Текст книги "Занимательные науки"

Планеты-карлики

Девять крупных планет, о которых мы до сих пор беседовали, не исчерпывают всего планетного населения нашей солнечной системы. Они только наиболее заметные по величине его представители. Кроме них, около Солнца кружится на разных расстояниях множество гораздо более мелких планеток. Эти карлики планетного мира называются астероидами (буквально – «звездоподобными»), или просто «малыми планетами». Наиболее значительная из них, Церера, имеет в поперечнике 770 км; она значительно меньше Луны по объему, примерно во столько же раз, во сколько сама Луна меньше Земли.

Первая из малых планет, Церера, открыта была в первую ночь прошлого столетия (1 января 1801 г.). В течение XIX в. их было обнаружено свыше 400. Все малые планеты движутся вокруг Солнца, между орбитами Марса и Юпитера. До недавнего времени считалось поэтому установленным, что астероиды скучены кольцом в широком промежутке между орбитами двух названных планет.

XX в. и в особенности самые недавние годы раздвинули границы пояса астероидов. Уже найденный в конце прошлого века (1898 г.) Эрос выступал за эти пределы, потому что значительная часть его пути находится внутри орбиты Марса. В 1920 г. астрономы наткнулись на астероид Гидальго, путь которого пересекает орбиту Юпитера и проходит недалеко от орбиты Сатурна. Астероид Гидальго замечателен и в другом отношении: из всех известных планет он обладает чрезвычайно вытянутой орбитой (эксцентриситет ее равен 0,66), к тому же всего сильнее наклоненной к плоскости земной орбиты: под углом в 43°. Отметим, кстати, что наименование свое планетка получила в честь Гидальго-и-Кастилья, героя революционной борьбы Мексики за независимость.

Еще более расширилась зона карликовых планет в 1936 г., когда открыт был астероид с эксцентриситетом 0,78. Новый член нашей солнечной системы получил название Адонис. Особенность новооткрытой планетки та, что в наиболее удаленной точке своего пути она отходит от Солнца почти на расстояние Юпитера, в ближайшей же проходит недалеко от орбиты Меркурия.

Наконец, в 1949 г. открыта малая планета Икар, имеющая исключительную орбиту. Ее эксцентриситет равен 0,83, наибольшее удаление от Солнца вдвое больше радиуса земной орбиты, а наименьшее – около одной пятой расстояния от Земли до Солнца. Ни одна из известных планет не подходит к Солнцу так близко, как Икар.

Система регистрации вновь открываемых астероидов не лишена общего интереса, так как может быть с успехом применена и не для астрономических целей. Сначала выписывается год открытия планетки, затем буква, означающая полумесяц открытия. Так как в течение полумесяца нередко открывают несколько планеток, они обозначаются вторыми буквами в порядке алфавита. Если 24 букв не хватает, повторяют их сначала, но с числами около них. Например, 1932 EA₁ есть астероид, открытый в 1932 г. в первой половине марта, 25-й по счету. После вычисления орбиты вновь открытой планеты она получает порядковый номер, а затем и имя[17]17
  Подавляющее большинство астероидов носит женские имена, взятые из мифологии народов, либо из числа распространенных женских имен, либо, наконец, названия образуются присоединением женского окончания к фамилии известного ученого или к географическому названию – названию города или местоположения обсерватории. Так образованы, например, названия астероидов Белопольская, Москва. Некоторые особенные астероиды носят мужские имена. Таковы, например, 15 троянцев (Ахилл, Гектор и др.), а также упомянутые Эрос, Гидальго, Гермес. (Прим. ред.)


[Закрыть].

По расчетам число астероидов в солнечной системе должно быть порядка 40–50 тысяч.

