Видны ли с Луны те же созвездия (видны ли они так же), что и с Земли?

На краю Луны видна гора в виде зубца высотой 1". Рассчитайте ее высоту
в километрах.

Используя формулы (§ 12.2), определите диаметр лунного цирка Альфонс
(в км), измерив его на рисунке 47 и зная, что угловой диаметр Луны, видимый
с Земли, составляет около 30', а расстояние до нее около 380 000 км.

>. ПЛАНЕТЫ МЕРКУРИЙ, ВЕНЕРА И МАРС

1. Околосолнечные планеты. Близость Венеры и особенно Меркурия
к ослепительному Солнцу, а также отсутствие возможности наблю-
дать их диски на небе целиком, когда планеты ближе всего к Зем-
ле, очень затрудняют изучение поверхности и атмосферы этих
планет. Лишь в последние годы радиолокационные наблюдения
Венеры и Меркурия, фотографирование их с близкого расстояния

60

 

автоматическими станциями и другие методы впервые дали надежные
сведения о вращении этих планет вокруг оси и о строении их по-
верхности.

Меркурий, ближайшая к Солнцу планета, немногим больше Луны,
но средняя плотность ее почти такая же, как и у Земли. Радиона-
блюдения обнаружили крайне медленное вращение Меркурия. Звезд-
ные сутки его, т. е. период вращения вокруг оси относительно
звезд, равны 58,65 наших суток. Солнечные сутки на этой планете
(т. е. промежуток времени между последовательными полуднями) со-
ставляют около 176 земных суток. Они равны двум меркурианским
годам, так как один оборот вокруг Солнца Меркурий делает за 88
земных суток. (Более точные числовые данные о планетах см. в при-
ложении V.)

Атмосфера на Меркурии практически отсутствует. Поэтому днев-
ное полушарие его сильно накаляется. В подсолнечной точке на
Меркурии была измерена температура более +300° С. При такой
температуре плавится свинец.

Поверхность Меркурия усеяна кратерами настолько густо, что
на фотографиях ее трудно отличить от поверхности Луны (рис. 52).

Венера лишь немногим меньше Земли по объему и массе. Еще
Ломоносов и его современники обнаружили существование у Венеры

Рис. 52. Сравнение Луны и Меркурия в одинаковой фазе:

Луна — слева, Меркурий — справа (масштаб этих фотографий неоди-
наков).

 

атмосферы. Ломоносов правильно полагал, что она плотнее, чем
земная. Позднее на основе спектральных наблюдений было установ-
лено, а затем и подтверждено исследованиями, выполненными со-
ветскими автоматическими станциями, что атмосфера Венеры в
основном состоит из углекислого газа. Венера окутана сплошным
покровом белых облаков, прозрачным только для радиоволн.

Радионаблюдения выявили, что Венера вращается вокруг оси в
сторону, противоположную той, в которую вращаются все планеты
(кроме Урана) и в которую она сама обращается вокруг Солнца.
Солнечные сутки на ней составляют 117 земных суток. (Звездные
периоды вращения всех планет приведены в таблице V приложения.)
Наклон оси Венеры к плоскости ее. орбиты близок к прямому углу,
так что на ней нет смены времен года

С 1961 г. начались запуски к Венере советских автоматиче-
ских станций. Некоторые станции имели аппараты, спускавшиеся
на Венеру на парашюте, автоматические приборы которых измеряли
характеристики ее атмосферы на различной высоте и у поверхности
и передавали эти сведения по радио на Землю. Магнитного поля Ве-
неры эти приборы не обнаружили. У поверхности они зарегистри-
ровали температуру 470—480° С и давление 95—97 атмосфер
(«107 Па). Выяснилось, что на 97% по массе атмосфера Венеры
состоит из углекислого газа. Азот и инертные газы составляют лишь
несколько процентов, кислород — около 0,1%, а водяной пар еще
меньше.

Крайне высокая температура в нижних слоях атмосферы Венеры
и на ее поверхности в большой мере обусловлена так называемым
«парниковым эффектом». Солнечные световые лучи поглощаются в
нижних слоях и, излучаясь обратно в виде инфракрасных лучей, за-
держиваются ее облачным слоем, как тепло в парниках. С вы-
сотой над поверхностью температура понижается, и в стратосфере
Венеры царит мороз.

