Великий немецкий астроном Иоганн Кеплер (1571–1630), открывший законы движения планет, действительно составлял гороскопы для влиятельных лиц. Однако нужно учесть обстоятельства его жизни, значительная часть которой была омрачена скитаниями и бедностью. Вот как он сам оценивал эту сторону своей деятельности: «Конечно, эта астрология – глупая дочка; но, боже мой, куда бы делась ее мать, высокомудрая астрономия, если бы у нее не было глупенькой дочки. Свет ведь еще гораздо глупее и так глуп, что для пользы своей старой разумной матери глупая дочь должна болтать и лгать. И жалованье математиков так ничтожно, что мать, несомненно, голодала бы, если бы дочь ничего не зарабатывала». О значимости астрологии как науки Кеплер отзывался довольно презрительно: «Астрология есть такая вещь, на которую не стоит тратить времени, но люди в своем невежестве думают, что ею должен заниматься математик». Главное назначение астрологии Кеплер определял так: «Для каждой твари Бог предусмотрел средства к пропитанию. Для астронома он приготовил астрологию».

В своем историческом сочинении «Политика» Аристотель поведал потомкам следующую историю. Фалеса (около 625–547 до нашей эры) попрекали бедностью, утверждая, будто занятия философией никакой выгоды не приносят. Фалес решил опровергнуть это утверждение. Предвидя на основании астрономических данных богатый урожай оливок, он еще зимой раздал в задаток имевшуюся у него небольшую сумму денег всем владельцам маслобоен в Милете и на Хиосе и дешево законтрактовал их, так как никто с ним не конкурировал. Когда наступило время сбора оливок и спрос на маслобойни резко возрос, он собрал много денег, отдавая маслобойни на откуп на выгодных для себя условиях. Так Фалес доказал, что философы могут при желании легко разбогатеть, но не это является предметом их стремлений.

В своих «Законах» Платон утверждал, что все небесные тела – звезды и планеты, в том числе Земля, – живые существа, огромные шароподобные животные. А круговое движение небесных тел совершается по их же (небесных тел) воле, чего не способны понять тупоумные астрономы, тщетно пытающиеся открыть причину и законы этого движения.

Что философ Огюст Конт считал наиболее ярким примером такого знания, которое навсегда останется скрытым от человека, и почему он ошибался?

В 1844 году философ Огюст Конт (1798–1857) подыскивал пример такого знания, которое навсегда останется скрытым от человечества. Он остановился на химическом составе далеких звезд и планет. Конт полагал, что человек никогда не посетит их и, не имея на руках образцов вещества, навсегда лишен возможности узнать его состав. Огюст Конт выбрал на редкость неудачный пример. Всего через три года после его смерти выяснилось, что для определения химического состава удаленных объектов можно использовать спектр их излучения. Астрономическая спектроскопия позволила определить состав газовых оболочек планет Солнечной системы, химический состав Солнца, далеких звезд и галактик.

Древнегреческий философ-материалист Демокрит (около 460 – около 370 до нашей эры) вошел в историю как один из первых представителей атомизма, однако занимался он всеми существовавшими тогда науками – этикой, математикой, физикой, астрономией, медициной, филологией, техникой, теорией музыки и т. д. Астрономические познания Демокрита просто поразительны. Он верил, что из диффузной материи в пространстве спонтанно формируется множество миров, которые эволюционируют, а потом распадаются. Когда никто еще не знал о существовании ударных кратеров, Демокрит размышлял о том, что миры могут случайно столкнуться. Он полагал, что некоторые миры в одиночестве блуждают во мраке космоса, тогда как другие сопровождаются несколькими солнцами и лунами; что некоторые миры обитаемы, а другие лишены растений, животных и даже воды. Задолго до появления простейших оптических средств астрономии Демокрит считал Млечный Путь состоящим в основном из неразличимых звезд.

Анаксагор (около 500–428 до нашей эры) был богатым человеком, но равнодушно относился к своему достатку, ибо был страстно влюблен в науку. Когда его спрашивали, в чем смысл жизни, он отвечал: «В том, чтобы исследовать

Солнце, Луну и небо». Анаксагор был первым, кто со всей определенностью заявил, что Луна светит отраженным светом, и разработал теорию смены лунных фаз. Истолкование лунных фаз и затмений через изменение геометрического взаиморасположения Земли, Луны и самосветящегося Солнца шло вразрез с тщательно оберегавшимися предрассудками того времени. Поэтому учение Анаксагора посчитали настолько опасным, что манускрипты передавали из рук в руки тайно. Два поколения спустя Аристотель ограничился таким объяснением: смена фаз и затмения происходят потому, что они присущи природе Луны (объяснение, которое ничего не объясняет).

В отличие от своих современников, считавших Солнце богом, Анаксагор утверждал, что Солнце и звезды имеют одну и ту же природу и представляют собой гигантские раскаленные камни, а тепла от них мы не чувствуем потому, что они слишком далеки. Анаксагор полагал также, что на Луне есть горы и живые существа (в последнем он ошибался). Относительно размеров нашего светила Анаксагор заявлял, что оно огромно, возможно даже больше полуострова Пелопоннеса, составлявшего треть Греции. Его критики находили, что эта оценка непомерно завышена и просто абсурдна.

Спустя тысячелетие после Демокрита и Анаксагора, около 547 года нашей эры, византиец Косма Индикоплов написал книгу «Христианская топография». Ссылаясь в ней на авторитет Библии, Индикоплов представлял мир в виде продолговатого прямоугольника с центром в Иерусалиме, окруженного океаном и стенами с небесной твердью в форме двойной арки. Над небесной твердью, полагал Индикоплов, находится «царство небесное». Смену дня и ночи Косма Индикоплов объяснял движением Солнца вокруг конусообразного возвышения в северной части земной плоскости.

Изобретателем первого планетария был древнегреческий ученый, математик и механик Архимед (около 287–212 до нашей эры). Эта жемчужина точной механики, описанная в одном из не дошедших до нас трудов Архимеда, была построена в Сиракузах. После захвата Сиракуз римлянами планетарий был перенесен в Рим в качестве военного трофея; впоследствии им восхищался Цицерон.

Закон, открытый Эдвином Хабблом в 1929 году и названный его именем, отражает эмпирическое соотношение между скоростью удаления внегалактических объектов (далекие галактики, квазары и т. д.) и расстоянием до них. Закон этот гласит: все галактики удаляются от нашей со скоростью, пропорциональной их расстоянию до нас. Постоянной (коэффициентом) Хаббла Н0 называют отношение скорости удаления галактики к расстоянию до нее. Если знать количественное значение константы Н0, то можно определить размеры Вселенной и ее возраст (время, прошедшее с момента Большого взрыва). Величина 1/Н0 равна возрасту Вселенной: чем больше значение Н0, тем меньше возраст Вселенной, и наоборот.

Реликтовым называют фоновое космическое излучение, спектр которого соответствует спектру абсолютно черного тела с температурой около 3 градусов Кельвина. Наблюдается это излучение на волнах длиной от нескольких миллиметров до десятков сантиметров; оно практически изотропно. Открытие реликтового излучения стало решающим подтверждением теории горячей Вселенной, согласно которой в прошлом Вселенная имела значительно большую, чем сейчас, плотность материи и очень высокую температуру. Фиксируемое сегодня реликтовое излучение – это информация о давно прошедших событиях, когда возраст Вселенной составлял всего 300–500 тысяч лет, а плотность была около 1000 атомов на кубический сантиметр. Именно тогда температура первородной Вселенной опустилась примерно до 3000 градусов Кельвина, элементарные частицы образовали атомы водорода и гелия и внезапное исчезновение свободных электронов привело к излучению, которое мы сегодня называем реликтовым.

Космология – физическое учение о Вселенной как целом, включающее в себя теорию всей охваченной астрономическими наблюдениями области пространства – Метагалактики как части Вселенной. Термин «космология» иногда можно встретить в старом его значении – как совокупности представлений о мироздании (например, космология древних греков, индийцев, китайцев, майя). В своих далеко идущих выводах космология соприкасается с проблемами философии, изучающей наиболее общие законы существования и развития неживой и живой природы, включая развитие человеческого общества. Космогония занимается вопросами происхождения и эволюции небесных тел (звезд, в том числе Солнца, планет, в том числе Земли, их спутников, астероидов, комет, метеоритов) и звездных систем (звездных скоплений, галактик, туманностей). В своих выводах космогония опирается на материал наблюдений, накопленный всей астрономией (а в планетной космогонии также геологией и другими науками о Земле), и на достижения теоретической и экспериментальной физики.

Согласно самой признанной на сегодня космологической модели, Вселенная возникла в результате так называемого Большого взрыва. До Большого взрыва не было пространства и времени. Лишь после Большого взрыва Вселенная начала расширяться, создавая то пространство и время в четырехмерном измерении, которое и называется «пространство – время». Так как с научной точки зрения нет смысла задавать вопрос, что было до Вселенной, в этом же смысле не надо спрашивать, что было за ее пределами, потому что «пределов» не существовало. Вселенная расширяется не в пространстве, она расширяется вместе с пространством. Периодом Большого взрыва условно называют интервал времени от «нуля» до нескольких сотен секунд. Современные научные знания не позволяют проникнуть в то мгновение, когда начался Большой взрыв, и уловить ту долю секунды, которая была до «нуля». Известные нам законы физики не в состоянии объяснить, что произошло в период между началом Большого взрыва и мгновением через 10^-43 секунды после его начала (эту невообразимо малую часть секунды, выражаемую дробью с единицей в числителе и единицей с 43 нулями в знаменателе, называют временем Планка), как, впрочем, не в состоянии создать и теорию самого начала Большого взрыва. В мгновение 10^-43 секунды Вселенная была бесконечно малой, горячей и плотной. В следующую ничтожно малую долю секунды она сильно изменилась – расширилась от бесконечно малых размеров до размеров грейпфрута с выделением энергии и элементарных частиц – кварков и антикварков. До того момента, когда Вселенная прожила десятитысячную часть секунды, из кварков образовались протоны и нейтроны. Через секунду после начала Большого взрыва температура снизилась до 10 миллиардов градусов; во Вселенной преобладали излучение и такие легкие частицы, как электроны и их античастицы (позитроны). Чуть больше чем через минуту после начала Большого взрыва протоны и нейтроны начали соединяться между собой, образуя ядра гелия, состоящие из двух протонов и двух нейтронов. Большая часть ядер гелия, существующих по сегодняшний день во Вселенной, образовалась в первую четверть часа после начала Большого взрыва. И лишь спустя 300–500 тысяч лет, когда Вселенная, расширившись, остыла до температуры 3000 градусов Кельвина, электроны стали соединяться с ядрами водорода и гелия, образуя первые атомы, произошло «разрежение» космического облака и Вселенная впервые стала прозрачной для света.

То, что спектральные линии удаленных галактик всегда кажутся смещенными к красному, обнаружили Мильтон Хьюмейсон и Эдвин Хаббл в первой половине 1920-х годов. Наблюдения, которые затем в 1928 году осуществил Хаббл, были использованы им при формулировании носящего его имя закона, отражающего зависимость скорости удаления галактики от расстояния до нее. Указанное красное смещение интерпретируется как эффект Доплера, вызванный расширением Вселенной, и у этой гипотезы больше всего сторонников. Тем не менее небольшая группа ученых во главе с Хелтоном Арпом считает, что причина этого явления пока еще не вполне ясна. Их доводы основаны на результатах наблюдения некоторых удаленных двойных объектов, кажущихся связанными, но имеющих достаточно разное красное смещение. В природе существует и другой тип красного смещения – так называемое гравитационное красное смещение, которое предвидел Альберт Эйнштейн в общей теории относительности. Гравитационное красное смещение проявляется, как и обычное, в смещении спектра света к красной части. Но возникает оно по другой причине: когда свет попадает в очень сильное гравитационное поле, он теряет энергию, что приводит к уменьшению частоты световых волн и изменению цвета – покраснению.