В настоящее время число уловленных астрономами планет-карликов превышает полторы тысячи: из них свыше сотни открыто астрономами Симеизской обсерватории (в Крыму, на берегу Черного моря), главным образом стараниями усердного ловца астероидов Г.Н. Неуймина. Читатель не удивится, встретив в списке малых планет такие имена, как «Владилена» (в честь Владимира Ильича Ленина), а также «Морозовия» и «Фигнерия» (в честь шлиссельбургских героев), «Симеиза» и др. По числу открытых астероидов Симеиз занимает одно из первых мест среди обсерваторий мира; по разработке теоретических вопросов, связанных с астероидами, советская астрономия также занимает видное место в мировой науке. Институт теоретической астрономии Академии наук СССР (в Петербурге) в течение многих лет проводит предвычисление положений большого числа малых планет и улучшение теории их движений. Институтом ежегодно публикуются предвычисленные положения на небе малых планет (так называемые э ф е м е р и д ы) для всех обсерваторий мира.

Размеры малых планет крайне разнообразны. Таких крупных, как Церера или Паллада (диаметр 490 км), насчитывается среди них всего несколько. Около семи десятков астероидов обладают поперечником свыше 100 км. Бо́льшая часть известных планеток имеет в диаметре от 20 до 40 км. Но есть много и совсем «крошечных» астероидов, диаметр которых едва достигает 2–3 км (слово «крошечный» взято в кавычки, потому что в устах астронома его надо понимать относительно). Хотя обнаружены далеко еще не все члены кольца астероидов, есть все же основания утверждать, что совокупная масса всех астероидов, открытых и неоткрытых, составляет около 1000-й доли массы земного шара. Полагают, что открыто пока не более 5 % того числа астероидов, которое может быть доступно современным телескопам.

«Можно было бы думать, – писал наш лучший знаток этих планеток Г.Н. Неуймин, – что физические свойства всех астероидов приблизительно одинаковы; в действительности же мы сталкиваемся с поразительным разнообразием. Так, уже определения отражательной способности первых четырех астероидов показали, что Церера и Паллада отражают свет, как темные горные породы Земли, Юнона – как светлые породы, Веста – подобно белым облакам. Это тем более загадочно, что астероиды по своей малости не могут удержать около себя атмосферы; они, несомненно, лишены последней, и всю разницу в отражающей способности приходится приписать самим материалам, из которых состоит поверхность планеты».

Некоторые малые планеты обнаруживают колебания блеска, свидетельствующие об их вращении вокруг своих осей и неправильной форме.

Наши ближайшие соседи

Упомянутый в предыдущей статье астероид Адонис выделяется среди других не только чрезвычайно большой, чисто кометной вытянутостью своей орбиты. Он замечателен и тем, что подходит очень близко к Земле. В год своего открытия Адонис пролетел на расстоянии 1¹/₂ миллионов км от Земли. Правда, Луна ближе к нам, но ведь Луна, хотя и значительно крупнее астероидов, рангом ниже их: она не самостоятельная планета, а спутник планеты. Другой астероид – Аполлон – также вправе числиться в списке планет, самых близких к Земле. Этот астероид прошел в год своего открытия на расстоянии всего 3 миллионов км от Земли. Такая дистанция должна быть признана (на планетную мерку) очень короткой, потому что Марс не приближается к Земле менее чем на 55 миллионов км, а Венера подходит к нам не ближе 40 миллионов км. Любопытно, что к Венере тот же астероид приближается еще теснее: всего на 200 000 км – вдвое ближе, чем Луна к Земле! Более тесного сближения планет мы в солнечной системе не знаем.

Этот наш планетный сосед замечателен еще и тем, что он относится к числу самых маленьких планет, зарегистрированных астрономами. Диаметр его не больше 2 км, а может быть, и меньше. В 1937 г. был открыт астероид Гермес, который может иногда сблизиться с Землей на расстояние того же порядка, какое отделяет от нас Луну (500 тысяч км). Диаметр его не превышает 1 км.

Поучительно рассмотреть на этом примере, что означает на языке астрономии слово «маленький». Крошечный астероид, имеющий в объеме всего 0,52 км³, т. е.

520 000 000 м³,

если он гранитный, весит примерно

1 500 000 000 т.

Из такого материала можно было бы возвести 300 таких сооружений, как Хеопсова пирамида.

Вы видите, как своеобразно надо понимать слово «маленький», когда его употребляет астроном.