В видимых лучах облака Венеры совершенно однородны и белы,
но в ультрафиолетовых отчетливо видна структура облачного слоя
(рис. 53), говорящая о происходящих движениях газа в верхних
слоях атмосферы. Скорость ветров, составляющая всего несколько
метров в секунду в нижних слоях атмосферы, на высотах около
50 км достигает 60 м/с. Через облака Венеры (состоящие, по-
видимому, из капелек серной кислоты с небольшой примесью
других химических соединений) поверхность планеты не видна.
Радиолокационные исследования, проводимые как с Земли, так и с
борта автоматических межпланетных станций, позволили составить
карты рельефа поверхности Венеры. Оказалось, что поверхность
планеты в основном гладкая, хотя на ней найдены горные хребты
и кратеры.

Телевизионные камеры советских автоматических станций, опу-
щенные на поверхность планеты, впервые в мире передали на Землю
панорамы окружающей их безжизненной каменистой местности
(в 1975 г. — в черно-белом изображении («Венера-9 и -10»), а в
1982 г. — в цветном («Венера-13 и -14»)).

62

 

2. Марс. По размеру планета за-
нимает промежуточное положение
между Землей и Луной. Марс вдвое
меньше Земли по диаметру. Его
орбита имеет значительный эксцент-
риситет, поэтому, когда Марс нахо-
дится в противостоянии вблизи пери-
гелия, он сияет на небе, уступая по
яркости только Венере. Такие про-
тивостояния называются велики-
ми и повторяются через 15 и 17 лет.

В небольшой телескоп легче всего
заметить белые полярные шапки на
полюсах планеты, состоящие из льда
и замерзшего углекислого газа. Из-
редка на Марсе происходят мощные
пылевые бури иногда длящиеся
месяцами, поднимающие в воздух

колоссальнейшие количества мельчайших пылинок. Таким образом,
подтверждается существование там песчаных пустынь, определив-
ших собой оранжевый цвет Марса в целом. Судя по пылевым
бурям, на Марсе могут быть сильные ветры, дующие со скоростями
в десятки метров в секунду.

Марс, подобно Луне и Меркурию, усеян кратерами (рис. 54).
Как и на Луне, они в основном образуются от ударов метеоритов.
Форма марсианских кратеров свидетельствует о явлениях выветри-
вания и выравнивания его поверхности.

Существование на Марсе атмосферы было установлено уже дав-
но. Однако эта атмосфера очень разрежена, и ее давление пример-
но в 100 раз меньше земного. В основном она состоит из углекис-
лоты. Кислорода и водяного пара в ней крайне мало, но иногда
можно наблюдать редкие белые облака и туман, чаще над поляр-
ными шапками.

Вода на Марсе из-за низкого атмосферного давления в основ-
ном может существовать только в виде льда.

Рис. 54. Сравнение кратеров (слева направо) на Марсе, Луне и Меркурии.

Рис. 53. Фотография Венеры, оку-
танной облаками, полу-
ченная космической стан-
цией.

 

Год Марса почти вдвое длиннее земного, есть там и смена вре-
мен года, так как ось суточного вращения Марса наклонена к
плоскости его орбиты, почти как земная.

На поверхности Марса заметны темные пятна на общем оранже-
вом фоне (см. форзац). Темные пятна на Марсе назвали «морями»,
а оранжевые пространства — «пустынями». По видимому пе-
ремещению пятен на диске установлена продолжительность сол-
нечных суток на Марсе 24 ч 37,4 мин, почти как на Земле.

Суточные температурные изменения на Марсе достигают
80—100 °С.

На экваторе температура редко поднимается даже летом до
0°С, а к ночи она падает до жестокого мороза (—70; —100 °С),
особенно холодно на полюсах (до —130 °С).

