	28 августа	0,3729	55,79
2018	27 июля	0,3862	57,77
2035	15 сентября	0,3813	57,04

Самым знаменитым среди великих противостояний Марса по праву считают случившееся в начале сентября 1877. Именно тогда американский астроном Асаф Холл (1829–1907) открыл два единственные спутника Марса – Фобос и Деймос. И тогда же итальянский астроном Джованни Скиапарелли (1835–1910) открыл знаменитые марсианские «каналы». Называя темные пятна на Марсе морями и заливами, а соединяющие их линии – каналами, Скиапарелли просто следовал астрономической традиции, хорошо понимая, что Марс, скорее всего, – сухая планета. И он оказался прав: сегодня поэтическое название Марса – Красная планета – вытесняется менее поэтическим – Пустынная планета. Но после открытия Скиапарелли некоторые энтузиасты восприняли итальянское слово canali всерьез и даже полагали, что это искусственные сооружения, созданные разумными марсианами для орошения полей.

Это предположение ученых вызвало большой резонанс в обществе и на многие годы сделало Марс самой популярной планетой. Достаточно вспомнить, что именно под впечатлением этих открытий Герберт Уэллс написал самый знаменитый роман о Марсе – Война миров (1898). После появления на свет литературного шедевра Уэллса очарование Марсом еще долго не оставляло писателей: Аэлита Алексея Николаевича Толстого (1923), Марсианские хроники Рэя Брэдбери (1950), Путь марсиан Айзека Азимова (1955), и т.д. Каждое противостояние Марса вызывало всплеск интереса к нему, но особенно долгожданными были великие противостояния.

После начала космических исследований Марса великие противостояния потеряли свою научную уникальность. Однако исследователи планет и любители астрономии неизменно стараются использовать их для более детального изучения Красной планеты. До сих пор каждое великое противостояние Марса приносило новые знания о поверхности и атмосфере этой удивительной планеты. Исключительный интерес представляет противостояние 2003 года – не просто великое, а величайшее: столь близко Марс не подходил к Земле ни разу за всю историю астрономических наблюдений! Правда, почти столь же близкие противостояния Марса наблюдались в 1640, 1766, 1845 и 1924 годах (в 1924 расстояние до Марса было всего на 1900 км больше, чем в 2003). Из этого следует, что «почти величайшие» противостояния происходят примерно раз в 80 лет, т.е. всего однажды на протяжении сознательной жизни человека.

Формальная дата «величайшего противостояния Марса» – 28 августа 2003, но максимальное сближение Земли с Марсом до расстояния в 55 758 005 км наступит 27 августа в 9 час. 52 мин. по всемирному времени (в 13:52 московского времени). По счастливому стечению событий именно на этот день приходится новолуние, так что условия для астрономических наблюдений будут идеальные (если погода не подведет). Впрочем, следует помнить, что условия для наблюдения Марса будут великолепными в течение нескольких месяцев, по крайней мере, весь август и сентябрь.

Для наблюдателей планеты основным фактором является угловой диаметр ее диска. В период противостояния 2003 диаметр диска Марса будет превышать 20'' в течение 11 недель – с 19 июля по 4 октября; столь длительного «наблюдательного окна» у нынешнего поколения астрономов еще не было. В конце августа видимый диаметр диска достигнет 25'', поэтому при наблюдении даже в простой школьный телескоп с 75-кратным увеличением Марс будет выглядеть как Луна для невооруженного глаза. В безоблачную ночь не заметить планету на небе в этот период будет просто невозможно: ее красноватый огонек станет сиять значительно ярче любой звезды, достигая 2,5 звездной величины. В районе полуночи Марс будет виден на юге, к сожалению, не очень высоко над горизонтом: на широте Москвы он поднимется до 18,5°; для южан – выше, для северян – ниже.

Открытие спутников Марса.