Открытый Исааком Ньютоном в XVII веке закон всемирного тяготения является одним из универсальных законов природы. Согласно этому закону, все материальные тела притягивают друг друга, причем величина силы тяготения не зависит от физических и химических свойств тел, от состояния их движения, от свойств среды, где находятся тела. На Земле тяготение проявляется прежде всего в существовании силы тяжести, являющейся результатом притяжения всякого материального тела Землей. Формулируется закон всемирного тяготения следующим образом: каждые две материальные частицы притягивают друг друга с силой, прямо пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними; сила направлена вдоль прямой, соединяющей эти частицы. Коэффициент пропорциональности в указанном соотношении называют универсальной гравитационной постоянной. Под «частицами» подразумеваются тела, размеры которых пренебрежимо малы по сравнению с расстояниями между ними, то есть материальные точки. С открытием закона всемирного тяготения эмпирически открытые Кеплером законы движения планет, дотоле не имевшие объяснения, свелись к действию на планеты одной-единственной силы, направленной к Солнцу. Действие этого же закона обусловливает движение всех остальных тел Солнечной системы (спутников планет, астероидов, комет, метеоритов), а также взаимное движение любой другой пары объектов во Вселенной (звезд, галактик, скоплений галактик).

Космические лучи – это поток стабильных частиц высоких энергий (от одного до триллиона гигаэлектронвольт, что приблизительно в тысячу раз выше энергии частиц, вырабатываемых ускорителями), приходящих на Землю из мирового пространства (первичное излучение), а также рожденное этими частицами при взаимодействиях с атомными ядрами атмосферы вторичное излучение, в состав которого входят все известные элементарные частицы. Первичное космическое излучение изотропно в пространстве и неизменно во времени; в его состав входят протоны (около 90 процентов), альфа-частицы (около 7 процентов) и другие атомные ядра вплоть до самых тяжелых, а также небольшое количество электронов, позитронов и гамма-квантов. До сих пор источники космического излучения являются неразгаданной тайной. В частности, все еще неясно, имеют ли они исключительно галактическое или также и внегалактическое происхождение. И почему Вселенная пронизана потоками этих частиц. Поскольку основную часть космического излучения составляют заряженные частицы, чувствительные к действию магнитного поля Галактики, а также магнитных полей близких небесных тел, то космические лучи постоянно отклоняются, из-за чего абсолютно невозможно определить направление, откуда они пришли. Принято, однако, считать, что подавляющая часть первичных космических лучей приходит на Землю из Галактики и лишь небольшая их часть связана с активностью Солнца. Космические лучи с энергией выше 108 ГэВ, возможно, приходят из Метагалактики. Наиболее вероятные источники галактических космических лучей – вспышки сверхновых звезд и образующиеся при этом пульсары. Заряженные частицы ускоряются, по-видимому, электромагнитными полями, возникающими в пульсарах или в окружающих их турбулентных плазменных оболочках. Сильные магнитные поля закручивают релятивистские электроны, что вызывает интенсивное синхротронное излучение из областей, где рождаются космические лучи. Ускоренные заряженные частицы рассеиваются межзвездными магнитными полями и достигают Земли в среднем через 20—100 миллионов лет в виде изотропного излучения. Космические лучи – уникальный естественный источник частиц сверхвысоких энергий, позволяющий изучать процессы взаимодействия элементарных частиц и их структуру. Многие элементарные частицы были открыты при исследовании космических лучей. Наряду с этим космические лучи дают возможность обнаруживать и изучать астрофизические процессы, происходящие в глубинах Вселенной. За открытие космических лучей (в 1912 году) австрийский физик В. Ф. Гесс в 1936 году был удостоен Нобелевской премии.

В 2003 году с помощью запущенного NASA (Национальным управлением США по аэронавтике и исследованию космического пространства) космического зонда, оснащенного специальной аппаратурой, были проведены измерения температуры фонового микроволнового (реликтового) излучения с точностью до миллионной доли градуса. Результаты этих измерений позволили установить, что возраст Вселенной составляет 13,7 миллиарда лет и что формирование первого поколения звезд началось спустя 200 миллионов лет после Большого взрыва.

Астрономы способны непосредственно наблюдать только объекты, испускающие электромагнитное излучение, в том числе свет (одно из немногих исключений – нейтрино). Однако значительная часть космического вещества может и сама не излучать света и не освещаться близкой звездой, оставаться совершенно непрозрачной и не отражать никакого излучения (как, например, это происходит с углем). Или, наоборот, быть столь прозрачной, что ее невозможно заметить и при освещении (например, если она состоит из ряда кристаллов, газа или элементарных частиц). В астрономии, а еще чаще в космологии такую материю называют темной. Тем не менее в темной материи происходят некие процессы, поскольку различные формы материи и энергии проявляются во взаимосвязи. Кроме того, масса и гравитационное поле темной материи влияют на движение наблюдаемых небесных объектов – звезд, галактик и их скоплений. Наблюдения сверхновых в далеких галактиках привели астрономов к выводу об ускоренном характере расширения Вселенной, что свидетельствует о наличии в ней также скрытой (темной) энергии. Согласно современным представлениям, видимая (наблюдаемая) материя составляет всего около 4 процентов общей массы Вселенной, а остальная ее масса проявляется в форме темной материи (около 23 процентов) и темной энергии (около 73 процентов).

Изучение скоплений и сверх-скоплений галактик позволяет создать модель Вселенной в большом масштабе, то есть определить, как распределяется материя внутри очень большого пространства. В этом смысле самый значительный результат, полученный космологией за последние 50 лет, заключается в том, что Вселенная, похоже, состоит из больших полых пузырей, пересекающихся друг с другом, в результате чего они напоминают губку. В таком контексте скопления и сверх-скопления галактик распределяются по стенкам пузырей, образуя волокнистые структуры длиной в десятки миллионов световых лет. Эти пузыри представляют собой полости, содержащие темную материю. Изучение динамики движения галактик (их взаимного удаления, вызванного расширением Вселенной) показало, что в направлении созвездия Стрельца, видимо, существует огромная концентрация материи, так называемая великая точка притяжения, которая своей гравитацией притягивает даже Местное сверх-скопление галактик.

Космические вспышки гамма-излучения – это бурные взрывы, ежедневно происходящие в небе. Они в течение нескольких секунд высвобождают огромное количество электромагнитного излучения высокой энергии – гамма-лучей. Вспышки эти происходят совершенно неупорядоченно, предсказать время и место очередной вспышки гамма-излучения невозможно. Наиболее вероятными из возможных источников вспышек гамма-излучения считают либо взрывы очень крупных звезд (так называемых сверхновых), либо слияние двух нейтронных звезд или черной дыры и нейтронной звезды. Равномерность распределения источников вспышек гамма-излучения по небесной поверхности приводит к выводу, что они находятся в галактиках, расположенных на космологических расстояниях, то есть на расстояниях в несколько миллиардов световых лет (если бы вспышки порождались звездами Млечного Пути, они чаще проявлялись бы на галактическом диске, где звезды сконцентрированы интенсивнее). Если вспышки гамма-излучения действительно происходят на таких расстояниях, то энергия, испускаемая источником вспышки за время от нескольких секунд до пары минут, сравнима с энергией, излучаемой 100 звездами вроде Солнца в течение 10 миллиардов лет.

Нейтрино – это элементарные частицы, не имеющие электрического заряда. В 1931 году швейцарский физик Вольфганг Паули высказал предположение об их существовании, а экспериментально оно было доказано в 1956 году. Долгое время считалось, что нейтрино имеют нулевую массу покоя, однако результаты последних исследований показали, что масса нейтрино, видимо, отлична от нуля, хотя и очень мала (меньше ¹/_{25 000} массы электрона). С точки зрения астрофизики нейтрино имеют огромное значение. Они во множестве возникают во время ядерных реакций, идущих в звездах, а потому представляют собой уникальный сверхбыстрый вид «транспорта», способный донести к Земле прямую информацию из ядра Солнца. Нейтрино всегда образуются и во время взрыва сверхновой. В космологии считается, что из нейтрино (если их масса не равна нулю) могут состоять целые участки темной материи. С Земли можно обнаружить только те нейтрино, которые образованы в Солнце. Единственный случай обнаружения другого источника нейтрино имел место во время взрыва сверхновой 1987А в Большом Магеллановом Облаке.

Звездной величиной называют физическую единицу измерения светимости небесных объектов. Первую попытку классифицировать (занести в каталог) звезды на основании их светимости предпринял греческий астроном Гиппарх Никейский во II веке до нашей эры. Его работу продолжил во II веке нашей эры Клавдий Птолемей. Они разделили звезды на 6 классов. Самые яркие назвали звездами 1-й звездной величины, а 6-ю звездную величину присвоили звездам, еле видимым невооруженным глазом. Приблизительность в делении звезд на классы светимости была преодолена в середине XIX века английским астрономом Норманом Погсоном. Заметив, что разница в светимости между соседними классами составляет примерно 2,5 раза (например, звезда 3-й звездной величины приблизительно в 2,5 раза ярче звезды 4-й звездной величины), а между звездами 1-й и 6-й звездной величины, которые различаются на 5 звездных величин, существует соотношение светимостей 100: 1, Погсон установил шкалу звездных величин, по которой соотношение между соседними классами составляет 2,512: 1 (2,512 является корнем пятой степени из 100). Таким образом, была сохранена прежняя классификация, получившая при этом математическое обоснование. Со временем аппаратура стала совершеннее и появилась возможность измерять светимость звезд более точно: до десятых, а затем и сотых долей звездной величины. У ярких звезд звездная величина составляет, например: для Денеба 1,25; Альдебарана 0,85; Веги 0,04. По этой шкале у самых ярких звезд звездная величина имеет отрицательное значение: Сириус —1,46; Канопус —0,72; Арктур —0,04. Термином «звездная величина» обозначают также светимость таких диффузных объектов, как туманности и галактики (в этом случае «звездная величина» берется в целом для всей поверхности объекта).

Земные единицы измерения расстояния не подходят для измерения огромных расстояний между небесными объектами, поэтому в астрономии используют три другие основные единицы измерения. Внутри Солнечной системы обычно пользуются «астрономической единицей» (а. е.), равной среднему расстоянию от Земли до Солнца – 149 600 000 километров. По этой измерительной шкале Марс находится на расстоянии 1,52 астрономической единицы от Солнца. Для оценки межзвездных расстояний применяют две единицы измерения: световой год и парсек. Световой год равен расстоянию, которое проходит свет за год, перемещаясь, как известно, со скоростью 300 000 километров в секунду. Легко убедиться, что световой год равен приблизительно 9460 миллиардам километров. Например, самая близкая к Солнцу звезда (Проксима Кентавра) расположена от нас на расстоянии примерно 4,2 световых года. Профессиональные астрономы часто пользуются вместо светового года парсеком. Парсек определяется как такое расстояние, с которого радиус земной орбиты виден под углом в одну секунду дуги. Это очень маленький угол: под таким углом монета в одну копейку видна с расстояния в три километра. Один парсек (пк) составляет около 3,26 светового года, то есть приблизительно 30 триллионов километров. Кратные единицы измерения – килопарсек (кпк), равный 1000 парсеков, и мега-парсек (Мпк), равный 1 миллиону парсеков, – используют для оценки расстояний до внегалактических объектов. Галактика Андромеды находится на расстоянии около 2,2 миллиона световых лет, или 675 килопарсеков.