Суровые условия на Марсе являются следствием того, что Марс
в 1,5 раза дальше от Солнца, чем Земля, и получает энергии от него
в два с лишним раза меньше, а ночью грунт из-за разреженности
атмосферы остывает очень быстро. "

Объем наших сведений о Марсе резко возрос благодаря исполь-
зованию автоматических станций-лабораторий, выведенных на орби-
ту вокруг Марса в качестве его искусственных спутников. По ко-
манде с Земли они производили фотографирование поверхности пла-
неты. Несколько космических аппаратов опускалось на поверхность
Марса. Получены тысячи фотографий планеты с разного расстоя-
ния, на основе которых составлены подробные карты планеты. На
Марсе обнаружено несколько гигантских, по-видимому, давно
потухших вулканов. Высота самого большого из них составляет
27 км. Между отдельными участками поверхности планеты, как и на
Земле, имеются большие перепады высот. Обнаружены на Марсе
и каньоны, которые по своим масштабам напоминают земные русла
высохших рек.

Несмотря на крайне суровые физические условия, Марс явля-
ется единственной планетой нашей Солнечной системы, на которой
можно было ожидать существование примитивных форм жизни.
Биологические эксперименты по обнаружению следов органической
жизни (хотя бы в форме бактерий), проведенные автоматическими
космическими аппаратами «Викинг-1 и -2», не привели к положи-
тельному результату.

15 1- С Земли на Луне в телескоп видны объекты размером 1 км. Каков наи-
меньший размер деталей, видимых с Земли на Марсе в такой же телескоп во
время противостояния (на расстоянии 55 млн. км)?

2. Пользуясь таблицей V приложения, определите по цветным рисункам Марса
(см. форзац) примерное значение диаметра его полярной шапки (в км), сравнивая
ее размеры с диаметром изображения Марса на рисунке (его можно измерить
с помощью циркуля и линейки).

64

 

ПЛАНЕТЫ-ГИГАНТЫ

Из четырех гигантских планет
лучше всего изучен Юпитер —
самая большая планета этой груп-
пы и ближайшая из планет-ги-
гантов к нам и Солнцу. Период
его обращения вокруг Солнца
около 12 лет. Ось вращения Юпи-
тера почти перпендикулярна к пло-
скости его орбиты, поэтому смены
времен года на нем нет.

У всех планет-гигантов враще-
ние вокруг оси довольно быст-
рое, а плотность мала. Вследствие
этого они значительно сжаты.

Все планеты-гиганты окружены мощными протяженными атмо-
сферами, и мы видим лишь плавающие в них облака, вытянутые
полосами, параллельными экватору. Полосы облаков видны на Юпи-
тере даже в слабый телескоп (см. форзац). Юпитер вращается
зонами — чем ближе к полюсам, тем медленнее. На экваторе пе-
риод вращения 9 ч 50 мин, а на средних широтах на несколько
минут больше. Аналогичным образом вращаются и другие планеты-
гиганты.

Поскольку планеты-гиганты находятся далеко от Солнца, их
температура (по крайней мере над их облаками) очень низка: на
Юпитере —145 °С, на Сатурне —180 °С, на Уране и Нептуне еще
ниже.

Атмосферы планет-гигантов содержат в основном молекулярный
водород, есть там метан СН4 и, по-видимому, много гелия, а в
атмосфере Юпитера и Сатурна обнаружен еще и аммиак NH3. От-
сутствие полос NH3 в спектрах более далеких планет объясняется
тем, что он там вымерз. При низкой температуре аммиак конден-
сируется, и из него, вероятно, состоят видимые облака Юпитера.

Теоретически построены модели массивных планет, состоящих
из водорода и гелия. В центре планеты температура может дости-
гать нескольких тысяч градусов. Плотность газовой атмосферы у
основания около 100 кг/м3. Малая средняя плотность планет-ги-
гантов может объясняться тем, что она получается делением мас-
сы на видимый объем, а объем мы оцениваем по непрозрачному
слою обширной атмосферы. Малая плотность и обилие водорода от-
личают планеты-гиганты от остальных планет.