С великими противостояниями прошедших двух столетий связаны самые громкие открытия в истории изучения Марса. Важнейшие из них – спутники Марса и «каналы» на поверхности этой планеты. Вторая половина XIX в. – техническая революция в астрономии – строились невиданно крупные и совершенные телескопы, которые устанавливались в тщательно выбранных местах с хорошим качеством изображений. Это обеспечило прорыв во всех областях астрономии, в том числе и в планетной. Имена великих астрономов-наблюдателей: Скиапарелли, Ловелла, Антониади, Пикеринга, и др. были в те годы очень популярны. Их работа стала известна широкой публике благодаря живым и увлекательным книгам энтузиастов астрономического просвещения – Фламмариона, Мейера, Клейна, Полака, и др. В области изучения планет наибольший интерес вызывал (и до сих пор вызывает) Марс. Специалистов он привлекает уникальной возможностью изучать поверхность планеты в телескоп, поскольку у других планет поверхность либо закрыта плотной атмосферой, либо нет условий для ее наблюдений (Меркурий слишком близок к Солнцу, а Плутон слишком далек). Интерес неспециалистов к Марсу был высоким, благодаря открытию его спутников и каналов, поскольку каналы почти сразу после открытия, а спутники уже в ХХ в. считались искусственными сооружениями.

История открытия спутников Марса чрезвычайно любопытна. В 1727 появилось знаменитое произведение английского писателя Джонатана Свифта Путешествия Гулливера. В третьей части книги Свифт изображает страну Лапуту, в которой живут одни математики. Обитатели этой страны отличаются невероятной рассеянностью и имеют курьезный вид, но занимаются наукой гораздо успешнее, чем реальные английские ученые. «Они посвящают большую часть своей жизни наблюдениям небесных тел с помощью инструментов, далеко превосходящих наши по своим качествам. Их телескопы имеют длину не более 3 футов, но увеличивают сильнее и дают более яркие изображения светил, чем наши стофутовые трубы. Это преимущество дало им возможность далеко опередить в своих открытиях наших европейских астрономов... Они открыли два маленьких спутника, обращающиеся около Марса, из которых ближайший находится от центра планеты в точности на расстоянии трех ее диаметров, а внешний – на расстоянии пяти диаметров; первый делает полный оборот в 10 ч., а второй в 21,5 часа, так что квадраты их времен обращения относятся, как кубы расстояний от центра Марса, из чего очевидно, что они подчиняются тому же закону тяготения, который управляет и другими небесными телами».

Нельзя сказать, что реальные астрономы не искали спутники у Марса. После обнаружения Галилеем 4-х спутников у Юпитера, поиск новых спутников стал актуальной научной задачей. Ко второй половине XIX в. было открыто 7 спутников у Сатурна, 4 спутника у Урана, 1 спутник у Нептуна, но самые тщательные поиски спутников Марса не давали никаких результатов. В кругу астрономов стал распространяться взгляд, что у Марса совсем нет спутников.

Во время великого противостояния 1877 года за поиски спутников Марса принялся американский астроном Асаф Холл с помощью созданного в 1873 фирмой Кларка 24-дюймового рефрактора Вашингтонской обсерватории, который был тогда сильнейшим инструментом в мире. 11 августа Холл заметил слабую звездочку на расстоянии трех диаметров от планеты; 16 августа он нашел ее вновь и, наблюдая ее движение, убедился, что это действительно был спутник Марса. На следующую ночь он увидал еще одну звездочку уже у самого диска планеты, вскоре она исчезла и через 3 часа появилась ненадолго у другого края планеты. Подобное же явление повторялось и в следующие ночи. Холл подумал сначала, что у Марса три спутника, если не больше: казалось невероятным, чтобы спутник мог так быстро обращаться вокруг планеты, которая сама делает один оборот в 24 часа с лишним. Но через несколько дней выяснилось окончательно, что у Марса действительно только два спутника, которым Холл дал имена Фобос и Деймос – страх и ужас; так назывались в греческой мифологии сыновья бога войны. Самая замечательная особенность этих спутников – крайне малое расстояние от планеты и связанный с этим короткий орбитальный период. Первый спутник находится от центра планеты на расстоянии только 9380 км, а от поверхности планеты даже на 6000 км, т.е. в 65 раз ближе, чем Луна от Земли; а второй – на расстоянии 23500 км. Время обращения около Марса составляет для Фобоса 7 час 39 мин, для Деймоса – 30 час 18 мин. Как видно, эти числа не слишком сильно отличаются от времени обращения фантастических спутников, выдуманных Свифтом. До сих пор не вполне ясно, на что опирался он в своем удивительно точном предвидении.