Основным методом измерения астрономических расстояний является метод годичного параллакса. Это чисто геометрический метод, центральная идея которого довольно проста. Относительно близкая звезда, наблюдаемая из разных мест космоса, визуально смещается на фоне более далеких звезд. Для наблюдения целесообразно выбрать два возможно более удаленных друг от друга места. Для этого можно использовать обращение Земли вокруг Солнца. Так как среднее расстояние Земля – Солнце равняется 150 миллионам километров, два наблюдения, проведенные с интервалом в 6 месяцев, будут осуществлены из двух мест космоса, находящихся на расстоянии приблизительно 300 миллионов километров, что составляет диаметр земной орбиты. Измерив видимый угол смещения звезды из двух разных мест, можно вычислить расстояние до нее тригонометрическими методами. Таким образом, годичный параллакс звезды – это малый угол (при звезде) в прямоугольном треугольнике, гипотенуза которого есть расстояние от Солнца до звезды, а малый катет – большая полуось земной орбиты. Другими словами, годичный параллакс – это угол, под которым из точки, в которой находится звезда, виден радиус земной орбиты. Концептуальная простота метода годичного параллакса не означает такую же простоту измерений, потому что углы измерения из-за больших расстояний до звезд ничтожно малы. С помощью метода годичного параллакса можно измерить расстояния до звезд, находящихся не более чем в 100 световых годах от Земли.

Одно из важных следствий общей теории относительности заключается в том, что гравитационное поле воздействует даже на свет. Проходя вблизи очень больших масс, световые лучи отклоняются. Чтобы объяснить идею гравитационных линз, предположим, что мы наблюдаем в небе массивный объект (например, галактику), за которым спрятан другой объект, значительно более удаленный. Подобно тому, как стеклянная линза воздействует на лучи света, отклоняя их от прежнего направления, так и ближний объект своим гравитационным полем может отклонить расходящиеся световые лучи, идущие от объекта, расположенного за ним, фокусируя их. Подобный эффект назвали гравитационной линзой. К сожалению, гравитационная линза ведет себя не столь «идеально», как оптическая. Изображение увеличивается неравномерно и по-разному искривляется в зависимости от типа объекта, проявляющего свойства линзы, и направления световых лучей, идущих мимо него. Наиболее часто встречающиеся конфигурации – это двойные или множественные изображения одного и того же объекта (отстоящие друг от друга на несколько десятых долей угловой секунды) или угловое смещение изображения источника. Идеальная ситуация – когда источник света, линза и наблюдатель находятся на одной прямой. В этом случае изображение источника имеет вид светового нимба. Диаметр такого нимба, так называемого кольца Эйнштейна, является одним из важнейших параметров для вычисления массы объекта, играющего роль линзы.

Наиболее распространенными во Вселенной являются самые легкие элементы – водород и гелий. Солнце, звезды, межзвездный газ по числу атомов на 99 процентов состоят из них. На долю всех других, в том числе самых сложных «тяжелых», элементов приходится менее 1 процента. По массе 76,5 процента приходится на водород, 21,5 процента – на гелий, 0,3 процента – на неон, 0,82 процента – на кислород, 0,34 процента – на углерод, 0,12 процента – на азот, 0,12 процента – на железо, 0,07 процента – на кремний, 0,06 процента – на магний, 0,04 процента – на серу. Остаток – 0,13 процента – приходится на все другие элементы. Таким образом, самым распространенным во Вселенной химическим элементом является водород. Невидимый невооруженным глазом, этот газ может быть обнаружен с помощью радиотелескопов по испускаемым радиоволнам длиной 21 сантиметр. Водород заполняет почти все межзвездное пространство, однако он невероятно разрежен: всего один атом на 10 или даже 100 кубических сантиметров. Тем не менее, поскольку межзвездное пространство огромно, огромен и общий объем газа. Некоторые водородные облака «горячие», они имеют температуру до 7500 градусов, в редких случаях температура водорода доходит до миллионов градусов. Существуют также водородные облака большей плотности, в которых на 1 кубический сантиметр приходится от 10 до 100 атомов. Эти облака гораздо холоднее: их температура может опускаться до – 200 градусов Цельсия.

Если бы Вселенная была бесконечна в пространстве и времени, то в любом направлении на луче зрения оказалась бы какая-нибудь звезда. Вся поверхность ночного неба должна была бы представляться ослепительно яркой, подобно поверхности Солнца. Противоречие указанного утверждения с тем, что мы наблюдаем в действительности, называют парадоксом Ольберса – Шезо. Этот парадокс невозможно объяснить в рамках теории стационарной Вселенной. Однако его легко устранить, если учесть, что Вселенная возникла в результате так называемого Большого взрыва и что ее возраст составляет «всего» 13,7 миллиарда лет. Самые далекие объекты, которые мы способны увидеть, находятся от нас на расстоянии не более 13,7 миллиарда световых лет, а свет от более удаленных до нас еще просто не успел дойти к нам (скорость света, как известно, не бесконечна и составляет 300 000 километров в секунду). Вот почему ночное небо темное.

Большой взрыв создал только два химических элемента – водород и гелий (и небольшие количества дейтерия и лития). Все остальные элементы, заполняющие таблицу Менделеева, появились только после возникновения звезд. В их недрах в ходе термоядерных реакций синтеза постепенно образовались азот, кислород, углерод и более тяжелые элементы. Эволюция крупных звезд завершается их взрывами, после которых накопившиеся в таких звездах элементы рассеиваются в пространстве, загрязняют облака межзвездного газа и в свой час служат исходным сырьем для возникновения новых звезд. В мире, в котором мы живем, идет постоянная переработка первородной материи – Вселенная обогащается тяжелыми элементами, а самых легких становится все меньше. Из образовавшихся в звездных недрах химических элементов состоит и наша Земля, и все живые существа на ней, в том числе люди. Поэтому все мы в определенном смысле дети звезд.

Наша Галактика (Млечный Путь) вместе с галактикой Туманность Андромеды входит в небольшую группу из 30–40 галактик, которую астрономы называют Местной группой галактик. Наиболее удаленная из галактик Местной группы отстоит от Солнца примерно на 3 миллиона световых лет. Самая близкая – карликовая эллиптическая галактика в созвездии Стрельца Sag DEG (Sagittarius Dwarf Elliptical Galaxy) – удалена от Солнца на расстояние 80 тысяч световых лет. До 1994 года о существовании этой галактики не подозревали – главным образом из-за ее низкой светимости, а также потому, что ее границы очень замаскированы звездами Млечного Пути. Входящие в Местную группу галактики подразделяют на два «семейства» и нескольких «одиночек». Центром первого «семейства» является наша Галактика, образующая вместе с Большим и Малым Магеллановыми Облаками тройную систему (такие нередко встречаются во Вселенной). Сюда же относятся карликовые галактики Тельца, Малой Медведицы, Дракона, Секстанта, Скульптора, Печи, Льва и Малого Льва (они названы по созвездиям, где находятся), а также целая серия галактик-пигмеев. Все они – фактически спутники нашей Галактики, как и Магеллановы Облака. Второе «семейство» образовано туманностью Андромеды и ее спутниками (два близких и несколько далеких). Среднее расстояние между галактиками Местной группы на порядок (т. е. примерно в 10 раз) больше их средних размеров. Местная группа галактик, похоже, обречена на слияние с большим звездным скоплением Девы, которое находится в центре области сверхгигантских галактик.

Космическое радиоизлучение было открыто в декабре 1931 года американским физиком Карлом Янским (1905–1950), который изучал природу шумов, мешающих радиосвязи, а также причины помех в дальних телефонных линиях. С помощью построенной им 30-метровой антенны, напоминающей дождевальную установку, он неожиданно обнаружил радиоизлучение на волне 14,7 метра, исходящее из обширной области в центре Млечного Пути. Астроном-любитель и радиолюбитель Грот Ребер, узнав о работах Янского, сконструировал параболическую антенну диаметром 9 метров и открыл источники радиоизлучения в созвездиях Стрельца, Лебедя, Кассиопеи, Малого Пса, Кормы и Персея. Он же установил, что Солнце также является источником радиоволн. Так родилась радиоастрономия, позволившая открыть радиогалактики, пульсары, межзвездный газ и реликтовое излучение.

Большое и Малое Магеллановы Облака – две близкие к нам галактики, спутники нашей Галактики (Млечного Пути). Они видны на небе в Южном полушарии невооруженным глазом (соответственно в созвездиях Золотой Рыбы и Тукана). Названы они в честь Фернана Магеллана, потому что впервые были описаны его спутником и биографом Пигафеттой. Расстояние до Большого Магелланова Облака составляет приблизительно 150 тысяч световых лет, до Малого Магелланова Облака – 170 тысяч световых лет. На небе Магеллановы Облака занимают значительную площадь. Большое Облако имеет поперечник 12 угловых градусов, что в 24 раза превосходит поперечник лунного диска, Малое – 8 угловых градусов. Однако по истинным размерам Большое Магелланово Облако не превышает половину нашей Галактики, а Малое – не больше пятой ее части. Кроме того, они менее плотно заполнены звездами. Большое Магелланово Облако содержит 5 миллиардов звезд (всего ¹/₂₀ от их числа в нашей Галактике), Малое – только 1,5 миллиарда звезд. В одном из звездных скоплений Большого Магелланова Облака находится звезда S Золотой Рыбы, фотометрическая светимость которой в 120 тысяч раз превышает солнечную. В центре Большого Магелланового Облака находится также гигантская газово-пылевая диффузная туманность, названная Тарантулом. Если бы эта туманность находилась от нас на расстоянии туманности Ориона (около 1500 световых лет), то освещенные ее светом предметы на Земле давали бы заметные тени. В феврале 1987 года в Большом Магеллановом Облаке вспыхнула сверхновая звезда, которую можно было видеть невооруженным глазом.

С 1963 году астрономы стали открывать необыкновенные объекты, получившие в конце концов название квазар (quasar – quasi stellar radiosource – квази-звездный радиоисточник). В телескоп (или на фотографиях) почти все они неотличимы от звезд. Однако по интенсивности радиоизлучения квазары сравнимы с самыми мощными радиогалактиками, состоящими из десятков миллиардов звезд, а в оптическом диапазоне они излучают в сотни раз интенсивнее, чем обычные галактики. Квазары имеют также повышенную интенсивность ультрафиолетового излучения, наблюдаются выбросы газа и релятивистских частиц. Поражает исключительная компактность квазаров: их размеры значительно меньше светового года (у галактик они составляют 50—100 тысяч световых лет). Квазары показывают самые большие из известных значения красного смещения линий в спектре, а следовательно, являются самыми далекими от нас объектами. Большинство их находятся от нас на расстоянии более 10 миллиардов световых лет – видимо, они образовались, когда возраст Вселенной достиг всего 2–3 миллиардов лет. В последние годы множатся доказательства того, что вокруг центрального тела квазара располагается протяженная оболочка, светимость которой по порядку соответствует светимости обычной галактики, а диаметр сходен с размерами галактик. На этом основании в настоящее время принято считать, что квазар – это аномально активное ядро галактики.