Попутчики Юпитера

Среди 1600 известных пока астероидов выделяется своим замечательным движением группа из пятнадцати малых планет, которым присвоены имена героев Троянской войны: А х и л л, П а т– р о к л, Г е к т о р, Н е с т о р, П р и а м, А г а м е м – н о н и т. д. Каждый «троянец» кружится около Солнца так, что он, Юпитер и Солнце в любой момент расположены в вершинах равностороннего треугольника. «Троянцев» можно считать своеобразными попутчиками Юпитера, которые сопровождают его, оставаясь на большом расстоянии: одни находятся на 60° впереди Юпитера, другие – настолько же позади него и все завершают оборот около Солнца в одно и то же время.

Равновесие этого планетного треугольника устойчиво: если бы астероид вышел из своего положения, силы тяготения вернули бы его к покинутому месту.

Задолго до открытия «троянцев» подобный случай подвижного равновесия трех притягивающихся тел был предусмотрен в чисто теоретических исследованиях французского математика Лагранжа. Он рассматривал этот случай как любопытную математическую задачу и полагал, что едва ли где-нибудь во вселенной подобные соотношения осуществляются реально. Усердные поиски астероидов привели к тому, что для теоретического случая Лагранжа найдена была реальная иллюстрация в пределах нашей собственной планетной системы. Здесь наглядно обнаруживается, какое значение для развития астрономии имеет тщательное изучение тех многочисленных небесных тел, которые объединяются под наименованием малых планет.

Чужие небеса

Мы совершили уже воображаемый перелет на поверхность Луны, чтобы бросить оттуда беглый взгляд на нашу Землю и другие светила.

Посетим теперь мысленно планеты солнечной системы и полюбуемся открывающимися оттуда небесными картинами.

Начнем с В е н е р ы. Если бы атмосфера была там достаточно прозрачна, мы увидели бы диск Солнца, вдвое больший по площади, чем тот, который сияет на нашем небе (рис. 36).

Рис. 36. Видимые размеры Солнца с Земли и других планет (рисунок нужно держать на расстоянии около 50 см)

Соответственно этому Солнце посылает на Венеру вдвое больше тепла и света, чем на Землю. На ночном небе Венеры нас поразила бы звезда необычайной яркости. Это – Земля, сияющая здесь гораздо ярче, чем Венера у нас, хотя размеры обеих планет почти одинаковы. Легко понять, почему это так. Венера кружится около Солнца ближе, чем Земля. Поэтому в пору наибольшей ее близости к Земле мы совсем не можем ее видеть: она обращена к нам неосвещенной стороной. Она должна несколько удалиться в сторону, чтобы стать видимой, и тогда свет исходит лишь от узкого серпа, составляющего небольшую часть диска Венеры. Земля же на небе Венеры в пору наибольшей близости к ней светит п о л н ы м диском, как у нас Марс в противостоянии. В итоге Земля на небе Венеры, находясь в полной фазе, светит в шесть раз ярче, чем Венера у нас при наибольшей ее яркости, если только, повторяем, небо нашей соседки вполне ясно. Было бы, однако, заблуждением думать, что земное сияние, обильно заливая ночную половину Венеры, может обусловить ее «пепельный свет»: освещение Венеры Землей равно по своей силе освещению нормальной свечи с расстояния 35 м; этого, конечно, недостаточно, чтобы породить явление «пепельного света».

К свету Земли на небе Венеры присоединяется нередко еще свет нашей Луны, которая сама по себе сияет здесь в четыре раза ярче Сириуса. Едва ли во всей солнечной системе найдется объект блистательнее двойного светила Земля – Луна, украшающего небо Венеры. Наблюдатель на Венере значительную часть времени видел бы Землю и Луну раздельно, а в телескоп различались бы оттуда даже детали лунной поверхности.

Другая планета, ярко сияющая на небе Венеры – Меркурий, ее утренняя и вечерняя звезда. Впрочем, и с Земли Меркурий виден яркой звездой, перед которой меркнет свет Сириуса. На Венере эта планета светит почти в три раза ярче, чем на Земле. Зато Марс сияет в 2¹/₂ раза слабее: чуть тусклее, чем у нас светит Юпитер.