Первый спутник, Фобос, обращается около Марса быстрее, чем вращается сама планета. С поверхности Марса движение Фобоса выглядело бы весьма непривычным: он восходит не на востоке, а на западе, быстро движется навстречу суточному обращению небесного свода и уже через 5,5 часов заходит на востоке, чтобы еще через столько же времени вновь взойти на западе. Нередко случается, что он успевает взойти два раза в течение одной ночи. При этом он с необыкновенной быстротой меняет свой вид – от его «новолуния» до «полнолуния» проходит менее четырех часов.

Довольно необычно движется и Деймос. Восходит он, правда, на востоке, но поднимается в пять раз медленнее остальных светил. На полное суточное обращение он затрачивает 5 суток и за это время 4 раза проделывает полную смену фаз (от «новолуния» до «новолуния»).

Открытие спутников Марса задержалось из-за очень малого их размера. Оба они имеют неправильную форму с наибольшим и наименьшим диаметрами у Фобоса 26 и 18 км и у Деймоса 16 и 10 км. В телескоп рядом с ярким Марсом их заметить очень трудно. Многолетние наблюдения за движением этих спутников выявили любопытную особенность Фобоса: его орбитальный период понемногу уменьшается. Это дало повод известному советскому астрофизику И.С.Шкловскому выдвинуть экстравагантную гипотезу: «Движение Фобоса тормозится атмосферой Марса. Это возможно лишь в том случае, если спутник имеет очень низкую плотность, а практически – если он полый внутри. Следовательно, спутники Марса – искусственные!» Идея Шкловского имела огромный успех до того момента, пока данные с межпланетных зондов не убедили астрономов, что Фобос и Деймос – естественного происхождения.

Наблюдение поверхности Марса.

Марс труден для астрономических наблюдений по нескольким причинам. Во-первых, он невелик, поэтому, несмотря на его сравнительную близость к Земле в периоды противостояний, угловой диаметр диска планеты не превышает 25,1''. Даже при наблюдении Марса в очень сильную трубу при увеличении в 500 раз (обычно более сильные увеличения редки) его диск виден под углом не более 209', т.е. как Луна в полевой 7-кратный бинокль. Но это касается только углового размера диска; четкость же и яркость изображения Марса далеко не так хороши, как при наблюдении Луны в бинокль. Сильное увеличение телескопа делает очень заметным атмосферное размытие изображений, вызванное турбулентностью земной атмосферы. К тому же, в отличие от Луны, Марс имеет собственную атмосферу, которая порой бывает весьма непрозрачна. К несчастью для астрономов, периоды песчаных бурь в атмосфере Марса приходятся на время его прохождения через перигелий орбиты, а значит, на периоды великих противостояний.

Поэтому любителя астрономии, который в первый раз смотрит на Марс в телескоп, обыкновенно постигает горькое разочарование: на диске планеты он не замечает тех разнообразных деталей, которые привык видеть на опубликованных в книгах картах Марса. Но дальнейшие наблюдения приводят к «тренировке глаза», позволяют выбрать удачный момент наилучшей прозрачности атмосферы Марса и наибольшего спокойствие земной атмосферы, так что со временем на Марсе становятся заметными все более тонкие детали поверхности. Немалую роль при этом играет качество и размер телескопа, а также место его установки.

Первым увидел детали на Марсе и сделал их зарисовки итальянский астроном Франческо Фонтана (1585–1656). Наблюдая планету в телескоп в 1536–1538, он открыл фазы Марса, подобные лунным, но не достигающие столь большого ущерба. Следующее открытие, гораздо более важное, было сделано Гюйгенсом в 1672. Оказалось, что на красновато-желтом диске планеты есть два белых пятна, расположенные у краев диска в двух диаметрально противоположных точках. В то время как другие пятна поверхности непрерывно и довольно быстро меняют свое положение вследствие вращения планеты, оба белых пятна остаются почти неподвижными. Отсюда заключили, что они расположены близ полюсов Марса. Долгое время эти пятна не привлекали к себе особого внимания. Только в 1784 Вильям Гершель после шестилетних тщательных наблюдений открыл, что полярные пятна испытывают замечательные изменения: они поочередно растут и убывают, причем этот рост находится в прямой зависимости от времен года: например, когда в северном полушарии Марса бывает зима, северное пятно имеет наибольшие размеры. С наступлением весны оно начинает уменьшаться, и это продолжается в течение всего лета. Стало очевидно, что это полярные снеговые шапки.