Наша Галактика (Млечный Путь) имеет сложную форму, в первом приближении ее можно сравнить с гигантской чечевицей (линзой). Подавляющая часть галактического вещества (звезд, межзвездного газа, пыли) занимает объем линзо-образной формы поперечником около 100 тысяч световых лет и толщиной в центральной части около 12 тысяч световых лет. Другая (значительно меньшая) часть галактического вещества заполняет почти сферический объем с радиусом около 50 тысяч световых лет. Центры линзо-образной и сферической составляющих Галактики совпадают.

В 1997 году шведские и американские астрономы, изучая туманность Бумеранг с помощью крупного телескопа, установленного в Чили, обнаружили, что окраины этой туманности – самое холодное место во Вселенной. Температура газа составляет здесь менее 3 градусов Кельвина, то есть ниже минус 270 градусов Цельсия. В земных лабораториях получены и более низкие температуры, но в природе большего холода не найдено. Туманность Бумеранг представляет собой облако газа и пыли, выбрасываемое умирающей звездой со скоростью более 150 километров в секунду. Это облако охлаждается в результате того же процесса, что и в домашних компрессионных холодильниках – в результате быстрого расширения газа.

Астрономы полагают, что около 1 процента межзвездной материи составляет пыль, она является одним из двух основных компонентов диффузных туманностей (второй компонент – газ). Считается, что пыль образуется в верхних холодных слоях гигантских красных звезд, находящихся почти в конце своего существования: мельчайшие частички твердого вещества конденсируются из газа. В конце концов такие умирающие звезды отбрасывают свои верхние слои в межзвездное пространство, образуя пылевые туманности. Состав этой пыли точно не определен, нет также оснований предполагать его однородность по всей Вселенной. По современным представлениям, основными составляющими межзвездной пыли являются графит и различные виды силикатов. Мощные облака межзвездной пылевой материи между Солнцем и ядром Галактики не позволяют нам увидеть невооруженным глазом эту самую яркую часть нашей Галактики, содержащую почти 100 миллиардов звезд, в то время как к краю их имеется всего несколько миллионов. Галактическое ядро после Солнца и Луны было бы самым ярким «светилом» земного неба. Огромное, очень яркое «звездное пятно» в созвездии Стрельца, занимающее на небе площадь, в сотни раз больше площади диска полной Луны, обращало бы на себя всеобщее внимание. Земные предметы, освещенные галактическим ядром, отбрасывали бы четкие тени. Кстати, обусловленная наличием указанных пылевых облаков относительно одинаковая яркость полосы Млечного Пути на всем ее протяжении привела Уильяма Гершеля и многих других астрономов к ошибочному выводу, что Солнечная система расположена в центре Галактики.

Туманность Ориона находится на расстоянии приблизительно 1500–1600 световых лет от Земли. Это самая яркая на небе диффузная (газовая) светящаяся туманность. Ее видимая поверхность простирается приблизительно на 80x60 угловых минут, что более чем в 4 раза превышает площадь диска полной Луны. Линейный размер этого образования в поперечнике – около 30 световых лет. Средняя плотность туманности Ориона в 100 квадриллионов (квадриллион – число, изображаемое единицей с 15 нулями) раз меньше плотности комнатного воздуха – часть туманности объемом в 100 кубических километров имеет массу в один миллиграмм. Наилучший из вакуумов, достигнутых в лабораториях, в миллионы раз плотнее туманности Ориона. И все же масса этого исполинского образования огромна: из вещества туманности Ориона можно было бы «изготовить» примерно тысячу таких солнц, как наше, или свыше 300 миллионов похожих на Землю планет. Еще один наглядный пример: если Землю уменьшить до размеров булавочной головки, то в таком масштабе туманность Ориона займет объем величиной с нашу планету.

Живший в Х веке арабский астроном Абд аль-Рахман Аль-Суфи впервые описал «маленькое небесное облачко», легко различимое в темные ночи в созвездии Андромеды. Первое телескопическое наблюдение туманности Андромеды осуществил в 1612 году Симон Мариус. Спустя несколько десятилетий туманность Андромеды изучал Эдмунд Галлей, который заключил, что она – «не что иное, как свет, приходящий из неизмеримого пространства, находящегося в странах эфира и наполненного средою разлитой и самосветящейся». Однако более религиозно настроенные его современники уверяли, что туманность

Андромеды – это место, где «небесная хрустальная твердь» несколько тоньше обычного и потому отсюда на грешную землю изливается «неизреченный свет» царствия небесного. В XIX веке астрономы спорили уже о том, состоит ли туманность Андромеды из светящихся газов или из звезд, находится ли она внутри Млечного Пути или это некая удаленная вселенная, существующая отдельно от нашей Галактики. Окончательно вопрос был разрешен Эдвином Хабблом – американцем, который первоначально получил юридическое образование, преподавал в школе и тренировал в ней баскетбольную команду, а затем сделал многие открытия в мире галактик и доказал, что наша Вселенная расширяется. В 1924 году Хаббл впервые «разрешил» (то есть разделил) туманность Андромеды на отдельные звезды и определил, что она находится вне Млечного Пути. С этим открытием родились внегалактическая астрономия и современная космология. Сегодня мы знаем, что галактика Андромеда (М31) – исполинская звездная спираль, которая находится на расстоянии около 2,2 миллиона световых лет от Земли и содержит около 200 миллиардов звезд. Ее диаметр составляет примерно 200 тысяч световых лет.

Одним из самых знаменитых объектов звездного неба является Крабовидная туманность, находящаяся в созвездии Тельца. Когда французский астроном Шарль Мессье в 1758 году искал в этом районе неба одну из комет, он чуть не спутал с ней неизвестную до той поры Крабовидную туманность. Именно указанное досадное недоразумение и побудило его составить свой знаменитый каталог туманностей, в котором Крабовидная туманность числится под номером первым (М1). На фотографиях эта туманность действительно напоминает краба – волокна туманности имеют отдаленное сходство с клешнями. Крабовидная туманность образовалась в результате взрыва сверхновой в 1054 году. За этим событием внимательно следили китайские астрономы, что отражено в летописях. В настоящее время в месте этого чудовищного взрыва видна слабая звезда 16-й звездной величины (пульсар). От нее со скоростью около 1000 километров в секунду разлетаются газы, образующие туманность. Расширение Крабовидной туманности настолько стремительно, что его можно заметить даже на фотографиях, снятых с интервалом в 20–30 лет.

В зависимости от остроты зрения наблюдателя невооруженным глазом в безлунную ясную ночь можно различить 2500–3000 звезд над горизонтом места наблюдения. Вся небесная сфера содержит около 6000 звезд, видимых простым глазом. Взаимное расположение звезд на небе меняется чрезвычайно медленно, его изменения можно было бы подметить невооруженным глазом лишь по истечении тысячелетий. Для удобства ориентировки на звездном небе еще астрономы древности разделили его на созвездия. Разделение это носит чисто условный характер и не свидетельствует о наличии каких-либо физических связей между созвездиями и звездами в них. Звезды, принадлежащие к одному и тому же созвездию, кажутся близкими только в плоскости, перпендикулярной лучу зрения земного наблюдателя. В действительности они могут быть как угодно далеки друг от друга. Надо также иметь в виду, что к созвездию относятся все звезды, которые попадают в его границы, в том числе и невидимые невооруженным глазом. В 1922 году на первом конгрессе Международного астрономического союза весь небосвод Северного и Южного полушарий Земли был разделен на 88 участков (созвездий) с точно указанными границами. С тех пор повсюду в мире в любом учебнике по астрономии или справочнике сообщается, что на земном небе 88 созвездий. Извилистые и причудливые границы созвездий, намеченные древними астрономами, заменены новыми. Они идут вдоль небесных параллелей и кругов склонения, хотя при их проведении в общем придерживались очертаний старых границ. В астрономических энциклопедиях и календарях приводится полный список созвездий, где указаны русское и латинское название созвездия, его символическое обозначение, площадь, занимаемая созвездием на небе (в квадратных градусах), и число звезд ярче 6-й звездной величины (то есть видимых невооруженным глазом при отличном зрении и отличных условиях наблюдения).

Из 88 современных созвездий многие известны довольно давно. В IV веке до нашей эры древнегреческий астроном Евдокс назвал 45 созвездий, однако некоторые из этих названий упоминаются уже в творениях Гомера (между XII и VII веками до нашей эры), Гесиода (VIII–VII века до нашей эры) и Фалеса (около 625–547 до нашей эры). Есть также основания считать, что большинство названий созвездий достались грекам в наследство от еще более древних цивилизаций. Это подтверждается находкой в Месопотамии нескольких табличек, относящихся к аккадской цивилизации. На них значатся названия некоторых созвездий, упоминаемых в дальнейшем греческими поэтами. В 150 году нашей эры великий древнегреческий астроном Клавдий Птолемей описал уже 48 созвездий: Большая Медведица, Малая Медведица, Дракон, Цефей, Боотес (Волопас), Северный Венец, Человек на коленях (Геркулес), Лира (или Падающий Ястреб), Птицы (или Лебедь), Кассиопея, Персей, Возничий, Офиух (Змееносец), Змея, Стрела, Орел, Дельфин, Малый Конь (Пегас), Андромеда, Голова Коня, Северный Треугольник, Телец, Овен, Рыбы, Водолей, Козерог, Стрелец, Скорпион, Весы, Дева, Лев, Рак, Близнецы, Кит, Орион, Река Эридан, Заяц, Большой Пес, Малый Пес, Корабль Арго, Гидра, Чаша, Ворон, Алтарь, Кентавр (Центавр), Зверь (Волк), Южный Венец и Южная Рыба. Большинство названий, имеющих мифологическое происхождение, римляне позаимствовали у греков и перевели их на латинский язык. К ним относятся преимущественно созвездия Северного полушария неба. Южное полушарие неба стали «осваивать» лишь в XVI веке, в эпоху великих географических открытий. Именно тогда появились такие экзотические названия созвездий, как Павлин, Тукан, Журавль, Феникс, Летучая Рыба, Южная Гидра, Золотая Рыба, Хамелеон, Райская Птица, Южный Треугольник, Индеец. К концу XVII века в списке созвездий появились Жираф, Муха, Единорог, Голубь, Гончие Псы, Лисичка, Ящерица, Секстант, Малый Лев, Рысь, Щит, Южная Корона. В 1753 году французский аббат Никола Луи де Лакайль дополнил перечень еще 14 созвездиями южного неба: Скульптор, Печь, Часы, Сетка, Резец, Живописец, Жертвенник, Компас, Насос, Октант, Циркуль, Телескоп, Микроскоп, Столовая Гора. Любопытно, что в XVII–XVIII веках некоторые астрономы пытались по разным соображениям (в том числе верноподданническим) утвердить на небе новые созвездия. Так появились Дуб Карла, Арфа Георга, Вол Понятовского (польского короля Станислава Понятовского), Регалии Фридриха II. В начале XIX века на некоторых звездных картах можно было встретить созвездие Наполеона. К началу ХХ века на европейских звездных картах насчитывалось 108 созвездий, а в некоторых странах даже больше (например, в Монголии звездное небо делили на 240 созвездий). Наконец, в 1922 году конгресс Международного астрономического союза решил «навести порядок на небе» – ученые утвердили лишь 88 созвездий, а остальные упразднили.