Исключительным образованием в Солнечной системе казалось яр-
кое кольцо толщиной не более чем в несколько километров, окру-
жающее Сатурн (см. форзац). Оно расположено в плос-
кости экватора Сатурна, которая наклонена к плоскости его орби-
ты на 27°. Поэтому в течение 30-летнего оборота Сатурна вокруг
Солнца кольцо видно нам то довольно раскрытым, то точно с реб

Рис. 55. Изменения
Сатурна.

Вида кольца

65

 

pa, когда его можно разглядеть в виде тонкой линии лишь в боль-
шие телескопы (рис. 55). Ширина этого кольца такова, что по не-
му, будь оно сплошное, мог бы катиться земной шар.

Русский ученый А. А. Белопольский, изучив спектр кольца,
подтвердил теоретический вывод о том, что кольцо у Сатурна дол-
жно быть не сплошным, а состоять из множества мелких частиц.
По спектру, используя принцип Доплера — Физо, он установил, что
внутренние части кольца вращаются быстрее, чем наружные, в соот-
ветствии с III законом Кеплера.

Фотографии, переданные автоматическими станциями, запущен-
ными к (Сатурну, показали, что его кольцо состоит из многих сотен
отдельных узких «колечек», разделенных темными промежутками.
Предполагается, что такая структура колец связана с гравитаци-
онным влиянием многочисленных спутников планеты на движение
частиц вещества, образующего кольца.

Система колец Сатурна либо возникла при разрушении некогда
существовавшего спутника планеты (например, при его столкнове-
нии с другим спутником или астероидом), либо же представляет
остаток того вещества, из которого в далеком прошлом образова-
лись спутники Сатурна и которое из-за приливного воздействия
планеты не смогло «собраться» в отдельные спутники.

Недавно были обнаружены очень слабые и тонкие кольца вокруг
Урана и Юпитера. Эти кольца значительно уступают по яр-
кости кольцам Сатурна. Существование колец вокруг больших пла-
нет было предсказано ранее советским ученым С. К. Всехсвятским.

Из остальных данных о плане-
тах заслуживает упоминания факт
осевого вращения Урана в направ-
лении, противоположном тому, в ко-
тором вращаются почти все пла-
неты. Ось его образует с плоскостью
орбиты угол всего лишь 8°, так что он
вращается как бы лежа на боку.
Вследствие этого на планете про-
исходит крайне резкая смена времен
года. Год на Уране продолжается 84
земных года. Только Уран и Венера
вращаются вокруг своей оси не в ту
сторону, в которую вращаются все
остальные планеты.

16 Кольцо Сатурна кажется нам эллипсом.
Измерив отношение осей любого эл-
липса (рис. 55), найдите (с помощью
таблиц тригонометрических функций) угол,
который плоскость кольца составляет с лу-
чом зрения.

▲. Белопольский (1854—1934).

Советский астроном, один из осно-
вателей современных методов
спектральных исследований астро-
номических объектов. Эксперимен-
тально подтвердил принцип Доп-
лера — Физо и оценил лучевые ско-
рости большого количества звезд.
Исследовал вращение колец Сатур-
на и доказал, что они состоят- из
мелких космических тел.

66

 

ДВИЖЕНИЕ ЛУНЫ И СПУТНИКОВ ПЛАНЕТ. ЗАТМЕНИЯ

1. Спутники планет и Луна. У Меркурия и Венеры спутников нет.
У остальных планет, за исключением Земли и Плутона, спутники
неизмеримо меньше своих планет. У Земли имеется лишь один ес-
тественный спутник — Луна. Она меньше Земли по диаметру всего
лишь в 4 раза. У Плутона обнаружен единственный спутник — X а-
р о н, который по размерам всего лишь вдвое меньше, чем са-
ма планета. Самые крупные спутники: Титан (спутник Сатур-
на) иГанимед (третий спутник Юпитера). Они в 1,5 раза больше
Луны по диаметру и немного больше Меркурия. Титан — единствен-
ный спутник, обладающий мощной атмосферой. По температуре и
содержанию различных газов атмосфера Титана значительно отлича-
ется от земной, хотя она также в основном состоит из азота.