Позже планету наблюдали многие известные астрономы, но данные о деталях ее поверхности накапливались медленно. Начало детального изучения «географии Марса» относится к великому противостоянию 1830. Тогда планету начал наблюдать И.Медлер в Берлине на маленькой частной обсерватории, устроенной банкиром и любителем астрономии Вильгельмом Бером на балконе своего дома. Несмотря на более чем скромные размеры инструмента (труба диаметром 11 см), казалось бы, совершенно недостаточные для этой цели, систематические и настойчивые наблюдения Медлера и Бера дали прекрасные результаты. Было выяснено, что пятна на поверхности планеты остаются постоянными, как на Луне. По ним Медлер очень точно определил период вращения Марса. Удалось составить даже небольшую карту всей поверхности планеты. Наблюдения продолжались до 1837, и при каждом следующем противостоянии можно было найти детали, занесенные на первую карту, а некоторые из них удалось узнать даже на рисунках, сделанных в конце XVII в.

После работ Медлера прошло лет двадцать, в течение которых не было сделано никаких новых шагов к изучению Марса, и только в 1860-х годах оживился интерес к этой планете. Марс стали изучать такие выдающиеся астрономы, как Секки и Локьер, и один из величайших наблюдателей всех времен, самодеятельный английский астроном Уильям Даус (1799–1868), который во время противостояния 1864 сделал отличные зарисовки Марса, позволившие создать карту планеты, превосходившую по полноте все предыдущие. Эту работу выполнили голландец Фридрих Кайзер (1808–1872) и англичанин Ричард Проктор (1837–1888), издавшие в 1869 новые карты Марса, на которых впервые появились названия деталей поверхности, в основном в виде имен астрономов, занимавшихся изучением Марса. Эта номенклатура была принята и другими астрономами, например Фламмарионом в его многочисленных сочинениях. Но позже ее вытеснила латинская номенклатура, предложенная итальянским астрономом Джованни Скиапарелли, в которой названия были взяты из древней географии (например, Hellas, Atlantis, Hesperia, и т.д.).

Самое заметное пятно на Марсе, громадный треугольный «залив», открытый еще Гюйгенсом, на картах Скиапарелли назван Syrtis Maior (Большой Сирт; на Земле есть такой залив у северного берега Африки); другое название – «Море песочных часов» (Mer du Sablier), так как его заостренная книзу (т.е. к северу) форма напоминает песочные часы. Светлые области были названы материками, а темные – морями. Названия эти даны совершенно условно, как на Луне, чьи «моря», как известно не содержат воды. Поэтому мы встречаем на Марсе «острова», «озера», «заливы» и т.п. Скиапарелли отлично понимал, что названные так образования по своей природе могут оказаться совсем непохожими на земные «острова» и «озера».

Открытие марсианских «каналов».

Новая эпоха в изучении планеты началась с великого противостояния 1877, во время которого были открыты не только спутники Марса, но и поразившие всех «каналы». Впервые их отчетливо обнаружил Скиапарелли, обладавший необычайно острым зрением. Измерения, которые он вел затем в продолжение семи противостояний, до 1890, привели к составлению новых карт планеты, несравненно более точных, чем все прежние карты. Скиапарелли заметил, что светлые «материки» Марса изрезаны множеством тонких темных линий, образующих сложную сеть. Он назвал эти линии canali, что по-итальянски означает как естественные проливы, так и рукотворные каналы. Но Скиапарелли не связывал с этим названием представления об искусственном происхождении марсианских «каналов». Такое название соответствовало картографической традиции, поскольку на поверхности планеты уже имелись «моря», «заливы» и т.п.

К сожалению, на другие языки этот термин был переведен словом «канал» в смысле искусственного водного протока и сейчас же вслед за этим сама собой явилась мысль о том, что на Марсе живут разумные существа, которые соорудили на поверхности планеты гигантскую сеть невероятно длинных и широких каналов. Появилось немало энтузиастов, поддерживающих эту идею.

Одним из этих энтузиастов, много сделавшим для изучения Марса и других планет, был американский астроном Персиваль Ловелл, на свои средства построивший великолепную обсерваторию в Аризоне. В 1894–1896 он составил и опубликовал карту Марса, на которую нанес множество одиночных и сдвоенных каналов, прямых как стрела, тянущихся на тысячи километров. В многочисленных комментариях Ловелла и в его прекрасно изданных книгах о Марсе речь шла не просто о жизни на этой планете, но и о разумных ее обитателях.