Зодиакальными называют 12 созвездий, расположенных вдоль видимого годового пути Солнца среди звезд: Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Козерог, Водолей, Рыбы. Небольшую часть своего пути (с 30 ноября по 18 декабря) Солнце проходит по созвездию Змееносца, которое, однако, к зодиакальным созвездиям не причисляют – вероятно, из-за того, что число 12 лучше соотносится с количеством месяцев в году. Область, в которой лежат зодиакальные созвездия, называют зодиакальным кругом, или зодиаком (греч. zddiakos – животное). Происхождение этого названия связано с тем, что большинство зодиакальных созвездий еще с древних времен носит названия животных. Через зодиакальные созвездия проходят также видимые пути Луны, планет и большинства астероидов.

Зодиакальные созвездия различны по величине, что вызывает определенные неудобства при определении движения Солнца, Луны и планет по отношению к ним. Поэтому в древности астрономы разделили зодиакальный круг на 12 одинаковых областей (по 30 градусов долготы) и определили каждой из них знак зодиака по названию ближайшего зодиакального созвездия. В IV веке до нашей эры положение зодиакальных знаков было закреплено в Древней Греции по отношению к точкам равноденствия. За исходную точку зодиака было принято весеннее равноденствие (21 марта). А поскольку Солнце в те времена оказывалось в этот день в созвездии Овна, то Овен и стал первым знаком зодиака. Но со временем из-за прецессии точек равноденствия ситуация постепенно менялась. В настоящее время точка весеннего равноденствия находится в созвездии Рыб, а к 2600 году она переместится в созвездие Водолея. Поскольку зодиакальные знаки остаются привязанными к зафиксированной еще древними греками дате, то в настоящее время Солнце отстает от соответствующего знака зодиака на одно созвездие (приблизительно на один месяц). Поэтому сегодня знаками зодиака в своей практической деятельности пользуются только астрологи – при составлении гороскопов.

Согласно одному древнегреческому мифу, бог музыки и поэзии Аполлон однажды послал ворона за водой для выполнения какого-то религиозного ритуала. По пути ворон сделал остановку, чтобы поклевать ягод, а затем, опоздав с возвращением к Аполлону, безуспешно пытался оправдаться. Бог наказал птицу, отправив на небо с чашей для воды.

Южный Крест – созвездие Южного полушария неба. Четыре его наиболее яркие звезды образуют характерную фигуру ромба (или креста), легко различимую на звездном небе. Изображение созвездия Южный Крест украшает государственные флаги двух расположенных в Южном полушарии стран – Австралии и Новой Зеландии.

Созвездие Лиры изображает тот музыкальный инструмент, на котором якобы когда-то играл Орфей, заставлявший с ее помощью шевелиться камни и подпевать ему. Пленительными звуками своей лиры Орфей сумел тронуть даже грубое сердце Аида, бога царства теней, и тот позволил Эвридике, жене Орфея, вернуться в мир живых. Эту чудесную лиру изготовил вестник олимпийских богов Гермес и отдал ее Аполлону в качестве компенсации за украденных у последнего коров, а Аполлон подарил ее Орфею.

С названием созвездия Малого Пса связывают следующий древнегреческий миф. Бог Дионис, покровитель виноградарства и виноделия, обучил афинянина Икария искусству делать вино, а тот угостил своим напитком пастухов. Когда у никогда ранее не пробовавших вина, а потому быстро опьяневших пастухов стало двоиться в глазах, они решили, что Икарий их околдовал, и убили его. Собака Икария по кличке Майра побежала за дочерью своего хозяина и, ухватив зубами за подол платья, привела ее к бездыханному телу отца. Охваченная горем девушка покончила с собой, после чего Майра бросилась в источник. Из сострадания боги перенесли Майру на небо в виде созвездия, но и оттуда она сумела отомстить убийцам своего хозяина. Нестерпимый свет Малого Пса вызвал чуму на острове, где нашли приют убившие Икария пастухи. Узнав о причине постигшего их бедствия, жители острова умилостивили Майру, предав убийц смерти.

Созвездие Волосы Вероники обязано своим названием восхитительным волосам египетской царицы Вероники, жившей в III веке до нашей эры. Согласно легенде, Вероника беспокоилась за своего мужа Птолемея, воевавшего с сирийцами, и дала обет богам: если Птолемей благополучно вернется из похода, она пожертвует им свои волосы, символ своей красоты. Птолемей вернулся с войны здоровый и невредимый, и Вероника, исполняя обет, обрезала свои волосы и отдала в жертву богам. В память о супружеской любви, столь наглядно доказанной царицей, боги превратили волосы Вероники в сияющие звезды, предназначенные вечно украшать весенние ночи.

Название созвездия Козерога связано с мифом о греческом боге Пане, у которого было человеческое тело и козлиные рога и копыта. Согласно легенде, на Олимп однажды напал Тифон – самое большое и страшное из когда-либо существовавших чудовищ. Боги в страхе поспешили спрятаться в морских глубинах, для чего превратились в рыб. Но Пану это удалось только частично. Поэтому Козерога иногда представляют в виде существа с козлиной головой и покрытым чешуей рыбьим хвостом.

Великан Орион, сын морского царя Посейдона, славился как охотник. Однажды он преследовал плеяд, дочерей титана Атланта. Чтобы спастись от преследования, сестры попросили богов превратить их в звезды. Орион как-то похвалился, что освободит всю землю от диких зверей и чудовищ. Опасаясь, что богиня-охотница Артемида не устоит перед красотой Ориона, Аполлон (брат Артемиды) отправился к Гее (богине земли) и рассказал ей о словах Ориона. Тогда Гея натравила на великана чудовищного скорпиона, который его и убил. Движимые состраданием боги превратили охотника и скорпиона в созвездия, поместив их рядом с созвездием Плеяд.

Происхождение названия этого созвездия связывают с легендой о схватке афинского царевича Тесея и критского быкоголового чудовища Минотавра. Благодаря содействию критской царевны Ариадны Тесею удалось победить Минотавра и выбраться из Лабиринта, где тот обитал. В знак признательности Тесей подарил тайно бежавшей с ним Ариадне прекрасную корону. Но это не помешало царевичу вскоре безжалостно покинуть девушку на острове Наксос, пока она спала. Когда проснувшаяся Ариадна громко рыдала и взывала к небу о помощи, к ней явился бог Дионис. Желая увековечить память страдалицы, он снял с ее головы корону и забросил на небо. Вставленные в корону драгоценные камни превратились в звезды, которые с тех незапамятных времен и образуют созвездие Северной Короны. Некоторые, правда, утверждают, что эту корону изготовил из огненного золота и красных индийских камней бог-кузнец Гефест для прекрасной морской богини Фетиды, а Ариадне подарил ее Дионис, похитивший критскую царевну у Тесея. Лишь после смерти Ариадны безутешный Дионис поместил эту корону на небо в память о своей возлюбленной.

Названия всех этих созвездий олицетворяют персонажей мифа о Персее, сыне Зевса и аргосской царевны Данаи. Добыв голову страшной горгоны Медузы, Персей возвращался на крылатом коне Пегасе в Грецию. Пролетая мимо Эфиопии, он увидел прикованную к прибрежной скале обнаженную красавицу, в которую сразу же влюбился. Это была Андромеда, дочь местного царя Цефея и Кассиопеи. Получив обещание Цефея и Кассиопеи, что, если он спасет Андромеду, ее отдадут ему в жены, Персей снова взмыл в воздух и, стремительно бросившись вниз, обезглавил приближающееся чудовище. Однако Цефей и Кассиопея нарушили данное ими слово, объяснив Персею, что их дочь уже обещана другому. Кассиопея призвала прежнего жениха Андромеды, и тот явился во главе вооруженного отряда. В последовавшей битве Персей перебил многих противников, а оставшиеся две сотни обратил в камень, показав им голову горгоны Медузы. Впоследствии боги поместили Персея и Андромеду, Цефея и Кассиопею, Пегаса и даже чудовище (в образе кита) на небо в виде созвездий. При этом Кассиопею в наказание за ее предательство связали и положили в рыночную корзину. В определенное время года корзина переворачивается, выставляя Кассиопею на всеобщее посмешище.

Согласно древнегреческому мифу, дочь Зевса и Фемиды, богиня справедливости Астрея, управляла миром счастливых людей золотого века. Впоследствии испорченность людских нравов заставила Астрею покинуть землю и вознестись на небо, где она стала созвездием Девы. Некоторые, однако, утверждают, что в созвездие Девы превратилась другая дочь Зевса и Фемиды – Дике, богиня правды и справедливого возмездия.

Созвездия Корма, Киль, Паруса и Компас образовались в XVIII столетии в результате «расчленения» аббатом Лакайлем созвездия Корабля Арго. Описанное еще Клавдием Птолемеем в 150 году нашей эры, это созвездие олицетворяло мифическое судно, на котором аргонавты во главе с Ясоном достигли Колхиды, чтобы добыть золотое руно.

Впервые созвездие Секстант появилось в звездном каталоге, составленном в 1687 году гданьским астрономом Яном Гевелием, который таким образом увековечил свой любимый угломерный инструмент, сгоревший во время пожара. Своему нововведению Гевелий дал следующее обоснование: «Он помещен сюда не потому, что расположение звезд напоминает об этом инструменте, и не потому, что здесь он оказался особенно уместным. Он служил мне с 1658 по 1689 год для проверки положений звезд, а злоба людская уничтожила его вместе с моей обсерваторией и со всем, что я имел, предав все это пламени страшного пожара. Вот я и поместил это произведение Вулкана в честь и славу Урании. Астрологи найдут, что этот памятник как раз тут на своем месте, между Львом и Гидрой, животными свирепого нрава».

Известное с античных времен созвездие Водолей, изображаемое древними в виде человека, льющего воду в чан рядом с Южными Рыбами, олицетворяет Ганимеда, сына троянского царя Троса и нимфы Каллирои. Из-за своей необычайной красоты Ганимед, когда он пас отцовские стада на склонах Иды, был похищен Зевсом, превратившимся в орла (или пославшим орла), и унесен на Олимп. Там он исполнял обязанности виночерпия, разливая на пирах богам нектар. По другой версии, Ганимеда сначала похитила богиня утренней зари Эос, а громовержец потом отнял его у нее. В уплату за потерянного сына Гермес от имени Зевса подарил Тросу золотую виноградную лозу работы Гефеста и двух прекрасных коней. Гермес убедил Троса, что отныне его сын станет бессмертным и невзгоды старости не коснутся его. Супруга громовержца Гера посчитала появление прекрасного виночерпия оскорблением для себя и своей дочери Гебы. Она до тех пор досаждала Зевсу, пока тот не вознес Ганимеда на небо в виде зодиакального созвездия Водолей.

Название созвездия Рыси ввел в 1660 году знаменитый польский астроном Ян Гевелий. Его мотивация была весьма курьезной: «В этой части неба встречаются только мелкие звезды, и нужно иметь рысьи глаза, чтобы их различить и распознать». На своем предложении Гевелий не настаивал: «Кто не доволен моим выбором, тот может рисовать здесь что-нибудь другое, более ему нравящееся. Но во всяком случае тут на небе оказывается слишком большая пустота, чтобы оставлять ее ничем не заполненной».

Указанное созвездие олицетворяет стрелу, с помощью которой Геракл освободил титана Прометея. Древнегреческий миф гласит, что Прометей похитил у богов огонь и отдал его людям. За эту кражу Зевс наказал титана, приковав цепями к кавказской горе. Днем прилетал орел и клевал ему печень, которая за ночь восстанавливалась. Страдания Прометея могли длиться вечно. Поразив стрелой орла, Геракл положил конец этой пытке.