С помощью автоматических межпланетных станций удалось полу-
чить с близкого расстояния четкие фотографии спутников Марса и
многих спутников Юпитера и Сатурна. На них хорошо видны
многочисленные детали поверхности: кратеры, трещины, отдельные
неровности. Спутники Юпитера и более далеких планет покрыты
слоем льда с пылью в десятки километров толщиной. На спут-
нике Юпитера — И о было сфотографировано несколько действую-
щих вулканов. Кратерами, главным образом ударного (метеоритно-
го) происхождения, оказались покрыты все спутники, даже столь
малые, как спутники Марса размером около 20 км (рис. 56).

Все спутники, для которых удалось установить вращение вокруг
оси, в том числе и Луна, повернуты к своей планете всегда одной
и той же стороной. Поэтому их звездные периоды вращения равны
периодам их обращения вокруг своих планет, вследствие чего ни
с одной планеты нельзя видеть обратную сторону этих спутников.

Четыре наибольших спутника Юпитера иногда можно разглядеть
даже в призменный бинокль. В телескоп за несколько часов можно
проследить, как спутники заметно перемещаются (рис. 57), иногда
проходят между Юпитером и Землей, а иногда уходят за диск Юпи-
тера или в его тень. Наблюдая периодичность этих затмений спутни-
ков, Ремер в XVII в. открыл, что скорость распространения света
конечна, и установил ее числовое значение.

Многие из спутников планет интересны своим движением; на-
пример, Фобос обращается вокруг Марса втрое быстрее, чем сама
планета вращается вокруг оси. Поэтому для наблюдателя на Мар-
се он дважды в сутки восходит на западе и дважды полностью ме-
няет все фазы, проносясь по небосклону навстречу суточному вра-
щению звезд. Спутники Марса близки к его поверхности. Фобос
находится от поверхности Марса на расстоянии меньшем, чем
диаметр планеты.

Далекие спутники Юпитера и Сатурна очень малы, и некоторые
из них обращаются в сторону, противоположную вращению самой
планеты. У всех спутников Урана плоскости орбит почти перпен-
дикулярные плоскости орбиты Урана и близки к плоскости эквато-
ра планеты.

Ъ7

 

2. Движение Луны. Луна движет-
ся вокруг Земли в ту же сторону,
в какую Земля вращается вокруг
своей оси.

Звездный, или сидерический, ме-
сяц — это период обращения Луны
вокруг Земли относительно звезд;
синодический месяц — это период об-
ращения Луны вокруг Земли относи-
тельно Солнца. Синодический ме-
сяц — это промежуток времени меж-
ду одинаковыми фазами Луны.
Звездный месяц равен 27,3 сут,
а синодический месяц—29,5 сут.

Луна L (рис. 58) проходит за
сутки по своей орбите 360°: 27,3«13°.
За 27,3 сут Земля Т вместе с Луной
пройдет по своей орбите относи-
тельно Солнца дугу ТТЬ почти 27°.
Луне, следовательно, понадобится

еще около 27°: 13° «2 сут, чтобы прийти в прежнее положение
относительно Земли и Солнца. Так и получается, что синодический
месяц, иначе солнечные сутки Луны, составляет около 29,5 земных
суток. Следовательно, на Луне продолжительность дня равна двум
земным неделям и две наши недели составляют там ночь.

Ближайшая к Земле точка эллиптической лунной орбиты назы-
вается перигеем, а наиболее удаленная — апогеем.

Схема, поясняющая смену фаз Луны, показана на рисунке 59.
Когда Луна видна нам как узкий серп, остальная часть ее диска
тоже слегка светится. Это явление называется пепельным
светом и объясняется тем, что Земля освещает ночную сторону
Луны отраженным солнечным светом.

Рис. 57. Примеры изменения расположения четырех главных спутников Юпитера
за три последующих дня.

Рис. 56. Фотография Фобоса —
спутника Марса, сделанная
с одного из искусствен-
ных спутников.