По описанию Скиапарелли каналы представляют собой длинные, правильные линии. Все они очень длинны, от нескольких сот до 3000–4000 км и больше. Некоторые из них в телескоп представляются сравнительно широкими, так что их действительная ширина должна доходить до 200–300 км. Большинство же кажется тонкими, как паутинки. Но и эти последние в действительности очень широки; по мнению Скиапарелли, они должны иметь в ширину около 30 км, так как только такие линии можно заметить с Земли. Каждый канал «впадает» своими концами в море или озеро или в другой канал. В некоторых озерах сходится до восьми каналов.

К каналам, открытым Скиапарелли, Ловелл добавил значительное количество новых, причем ширину некоторых он оценивал всего в 2 км. Используя превосходный рефрактор с отверстием в 60 см Ловелл с помощниками ревностно наблюдал Марс в течение 20 лет. Некоторые его результаты стали классическими: например, он с полной определенностью доказал, что марсианские «моря» лишены жидкой поверхности и не имеют ничего общего с земными морями. Геометрическую сеть каналов Ловелл считал искусственной, созданной разумными обитателями Марса.

Однако великое противостояние 1909 года принесло разочарование сторонникам марсианской цивилизации: новые крупные телескопы и близкое расположение Марса к Земле позволили провести наблюдения, подорвавшие веру в искусственные каналы. Особенно отличился при этом французский астроном Антониади. Проведя большую серию наблюдений на прекрасном большом телескопе в Медонской обсерватории под Парижем и получив замечательно точные зарисовки вида поверхности планеты, Антониади показал, что «каналы» представляют собой неправильные темные полосы, образуемые отдельными пятнами различной величины.

Продолжая наблюдения Марса, Антониади показал, что эта планета все же не совсем мертвое тело: во время великого противостояния 1924 он в течение четырех ночей наблюдал светящиеся выбросы на краю диска планеты, над областью Hellas. Открытия Антониади вновь вызвали живейший интерес широкой публики к Марсу. Все ожидали следующего великого противостояния 1939. К тому моменту астрономическая техника, особенно спектроскопия, получила большое развитие, поэтому основное внимание в тот год было направлено на изучение атмосферы Марса.

После 1939 интересы ученых окончательно развернулись от поверхности Марса к его атмосфере. А после 1964, когда стали доступны детальные снимки Марса, переданные с борта межпланетных аппаратов, и никаких «каналов» на них не оказалось, эта проблема как научная вообще была забыта, хотя и не решена. Любители астрономии многих стран в течение последних десятилетий продолжали систематические визуальные исследования поверхности и метеорологических явлений Марса, накопив таким образом обширный материал. Подобные наблюдения ни в коем случае не следует прекращать и теперь, когда на околомарсианской орбите непрерывно работают автоматы: визуальные наблюдения с Земли необходимо продолжать для того, чтобы была возможность сопоставить их с гораздо более детальными данными марсианских зондов и таким образом привести в единую систему данные, накопленные астрономами прошедших эпох.

Не исключено, что некоторые идеи столетней давности найдут почву в новейших фактах о Марсе. Например, планетологи опять обсуждают возможность существования открытых водоемов в низинах Марса. Скоро мы узнаем об этом значительно больше: в конце 2003 и начале 2004 на орбиту вокруг Марса выйдут несколько новых спутников, а на поверхность планеты опустятся зонды с марсоходами и приборами для анализа грунта и атмосферы.

В периоды великих противостояний Марса интерес любителей астрономии к нему значительно усиливается. Для проведения самостоятельных наблюдений желательно иметь телескоп с диаметром объектива не менее 10 см, тогда наверняка можно увидеть южную полярную шапку Марса. Но значительно интереснее наблюдать в телескоп диаметром от 20 до 30 см. При определенном терпении, дождавшись благоприятного состояния атмосферы, дающего хорошее изображение, и применив окуляр с большим увеличением, можно заметить главные географические образования планеты – «моря», «заливы» и, возможно, некоторые «каналы». Желательно при наблюдении Марса использовать светофильтры – желтый, оранжевый и красный, усиливающие контраст деталей. Карту, показывающую Марс таким, как он будет виден в телескоп умеренного размера в период великого противостояния 2003 г., можно найти на сайте Ассоциации наблюдателей Луны и планет (www.lpl.arizona.edu).

Владимир Сурдин