Щит – единственное созвездие, название которого связано с конкретным историческим деятелем. В 1684 году Ян Гевелий ввел это созвездие в свой каталог и название связал с польским королем Яном III Собеским, избранным на трон за громкие победы над турками. У великого астронома была еще одна причина увековечить память о короле: тот помог ученому восстановить обсерваторию, уничтоженную пожаром. До этого звезды Щита входили в созвездие Орла, но в благодарность королю Гевелий дал им новое название.

В XVII веке у некоторых представителей католической церкви возник проект полной «реконструкции» небесной карты, по которому следовало заменить «нечестивые языческие» названия на ней христианскими. Так, например, созвездие Овна должно было превратиться в созвездие апостола Петра, созвездие Персея – в созвездие апостола Павла, созвездие Рыб – в созвездие евангелиста Матфея. Андромеду предлагалось заменить на Гроб Господень, Кассиопею – на Марию Магдалину. Авторы проекта предлагали Солнце называть Иисусом Христом, а Луну – Девой Марией. Соответственно следовало переименовать и планеты: Венера, например, должна была превратиться в Иоанна Крестителя. Астрономы категорически отказались от этой глупой «реформы», и их поддержали наиболее мыслящие деятели церкви. Последние аргументировали свои возражения тем, что если ввести новые названия для небесных светил, то придется произносить не просто нелепые, а даже богохульные фразы типа «Иисус Христос закатился за горизонт» или «Произошло затмение Христа Девой Марией».

Созвездие Змеи замечательно тем, что на звездных картах оно занимает два отдельных участка, – можно даже подумать, что на небе близко друг от друга расположены два созвездия Змеи. На самом деле это одно созвездие, разделенное созвездием Змееносца. На древних звездных картах изображен человек, держащий в руках змею. Человек этот, считали греки, олицетворяет бога медицины Асклепия (римляне называли его Эскулапом), а змея является общеизвестным символом этой науки. Указанные созвездия первыми ввели не греки, а шумеры. У них несущий змею человек олицетворял Энкиду, слугу центрального персонажа шумерской мифологии Гильгамеша.

Традиционно принято считать, что созвездие Дракона олицетворяет собой мифологическое чудовище, охранявшее в саду нимф гесперид золотую яблоню, подаренную богиней земли Геей супруге громовержца Гере в качестве свадебного подарка. Некоторые, правда, полагают, что небесный Дракон изображает морское чудовище, едва не проглотившее Андромеду и убитое Персеем.

Самым протяженным на всем небосводе является созвездие Эридан. Оно имеет извилистую форму, напоминающую реку, протянувшуюся в склонении почти на 60 градусов и заканчивающуюся в Южном полушарии звездного неба. Одни ученые считают, что для древних греков эта «река» олицетворяла Нил, другие – По (крупнейшую реку Италии), третьи – что это мифологический поток воды, превращающийся в океан. Некоторые предполагают, что Эридан может быть той рекой, в которую был низвергнут Фаэтон, несчастный сын солнечного бога Гелиоса.

Однажды юноша отправился покататься в отцовской колеснице по небу. Не справившись с четверкой огненных лошадей, Фаэтон сначала направил колесницу слишком высоко, отчего люди на Земле стали мерзнуть. Затем он опустил повозку слишком низко, едва не погубив Землю в страшном пламени. В припадке ярости Зевс поразил Фаэтона перуном, и тот упал в реку Эридан.

Согласно древнегреческой легенде, некогда один человек привез на остров Ларо несколько зайцев, которые оказались слишком плодовитыми. Вскоре по всему острову развелось столько зверьков, что они стали угрожать урожаю. Островитяне решили их извести, но это удалось лишь ценой больших усилий. Чтобы не забыть о случившемся и предостеречь потомков от повторения этого неудачного опыта, древние астрономы поместили образ зайца на небо. Как ни странно, небесный Заяц не помешал австралийцам спустя много веков «наступить на те же грабли», что и жители острова Ларо, – только не с зайцами, а с родственными им кроликами.

Созвездие Ящерицы не связано ни с каким античным мифом. Оно появилось впервые в 1690 году, когда польский астроном Ян Гевелий включил его в свой звездный атлас. Группу слабеньких звездочек он превратил в Ящерицу лишь потому, что, по мнению Гевелия, в этом секторе атласа осталось место только для маленького животного, а звездочки можно посчитать мелкими блестками на чешуе изящного пресмыкающегося. Однако уже в 1697 году Августин Руайе, архитектор французского короля Людовика XIV, попытался увековечить «короля-солнце», назвав эту область неба «Скипетр и держава справедливости».

Его идея сохранилась только в документах того времени. В 1787 году директор Берлинской обсерватории Иоганн Боде придумал для созвездия Ящерицы название «Слава Фридриха» в честь Фридриха II Прусского. Замысел Боде постигла та же участь, что и замысел Руайе.

Названия всех этих созвездий олицетворяют персонажей древнегреческого мифа о Геракле (римляне называли его Геркулесом). Убийство немейского льва было первым из подвигов великого героя, совершенных им по повелению ничтожного царя Эврисфея. Шкура льва надежно защищала животное от железа, бронзы и камня. Убедившись на собственном опыте, что чудовищному зверю не может повредить никакое оружие, Геракл задушил его руками. Надев на себя шкуру немейского льва, Геракл отправился выполнять второе требование Эврисфея – убить лернейскую гидру, у которой было огромное собачье туловище и девять змеиных голов, из них одна – бессмертная. Гидра была столь ядовита, что даже ее дыхание или запах следов могли уничтожить все живое. Напрасно Геракл рубил мечом головы гидры – на месте одной отрубленной сразу же вырастали две, а то и три новые. На помощь гидре из болота выполз огромный рак и вцепился герою в ногу. Геракл в ярости растоптал его и призвал на помощь своего племянника Иолая. Тот стал прижигать обезглавленные шеи гидры горящими головнями, так что головы уже не отрастали вновь. Отрубив последнюю, бессмертную, голову, Геракл закопал ее, все еще шипящую, в землю и привалил сверху огромной скалой.

Семь самых ярких звезд созвездия Большой Медведицы составляют композицию, очертанием напоминающую ковш. Она настолько отчетливо выделяется в ночном небе Северного полушария, что с этого небесного ковша обычно и начинают изучение созвездий. Все члены этого семизвездия имеют собственные названия, данные им средневековыми арабскими астрономами: Дубхе (альфа Большой Медведицы), Мерак (бета Большой Медведицы), Фекда (гамма Большой Медведицы), Мегрец (дельта Большой Медведицы), Алиот (эпсилон Большой Медведицы), Мицар (кси Большой Медведицы) и Бенетнаш, она же Алкаид (эта Большой Медведицы). В проекции на воображаемый небосвод крайние звезды – Дубхе и Бенетнаш – стремительно летят в одном направлении, а остальные звезды – в противоположном. Следствием этого факта является чрезвычайно медленное для земного наблюдателя, но непрерывное изменение формы ковша. Мерак, Фекда, Мегрец, Алиот и Мицар сходны по физическим свойствам и летят не только в одну сторону, но и почти с одинаковой скоростью. Они не случайные попутчики в пространстве, а звездный поток, то есть образование из звезд, имеющих, по-видимому, общее происхождение. Желтый гигант Дубхе и голубая звезда Бенетнаш никак не связаны ни с остальными пятью звездами ковша, ни друг с другом.

В отличие от созвездий, представляющих собой видимые на небе группировки на самом деле весьма далеких друг от друга звезд, звездные скопления являются физически связанными взаимным тяготением объединениями звезд. Различают рассеянные и шаровые звездные скопления. Рассеянные звездные скопления не имеют правильных очертаний, они находятся внутри галактик и обычно объединяют от нескольких десятков до нескольких тысяч звезд, беспорядочно разбросанных в области пространства размерами от 5–6 до 30 световых лет и более. Такие скопления при наблюдении представляют собой области, где звезды расположены плотнее, чем в среднем на небосводе. Если в области Млечного Пути, где находится Солнце, расстояние между звездами составляет в среднем 6–7 световых лет, то в рассеянных скоплениях среднее расстояние – два световых года. В Млечном Пути рассеянные звездные скопления можно наблюдать тысячами, но их количество, вероятно, в десятки раз больше. Шаровые звездные скопления находятся на периферии Млечного Пути и в других галактиках, в нашей Галактике их найдено около 200. Форма шаровых скоплений правильная, почти сферическая – они выглядят как светящиеся шары. Шаровое звездное скопление содержит от нескольких тысяч до нескольких миллионов звезд, к центру скопления количество звезд увеличивается настолько, что они сливаются в сплошное сияние. В шаровых скоплениях звезды располагаются на расстоянии в среднем около ¹/₂ светового года друг от друга, а в центрах скоплений это расстояние сокращается до ¹/₆ светового года. Диаметры шаровых звездных скоплений составляют приблизительно 100 световых лет. Они удалены от Земли на десятки тысяч световых лет (самое дальнее находится от нас на расстоянии более 200 тысяч световых лет).

Ларец с Драгоценностями – это название рассеянного звездного скопления NGC 4755, введенное английским астрономом Джоном Гершелем. Его можно увидеть невооруженным глазом как звезду 5-й звездной величины в созвездии Южного Креста (оно известно также под названием «скопление Каппа Южного Креста»). С помощью же небольшого телескопа можно различить и несколько десятков «драгоценностей» – разноцветных светил.

Стожарами в России называют маленькую тесную группу из шести слабо светящихся звезд, которую легко можно заметить в темные зимние ночи в созвездии Тельца. Стожары – одно из самых близких к нам рассеянных звездных скоплений, указанное в звездных каталогах под названием Плеяды. Это скопление удалено от нас приблизительно на 400 световых лет, а в поперечнике составляет около 22 световых лет. Как и в других скоплениях, звезды Плеяд летят по почти параллельным путям и с почти одинаковой скоростью. Все они (около 100) очень молоды, их возраст оценивают в 78 миллионов лет. В 1859 году была открыта легкая прозрачная туманность, своеобразная голубая вуаль, в которую погружены Плеяды. Эта туманность состоит из мельчайших частиц космической пыли, она светится не собственным свечением, а отражает свет погруженных в нее Плеяд.

Звезды зарождаются из вещества, которое образовалось в результате длительного процесса конденсации газово-пылевых облаков в межзвездном пространстве. Неоднородность распределения вещества в таких газово-пылевых облаках приводит к появлению областей повышенной плотности. В них силы гравитационного притяжения частиц превышают газовое давление, вследствие чего вещество в таких газово-пылевых сгустках сжимается, увеличивая плотность и температуру. Уплотнению газово-пылевых сгустков способствуют также ударные волны, порождаемые, например, взрывами сверхновых звезд. Под действием гравитации такой сгусток вещества продолжает уплотняться, часть освобождающейся при сжатии гравитационной энергии идет на нагрев, и образуется так называемая протозвезда. Она продолжает медленно сжиматься и разогреваться до тех пор, когда в ее центральной области температура достигнет нескольких миллионов градусов и начнется термоядерная реакция синтеза водорода в гелий, сопровождаемая освобождением небольшой доли внутриядерной энергии. С этого момента в центральной части звезды, где господствует температура в десятки миллионов кельвинов, генерируется энергия, поддерживающая излучение звезды в течение миллионов (самые массивные горячие звезды) и даже миллиардов (звезды типа Солнца) лет. Образование звезд происходит группами, состоящими из десятков и сотен звезд. Процесс звездообразования идет и в настоящее время.