 

3. Лунные и солнечные затмения. Земля и Луна, освещенные Солн-
цем, отбрасывают конусы тени (сходящиеся) и конусы полутени
(расходящиеся). Они изображены на рисунке 60. Когда Луна попа-
дает в тень Земли полностью или частично, происходит полное
или частное затмение Луны С Земли оно видно одновременно
отовсюду, где Луна над горизонтом. Фаза полного затмения Луны
продолжается, пока Луна не начнет выходить из земной тени, и мо-

жет длиться до 1 ч 40 мин. Сол-
нечные лучи, преломляясь в атмо-
сфере Земли, попадают в конус зем-
ной тени. При этом атмосфера сильно
поглощает голубые и соседние с ними
лучи (вспомните спектр), а пропу-
скает внутрь конуса преимуществен-
но красные лучи, которые она погло-
щает слабее. Вот почему Луна при
большой фазе затмения окрашива-
ется в красноватый цвет, а не пропа-
дает совсем. В старину затмения
Луны боялись как страшного пред-
знаменования, считали, что «месяц
обливается кровью». Лунные затме-
ния бывают до трех раз в году, раз-
деленные почти полугодовыми про-
межутками, и, конечно, лишь в п о л-
н о л у н и е.

Солнечное затмение как полное
видно только там, где на Землю
падает пятно лунной тени. Диаметр
пятна не превышает 250 км, и по-
этому одновременно полное затмение

Легко понять, что фазы Земли
и Луны взаимно противоположны.
Когда Луна почти полная, Земля
с Луны видна как узкий серп. На
рисунке 31 представлена фотография
неба и лунного горизонта с Землей,
у которой видна лишь ее освещенная
часть — меньше полукруга.

17 1. Серп Луны вечером обращен вы-
пуклостью вправо и близок к горизонту.
В какую сторону горизонта вы смотрите?

Сегодня верхняя кульминация Луны
произошла в полночь. Когда верхняя
кульминация Луны повторится завтра?

Через какие промежутки времени звез-
ды кульминируют на Луне?

Рис. 58. Различие между звездным
месяцем и синодическим
месяцем.

Рис. 59. Смена лунных фаз (сол-
нечные лучи падают снизу,
вверху изображены лун-
ные фазы, видимые с
Земли).

I 1 ч

69

 

Рис. 60. Схема затмений Луны и Солнца (масштаб рисунка не соблюдается).

Солнца видно лишь на малом участке Земли. Когда Луна пере-
мещается по своей орбите, ее тень движется по Земле с запада
на восток, вычерчивая последовательно узкую полосу полного
затмения (рис. 61).

Там, где на Землю падает полутень Луны, наблюдается част-
ное затмение Солнца (рис. 62).

Вследствие небольшого изменения расстояний Земли от Луны и
Солнца видимый угловой диаметр Луны бывает то больше, то меньше
солнечного, то равен ему. В первом случае полное затмение Солнца
длится до 7 мин 40 с, в третьем — только одно мгновение, а во
втором случае Луна вообще не закрывает Солнца целиком, наблю-
дается кольцеобразное затмение. Тогда вокруг темного диска
Луны виден сияющий ободок солнечного диска.

На основе точного знания законов движения Земли и Луны вы-
числены на сотни лет вперед моменты затмений и то, где и как
они будут видны. Составлены карты, на которых показаны полоса
полного затмения, линии, где затмение будет видно в одинаковой
фазе (изофазы), и линии, относительно которых для каждой мест-
ности можно отсчитать моменты начала, конца и середины затме-
ния. Солнечных затмений в году для Земли может быть от двух до
пяти, в последнем случае непременно частных. В среднем в одном
и том же месте полное солнечное затмение бывает видно чрез-
вычайно редко — лишь однажды в течение 200—300 лет.

Особый интерес для науки представляют полные затмения
Солнца, наводившие ранее суеверный ужас на невежественных лю-
дей. Их считали предзнаменованием войны, конца света.

Астрономы предпринимают экспедиции в полосу полного затме-
ния, чтобы в течение секунд, редко минут полной фазы изучать
внешние разреженные оболочки Солнца, невидимые непосредственно
вне затмения. Во время полного солнечного затмения небо темне-
ет, по горизонту горит заревое кольцо — свечение атмосферы, ос-

70

 

Рис. 61. Перемещение пятна лун- Рис. 62. Последовательность фаз частного