Что касается неподвижных звезд, то очертания созвездий совершенно одинаковы на небе всех планет солнечной системы. С Меркурия, с Юпитера, с Сатурна, с Нептуна и с Плутона мы увидели бы одни и те же звездные узоры. Так велико удаление звезд по сравнению с планетными расстояниями.

* * *

Умчимся с Венеры на маленький М е р к у р и й, перенесемся в странный мир, лишенный атмосферы, не знающий смены дня и ночи. Солнце неподвижно висит здесь на небе огромным диском, в шесть раз бо́льшим (по площади), чем на Земле (рис. 36). Наша планета на небе Меркурия светит примерно вдвое ярче, чем Венера на земном небе. Сама Венера сияет здесь необычайно ярко. Никакая другая звезда или планета нигде в нашей системе не светит так ослепительно, как Венера на черном, безоблачном небе Меркурия.

* * *

Перенесемся на М а р с. Солнце кажется отсюда диском, втрое меньшим по площади, чем с Земли (рис. 36). Наш собственный мир сияет на небе Марса утренней и вечерней звездой, как у нас Венера, но тусклее ее, примерно так, как мы видим Юпитер. Земля никогда не видна здесь в своей полной фазе: марсиане могли бы видеть сразу не больше ³/₄ ее диска. Наша Луна видна была бы с Марса простому глазу звездой, почти столь же яркой, как Сириус. В телескоп и Земля и сопутствующая ей Луна показали бы свои фазы.

Гораздо больше внимания должен привлекать к себе на марсовом небе ближайший спутник Марса – Фобос: при ничтожных своих размерах (16 км в диаметре) он настолько близок к Марсу, что в период «полнофобосия» сияет в 25 раз ярче, чем Венера у нас. Так как период его обращения вокруг Марса меньше, чем период вращения планеты, Фобос восходит на западе, пересекает марсианское небо против суточного движения звезд и заходит на востоке. Второй спутник, Деймос, заметно менее ярок, но и он затмевает свет Земли на марсовом небе. Несмотря на малые размеры, Фобос так близок к Марсу, что его фазы с Марса хорошо видны. Человек с очень острым зрением, вероятно, заметил бы и фазы Деймоса (Деймос виден с Марса под углом 1′, а Фобос – под углом около 6′).

С поверхности Фобоса мы увидим совершенно исключительное зрелище: на небе сияет, быстро меняя фазы, исполинский диск в несколько тысяч раз ярче нашей Луны. Это Марс. Диск его занимает на небе 41°, т. е. в 80 раз больше, чем у нас Луна. Только на ближайшем спутнике Юпитера можно наблюдать подобную же необычайную достопримечательность неба.

* * *

Перенесемся на поверхность упомянутой сейчас планеты-исполина. Если бы небо Ю п и т е р а было ясно, Солнце сияло бы на нем диском, в 25 раз меньшим по площади, чем на нашем небе (рис. 36); во столько же раз Солнце там и тусклее светит. Короткий пятичасовой день быстро сменяется ночью; на звездном фоне станем искать знакомые планеты. Мы их найдем, но как они здесь изменились! Меркурий совершенно теряется в лучах Солнца; Венеру и Землю можно наблюдать в телескоп только в сумерках, – они заходят вместе с Солнцем[18]18
  Земля светит на небе Юпитера звездой восьмой величины.


[Закрыть]. Марс едва заметен. Зато Сатурн соперничает по яркости с Сириусом.

Видное место на небе Юпитера занимают его луны: спутники I и II примерно так же ярки, как Земля на небе Венеры, III – втрое ярче, чем Земля, видимая с Венеры, IV и V – в несколько раз ярче Сириуса. Что касается их размеров, то видимые поперечники первых четырех спутников больше видимого поперечника Солнца. Первые три спутника при к а ж д о м обороте погружаются в тень Юпитера, так что в фазе полного диска они никогда не видны. Полные солнечные затмения тоже бывают в этом мире, но область их видимости обнимает лишь узкую полоску поверхности Юпитера.