В 2004 году австралийские астрономы сосчитали все звезды видимой Вселенной. Для этого они выбрали случайный квадрат неба, измерили его яркость, пересчитали его по яркости средней звезды на число звезд и распространили результат на всю небесную сферу. Всего получилось 70 секстиллионов (7 с 22 нулями) звезд. Это в 10 раз больше, чем число песчинок во всех пустынях и на всех пляжах Земли.

В силу чрезвычайной удаленности звезд ни в какой телескоп нельзя увидеть звезду как шарик заметных размеров. Однако диаметр звезды можно приближенно оценить на основе связи между ее размером, светимостью и температурой поверхности. Согласно таким оценкам, диаметр Альдебарана (альфа Тельца) в 36 раз, диаметр Арктура (альфа Волопаса) в 22 раза, а диаметр Капеллы (альфа Возничего) в 16 раз больше диаметра Солнца. Но это далеко не предел размера гигантов звездного мира – диаметр Бетельгейзе (альфа Ориона) больше солнечного в 300–400 раз, а диаметры двух одинаковых компанентов затменно-двойной звезды VV Цефея – в 1200 раз. В то же время один из наименьших белых карликов, звезда Вольф 457, имеет диаметр в 300 раз меньше солнечного, или почти втрое меньше земного. Диаметр голубой звезды, открытой Лейтеном в созвездии Кита (обозначение LP 768–500), в 10 раз меньше земного и приблизительно равен поперечнику астероида Церера. Таким образом, самая большая звезда по диаметру больше самой маленькой приблизительно в миллион раз. А если учесть, что нейтронные звезды имеют диаметры порядка 10 километров, то отношение увеличивается до миллиарда раз.

Собственные названия имеют всего 275 ярких звезд, 80 процентов из них даны арабами. Часто это названия частей тела тех фигур, которые давали название (у арабов) всему созвездию. Например, Бетельгейзе – «плечо гиганта», Денебола – «хвост льва», Рас-Альхадве – «голова заклинателя змей», Дубхе – «спина», Мерок – «бок», Фекда – «бедро». Сохранилось около 15 процентов греческих и около 5 процентов римских наименований звезд, и только три названия даны в новое время.

Самая яркая звезда земного ночного неба – Альфа Большого Пса, более известная как Сириус (по-гречески – сверкающая). Расположенный от нас на расстоянии 8,6 светового года (одна из самых близких к нам звезд, седьмая в порядке удаленности от Солнца), Сириус имеет видимую звездную величину минус 1,46. Диаметр Сириуса почти вдвое больше солнечного, масса его равна 2,35 массы нашей звезды, температура на его поверхности составляет около 10 тысяч градусов (на видимой поверхности Солнца она равна приблизительно 6000 кельвинов). При этом светимость Сириуса в 24 раза превосходит солнечную. Из-за относительной близости Сириуса к нам его перемещение по небесной сфере значительно заметнее, чем у других звезд: за последние две тысячи лет он сменил свое положение на небе приблизительно на 44 угловые минуты, что составляет полтора диаметра Луны в полнолуние. В своем движении в направлении луча зрения наблюдателя Сириус приближается к нам со скоростью около 8 километров в секунду. На основании замеченных «вихляний» Сириуса в его движении по небесной сфере немецкий астроном и математик Фридрих Бессель предсказал наличие у Сириуса невидимого спутника, обращающегося вместе с Сириусом вокруг общего центра масс с периодом в 50 лет. Этот прогноз Бесселя блестяще подтвердился в 1862 году в ходе испытаний нового телескопа американским оптиком Альваном Кларком. Таким образом, Сириус – двойная звезда, вторым компонентом которой является белый карлик, известный как Сириус В. Он имеет значительно меньшую светимость (8,5-я звездная величина), а потому плохо различим рядом с сиянием самого Сириуса.

В 2004 году международная группа астрономов обнаружила на другом конце Галактики самую крупную и самую яркую звезду, получившую в звездных каталогах индекс LBV 1806-20. Эта звезда, до которой 45 тысяч световых лет, по массе в 150 раз и по диаметру в 200 раз больше нашего Солнца. По яркости она превосходит наше светило в 40 миллионов раз. По оценкам, этот голубой гигант очень молод – ему менее двух миллионов лет. Несмотря на огромную яркость звезды, с земли ее почти не видно: 90 процентов света поглощается облаками космической пыли и большим расстоянием, так что видимая яркость соответствует 8-й звездной величине. До открытия звезды LBV 1806-20 считалось, что звезд, более чем в 120 раз превышающих массу Солнца, быть не может.

Собственные движения звезд, как правило, незаметны глазу; привычный вид созвездий изменится только по прошествии десятков тысяч лет. Однако из этого правила есть исключения. Наиболее заметное собственное движение имеет звездочка 9,7-й звездной величины в созвездии Змееносца, прозванная за такое свое свойство летящей звездой Барнарда (в честь американского астронома Эдуарда Барнарда, изучавшего ее). За год она проходит на небосводе путь в 10,27 угловой секунды. Чтобы сместиться на величину углового диаметра полной Луны, ей требуется лишь 188 лет. При современной точности определения звездных положений движение летящей звезды Барнарда можно заметить при сравнении фотографий, разделенных промежутком времени всего в 1–2 дня. Звезда Барнарда стремительно перемещается не только по видимому небосводу – в направлении луча зрения земного наблюдателя она приближается к нам со скоростью около 140 километров в секунду и через 10 тысяч лет будет вдвое ближе к нам, чем сейчас.

Самая близкая к Солнечной системе звезда называется Проксима Кентавра (по-гречески проксима – ближайшая). Она находится на расстоянии 4,249 светового года, то есть настолько далеко, что испускаемому ею свету требуется больше четырех лет, чтобы дойти до нас (напомним, что скорость света равна 300 000 километров в секунду). Чтобы более наглядно представить себе это расстояние, обратимся к модели Солнечной системы, приведенной И. С. Шкловским в книге «Вселенная, жизнь, разум». Если представить Солнце в виде бильярдного шара диаметром 7 сантиметров, то Плутон (его диаметр в этом случае составит около 0,1 миллиметра) будет удален от этого шара на 300 метров, а звезда Проксима Кентавра (в этом же масштабе) – приблизительно на 2000 километров!

Полярная звезда – самая яркая звезда в созвездии Малой Медведицы и расположена на конце ее «хвоста». Находится она на расстоянии приблизительно 450 световых лет от нас и имеет видимую звездную величину около двух. Полярная звезда – желтый сверхгигант – превышает

Солнце по массе примерно в 10 раз, а по радиусу – в 70 раз. Температура ее поверхности составляет около 7000 градусов – лишь немного выше, чем у Солнца, – но светит она примерно в 5000 раз мощнее его. В 1780 году Уильям Гершель обнаружил, что Полярная звезда является двойной: второй компонент системы – желтовато-белая звезда 9-й звездной величины лишь немного крупнее Солнца. Основной компонент системы – цефеида, переменность которой в прошлом составляла 0,12 звездной величины с периодом чуть меньше четырех суток, однако в середине 1990-х годов сократилась до 0,02 звездной величины. Это означает, что звезда миновала фазу пульсаций и перешла в практически стабильное состояние. Полярная звезда приближается к Солнцу со скоростью приблизительно 17 километров в секунду.

Звезда Тубан (альфа Дракона) расположена на небосводе на полпути между Мицаром (кси Большой Медведицы) и парой ярких звезд (бета и гамма) ковша Малой Медведицы. Она играла роль Полярной звезды 4600 лет назад и снова будет играть ту же роль через 20 тысяч лет. В 2600 году до нашей эры Тубан находился всего в 10 угловых минутах от Северного полюса мира. Для сравнения: минимальный угол между Полярной звездой и Северным полюсом мира будет достигнут в 2102 году и составит 27,5 угловой минуты.

По современным представлениям основным источником звездной энергии служат реакции термоядерного синтеза, протекающие в недрах звезд и сопровождающиеся выделением огромного количества энергии. Главную роль здесь играет превращение водорода (самого распространенного во Вселенной элемента) в гелий. Этот процесс может идти двумя путями, первым из которых является последовательное присоединение друг к другу четырех протонов (ядер водорода) и объединение их в ядре гелия (протон-протонная реакция). Второй путь процесса термоядерного синтеза состоит в присоединении протонов к более сложным ядрам, начиная с ядра углерода, с последующим распадом образовавшегося нового сложного ядра на ядро углерода и гелия (углеродный цикл). Протон-протонная реакция играет решающую роль при температурах менее 16 миллионов градусов Кельвина; при более высоких температурах преобладает углеродный цикл. С ростом температуры до 100 миллионов кельвинов возможно выделение энергии при образовании ядер углерода непосредственно из ядер гелия (гелиевая реакция).

Белые карлики представляют собой звезды с малой массой (не более 1,4 солнечной) в последней стадии эволюции. Когда такая звезда подходит к заключительному циклу термоядерных реакций, ее ядро коллапсирует под собственным весом, образуя сверхплотный объект из выродившейся материи, состоящей из «упакованных» вместе атомных ядер и электронов. Гравитационный коллапс в белых карликах не бесконечен: как и в черных дырах, его останавливает квантовый эффект, связанный с давлением, оказываемым электронами. Эти звезды характеризуются средней температурой поверхности 20–30 тысяч градусов, именно поэтому их называют не просто карликами, а белыми карликами, тогда как звезды типа Солнца (около 6000 градусов) называют желтыми. Поскольку масса белого карлика сопоставима с массой Солнца, а радиус – с радиусом Земли, то плотность его очень велика: один кубический сантиметр материи типичного белого карлика весит около тонны. Известен белый карлик (АС + 70°8247), средняя плотность которого составляет 36 тонн на кубический сантиметр! Сегодня известно несколько тысяч белых карликов, которые, как полагают астрономы, составляют около 10 процентов всех звезд, но из-за низкой светимости их трудно обнаружить. Белый карлик обречен в конце концов погаснуть, медленно остывая и превращаясь в черного карлика. Похоже, что этот процесс идет настолько медленно, что с начала истории Вселенной и до сегодняшнего дня ни один черный карлик еще не образовался.

Красные гиганты – это огромные холодные звезды. Они превышают Солнце по диаметру в десятки и сотни раз, а по массе – от 1,5 до 15 (сверхгиганты – до 50) раз. Температура их поверхности составляет 3–4 тысячи градусов Кельвина. Красные гиганты имеют сложное внутреннее строение. Их ядро богато гелием с небольшой примесью тяжелых элементов, но не является источником ядерной энергии, поскольку в нем не происходит ядерных реакций. Плотность вещества в ядре красного гиганта настолько велика, что оно по своему строению близко к белому карлику. Вокруг ядра расположен тонкий энерговыделяющий слой, где и протекают термоядерные реакции превращения водорода в гелий. Затем следует очень протяженная оболочка, занимающая около 90 процентов радиуса звезды. В этой оболочке заключено более половины массы красного гиганта. Несмотря на высокую плотность в ядре, средняя плотность красного гиганта намного ниже солнечной и, как правило, не превышает одного миллиграмма на кубический сантиметр. Так, средняя плотность красного сверхгиганта Бетельгейзе составляет всего шесть десятитысячных миллиграмма на кубический сантиметр, или ¹/₂₀₀₀ плотности воздуха при нормальном атмосферном давлении!