Едва ли, впрочем, атмосфера на Юпитере так же прозрачна, как у нас на Земле: для этого она там слишком высока и плотна.

Необыкновенно эффектное зрелище представляет сам Юпитер, видимый со своих ближайших спутников (рис. 37). Например, с пятого (самого близкого) спутника исполинский диск планеты имеет поперечник почти в 90 раз больше нашей Луны[19]19
  Угловой диаметр Юпитера, рассматриваемого с этого спутника, более 44°. Это значит, что он занимает практически четвертую часть видимого там неба.


[Закрыть] и сияет всего в шесть-семь раз слабее Солнца. Когда он касается горизонта нижним своим краем, его верхний край приходится у середины небосклона. А погружаясь под горизонт, диск этот занимает восьмую часть всего кругозора. По этому быстро вращающемуся диску проходят время от времени темные кружки – тени юпитеровых лун, бессильных, конечно, сколько-нибудь заметно «затмить» гигантскую планету.

Переходя к следующей планете, к С а т у р н у, проследим лишь за тем, в каком виде представляются наблюдателю на Сатурне знаменитые кольца этой планеты. Оказывается, прежде всего, что кольца видны не из всех точек поверхности Сатурна. Начиная от полюсов до 64-й параллели расположены те места, где кольца вовсе не видны. На границе этих полярных областей можно видеть лишь внешний край наружного кольца (рис. 38). Начиная с 64-й параллели до 50-й условия видимости колец улучшаются, видна все большая их часть, а на 50-й параллели наблюдатель может любоваться всей шириной колец, которые здесь представляются под наибольшим углом – в 12°. Ближе к экватору планеты они суживаются для наблюдателя, хотя и поднимаются выше над горизонтом. На самом экваторе Сатурна можно наблюдать кольца в виде очень узкой полоски, пересекающей небесный свод с запада на восток и проходящей через зенит.

Рис. 37. Юпитер, наблюдаемый с его третьего спутника

Рис. 38. Как определить видимость сатурновых колец для различных точек поверхности этой планеты. В полярной области до 64-й параллели кольца не видны совсем

Сказанное не дает еще полного представления об условиях видимости колец. Надо помнить, что освещена всегда только одна сторона колец, другая остается в тени. Эта освещенная часть видна лишь с той половины Сатурна, к которой она обращена. В течение половины долгого сатурнова года можно видеть кольца только с одной половины планеты (в остальное время они видны с другой половины), да и то преимущественно только днем. В те краткие часы, когда кольца видны ночью, они частью затмеваются тенью планеты. Наконец, еще одна любопытная подробность: экваториальные районы в течение ряда земных лет бывают затемнены кольцами[20]20
  Благодаря снимкам, полученным с автоматических межпланетных станций, сегодня известно, что колец у Сатурна – несколько сотен. Более того, некоторые из них ведут себя вопреки законам механики. Например, три тонких кольца переплетены между собой, как волокна в нитке. (Прим. ред.)


[Закрыть].

Самая феерическая небесная картина без сомнения та, которая открылась бы наблюдателю с одного из ближайших спутников Сатурна. Эта планета со своими кольцами, особенно в неполной фазе, когда Сатурн виден в форме серпа, представляет зрелище, какого нельзя видеть ни из какого другого места нашей планетной семьи. На небе вырисовывается огромный серп, пересеченный узкой полоской колец, которые наблюдаются с ребра, а вокруг них – группа сатурновых спутников также в виде серпов, только гораздо меньших размеров.

* * *

Ниже представлен – в нисходящем порядке – сравнительный блеск разных светил на небе других планет:

1. Венера с Меркурия

2. Земля с Венеры

3. Земля с Меркурия

4. Венера с Земли

5. Венера с Марса

6. Юпитер с Марса

7. Марс с Земли

8. Меркурий с Венеры

9. Земля с Марса

10. Юпитер с Земли

11. Юпитер с Венеры

12. Юпитер с Меркурия

13. Сатурн с Юпитера

Мы выделили №№ 4, 7 и 10 – вид планет с Земли, так как их знакомый нам блеск может служить опорой для оценки видимости светил на других планетах. Здесь особенно наглядно видно, что наша собственная планета – Земля – по яркости занимает одно из первых мест на небе ближайших к Солнцу планет: даже на небе Меркурия она сияет сильнее, чем у нас Венера и Юпитер.

В статье «Звездная величина планет» мы возвратимся к более точной, количественной оценке блеска Земли и других планет.

Приводим, наконец, ряд числовых данных. Они могут понадобиться читателю для справок.

Солнце: диаметр 1 390 600 км, объем (Земли = 1) 1 301 200, масса (Земли = 1) 333 434, плотность (воды = 1) 1,41.

Луна: диаметр 3473 км, объем (Земли = 1) 0,0203, масса (Земли = 1) 0,0123, плотность (воды = 1) 3,33. Среднее расстояние от Земли 384 400 км.

Планетная система в числах

Размеры. Масса. Плотность. Спутники

(для планет-гигантов приводится число самых крупных спутников, а в скобках общее количество)

Расстояния. Обращение. Вращение. Тяжесть

Рис. 39

В таблице на стр. 118–119 приведены данные о планетах солнечной системы.

Рис. 40

На рис. 39–40 дано наглядное представление о том, какими кажутся планеты в небольшой телескоп, увеличивающий в сто раз. Направо для сравнения дана Луна, как она видна при подобном увеличении (рисунок надо держать на расстоянии ясного зрения, т. е. в 25 см от глаз). Налево вверху изображен при указанном увеличении Меркурий в наименьшем и наибольшем удалении от нас. Под ним – Венера, затем Марс, система Юпитера и Сатурн с крупнейшим своим спутником. (Подробнее о видимых размерах планет – см. в моей книге «Занимательная физика», кн. 2, гл. IX.)

Глава третья
Звезды

Почему звезды кажутся звездами?

Глядя на звезды невооруженным глазом, мы видим их лучистыми. Причина лучистого вида звезд кроется в нашем глазу – в недостаточной прозрачности хрусталика, имеющего не однородное строение, как хорошее стекло, а волокнистое. Вот что говорит об этом Гельмгольц (в речи «Успехи теории зрения»):

«Изображения световых точек, получаемых в глазу, неправильно лучисты. Причина этого лежит в хрусталике, волокна которого расположены лучисто по шести направлениям. Те лучи, которые кажутся нам исходящими из светящихся точек, – например, из звезд, отдаленных огоньков, – не более, как проявление лучистого строения хрусталика. Насколько этот недостаток глаз всеобщ, видно из того, что всякая лучистая фигура обыкновенно называется звездообразной».

Существует способ освободиться от влияния этого недостатка нашего хрусталика и видеть звезды без лучей, не обращаясь притом к услугам телескопа. Способ этот еще 400 лет назад указан был Леонардо да Винчи.

«Посмотри, – писал он, – на звезды без лучей. Этого можно достигнуть, наблюдая их сквозь малое отверстие, сделанное концом тонкой иглы и помещенное вплотную к глазу. Ты увидишь звезды столь малыми, что ничто другое не может казаться меньше».

Это не противоречит тому, что сказано о происхождении звездных «лучей» у Гельмгольца. Напротив, описанный опыт подтверждает его теорию: смотря сквозь весьма небольшое отверстие, мы пропускаем в свой глаз лишь тонкий световой пучок, проходящий сквозь центральную часть хрусталика и потому не претерпевающий воздействия его лучистой структуры[21]21
  Говоря о «лучах звезд», мы не имеем здесь в виду того луча, который словно протягивается к нам от звезды, когда мы смотрим на нее прищуренным глазом: это явление обусловлено дифракцией света на ресницах глаза.


[Закрыть].

Итак, будь наш глаз устроен совершеннее, мы видели бы на небе не «звезды», а светящиеся точки.