Согласно современным теоретическим представлениям, только объекты с массой, превышающей массу Юпитера в 80 и более раз, становятся настоящими звездами. Объекты с массой менее 17 масс Юпитера обречены стать планетами. Коричневыми карликами называют объекты с промежуточной между двумя вышеописанными типами массой. Они слишком велики, чтобы считаться планетами, но недостаточно велики, чтобы внутри них возникли термоядерные реакции, характерные для звезд (в их недрах могут протекать термоядерные реакции только с самыми «легко-горящими» изотопами). Существование этих едва теплых, а потому темных и трудноразличимых объектов удалось экспериментально доказать только в последнее время (с помощью космического телескопа «Хаббл»).

До XVIII века считалось, что двойственность звезд есть следствие вполне случайного их расположения, при котором они хотя и видны одна вблизи другой, но в пространстве далеки друг от друга. Однако в начале XIX века английский астроном Уильям Гершель открыл, что некоторые двойные звезды предствляют собой физически связанные пары. Такие двойные звезды стали называть физическими двойными (в отличие от оптических двойных, не связанных физически). Физическая двойная звезда – это пара звезд, которые находятся в пространстве достаточно близко друг к другу и, подчиняясь закону всемирного тяготения, вращаются вокруг общего центра масс. Физические двойные звезды подразделяют на три основных класса: визуально-двойные, спектрально-двойные и зетменные двойные. Указанная классификация отражает не сущностную разницу между двойными звездами, а способы, которыми их определяют (разделяют их компоненты). К визуально-двойным относят все двойные звезды, доступные непосредственному разделению на компоненты (хотя бы с помощью больших телескопов). В настоящее время в каталоги занесено уже более 70 тысяч визуально-двойных звезд. Спектрально-двойные звезды невозможно увидеть раздельно с помощью современных оптических средств. Но их двойственность обнаруживается по периодическим изменениям в их спектре – смещениям или разделениям спектральных линий. Если оба компонента двойной звезды имеют одинаковый блеск и особенно если они принадлежат к одному спектральному классу, то периодическое раздвоение линий и их слияние проявляются особенно ясно. Если же видны линии спектра только одного компонента, то они периодически колеблются около некоторого среднего положения. Принцип Доплера дает этому исчерпывающее объяснение: смещение и раздвоение линий происходит вследствие орбитального движения компонентов вокруг общего центра масс, причем плоскость орбиты составляет не очень большой угол с лучом зрения. В настоящее время известно около 2500 спектрально-двойных звезд. Затменными двойными называют такие звезды, у которых плоскость орбиты их компонентов составляет достаточно малый угол с лучом зрения наблюдателя, вследствие чего одна звезда может на время полностью или частично заслонить другую. Открыто уже более 4000 затменно-двойных звезд.

Самые большие периоды обращения имеют физические двойные звезды, компоненты которых расположены далеко друг от друга – на тысячи и десятки тысяч астрономических единиц (то есть в тысячи и десятки тысяч раз дальше, чем Земля от Солнца). Это так называемые широкие пары. Их периоды обращения должны достигать сотен тысяч и даже миллионов лет. Так, например, звезда Проксима Кентавра движется в пространстве вместе с яркой двойной звездой альфа Кентавра, совершая оборот вокруг нее за несколько миллионов лет. На небе их разделяет угловое расстояние в 2 градуса, что соответствует линейному расстоянию не менее 10 тысяч астрономических единиц. Самый короткий период обращения, составляющий всего 81 минуту 38 секунд, имеет затменная двойная звезда WZ Sge в созвездии Стрелы. (Пока это минимальный из известных орбитальных периодов во Вселенной. Даже периоды обращения искусственных спутников Земли дольше.)

На старинных звездных картах Персей в правой руке держит высоко занесенный меч, а в левой – страшную голову горгоны Медузы. Наблюдая небо, арабы в Средние века заметили, что один глаз горгоны светит ровно, а второй время от времени подмигивает. Поэтому они назвали мигающий глаз Медузы (звезда Бета Персея) дьяволом (по-арабски – Алголь). В 1782–1783 годах за странным поведением Алголя внимательно наблюдал английский астроном Джон Гудрайк. Ему удалось установить в «подмигивании» глаза горгоны строгую периодичность. На протяжении 60 часов Алголь сохраняет неизменным свой блеск звезды 2,2 звездной величины, а затем в продолжение почти 9 часов блеск снижается до 3,5 звездной величины и вновь возрастает до прежнего значения. Полный период изменения визуальной звездной величины составляет 2,867 суток. Гудрайк предложил блестящую гипотезу для объяснения переменности Алголя: «Если бы не было еще слишком рано высказывать соображения о причинах переменности, я мог бы предположить существование большого тела, вращающегося вокруг Алголя». Подтвердить правильность этой гипотезы удалось лишь спустя столетие, когда в спектре Алголя были замечены периодические смещения спектральных линий, причем период этих смещений в точности соответствовал периоду изменения блеска. Тем самым было доказано, что Алголь – спектрально-двойная звезда, а колебания блеска вызваны периодическим затмением главной звезды ее спутником. Так подмигивающий глаз небесной Медузы оказался первой затменно-переменной звездой, обнаруженной человеком.

Самая яркая звезда земного неба Сириус, несмотря на радужные переливы, имеет ясно выраженный голубой цвет. Арабские астрономы свидетельствуют, что в Х веке нашей эры звезда имела такой же внешний вид, как и сегодня. Однако древнеримский философ Сенека (I век нашей эры) и основоположник геоцентрической системы мира Клавдий Птолемей (II век нашей эры) утверждали, что Сириус – ярко-красная звезда. Упоминания о красном Сириусе встречаются и у некоторых древних народов. Могли ли так быстро, за несколько столетий, измениться свойства этой звезды? Интересный ответ на этот вопрос предложил Ф. Ю. Зигель, автор широко известной книги «Сокровища звездного неба». Известно, что Сириус – двойная звезда, вторым компонентом которой является белый карлик, известный как Сириус В. Он имеет значительно меньшую светимость, а потому плохо различим рядом с сиянием Сириуса А. Не могло ли случиться так, что Сириус В, до того как превратиться в белый карлик, был красным гигантом, подавлявшим своим излучением голубизну Сириуса А? Затем он сбросил свои газовые оболочки и сжался в белый карлик, что, по современным представлениям, характерно для эволюции большинства звезд. Но почему тогда в исторических хрониках первых веков нашей эры нет сообщений о вспышке новой звезды в созвездии Большого Пса? Возможны два объяснения: эта вспышка была кратковременной и пришлась на период, когда Сириус скрылся в лучах Солнца; астрономия раннего Средневековья находилась в глубоком упадке, и такое событие, как вспышка новой, никем зарегистрировано не было. Не исключено, конечно, и какое-то иное объяснение красного Сириуса, неведомое современной науке.

Цефеиды – это особый тип так называемых регулярных переменных звезд. В поверхностных слоях цефеид нарушено равновесие сил тяготения и сил газового давления. Вследствие этого их радиусы периодически изменяются на 10–15 процентов, а температура – более чем на 1000 градусов. Вместе с этим периодически меняется и видимый блеск звезд. Цефеиды получили свое название от звезды-прототипа дельта Цефея, звездная величина которой меняется от 3,6 до 4,3 с периодом в 5,4 суток. Как было установлено в 1912 году, периоды изменения блеска цефеид тесно связаны с их светимостью. Указанная связь обусловила исключительное значение этих звезд для измерения внегалактических расстояний. Обнаружив цефеиду в другой галактике и замерив период ее пульсации, можно определить ее светимость (абсолютную звездную величину). Сравнив эту величину с видимым блеском (визуальной звездной величиной), можно оценить расстояние до цефеиды, а значит, и до галактики, в которой она находится. Вот почему цефеиды иногда называют маяками Вселенной.

Каждый год в Галактике вспыхивает 25–30 (по некоторым оценкам, даже более 200) новых звезд, хотя наблюдаются лишь несколько из них. Для новых характерно чрезвычайно быстрое возрастание блеска в тысячи и даже миллионы раз (в среднем на 12 звездных величин, то есть в 60 тысяч раз) в течение нескольких суток и последующее медленное возвращение к начальному состоянию в течение нескольких месяцев или лет (сначала падение блеска звезды более быстрое, а затем оно замедляется). Новая – это двойная звезда, одним компонентом которой является белый карлик, а вторым – либо звезда типа Солнца, либо красный гигант. Период обращения компонентов этой двойной звезды составляет всего несколько часов, а следовательно, расстояние между ними достаточно мало и силы взаимодействия достаточно велики. Когда второй компонент такой двойной звезды в ходе своей эволюции расширяется, переходя определенную границу (так называемый предел Роша), часть его вещества перетекает на белый карлик. При этом на поверхности белого карлика создаются такие температура и давление, что ядерная реакция приобретает взрывной характер, чем и объясняется резкое увеличение блеска звезды. Расширившаяся (раздувшаяся) в сотни тысяч раз звезда отделяет в момент максимума блеска газовую оболочку, равную по массе 0,00001—0,0001 массы Солнца. Та, постепенно расширяясь, рассеивается в пространстве. Скорость расширения оболочек новых составляет около 1000 километров в секунду. Отличительным свойством многих новых звезд является повторяемость их вспышек. Интервалы между вспышками у повторных новых составляют от нескольких десятков до нескольких тысяч лет (они больше у тех повторных новых, которые сильнее увеличивают блеск). Внешне новые похожи на сверхновые, хотя в целом речь идет о совершенно разных явлениях и выделяемая при взрыве энергия меньше в миллион раз.

Самая большая катастрофа, происходящая со звездой, – это вспышка сверхновой. Она возникает на заключительной стадии эволюции звезд большой массы – гигантов и сверхгигантов. Во время мощнейших взрывов за несколько секунд высвобождается количество энергии, сопоставимое с энергией, испущенной звездой за всю ее жизнь. При вспышке сверхновой ее светимость возрастает на десятки звездных величин. В максимуме своего блеска сверхновая может быть ярче всей звездной системы, в которой она вспыхнула. Так, сверхновая звезда, вспыхнувшая в 1937 году в галактике IC4182, в 100 раз превосходила по яркости эту галактику. Сверхновая звезда, вспыхнувшая в нашей Галактике в 1054 году, была хорошо видна даже днем. Подобно новым звездам, блеск сверхновых после максимума постепенно (но в несколько раз медленнее и более плавно) уменьшается. Спектр сверхновой свидетельствует о грандиозных скоростях расширения – несколько тысяч километров в секунду. Причиной взрыва сверхновой является гравитационный коллапс звезды. Вспышки сверхновых – явление достаточно редкое, последняя вспышка в нашей Галактике наблюдалась в 1604 году (в максимуме блеска она была ярче Юпитера). Сверхновые играют очень важную роль в эволюции Вселенной, потому что во время взрыва образуется ударная волна, способствующая уплотнению звездорождающих туманностей. Кроме того, они выбрасывают в космос составляющую их материю, что меняет состав межзвездной среды, обогащая ее металлами. И наконец, во время взрыва звезда не исчезает полностью: из сверхновых образуются нейтронные звезды, пульсары и черные дыры.

Гравитационный коллапс звезды – катастрофически быстрое сжатие массивной звезды под действием гравитационных сил. Гравитационным коллапсом может заканчиваться эволюция звезд с массой свыше 1,5 солнечной массы. После исчерпания ядерного горючего такие звезды теряют свою механическую устойчивость и начинают с увеличивающейся скоростью сжиматься к центру. Если растущее внутреннее давление останавливает гравитационный коллапс, то центральная область звезды становится сверхплотной нейтронной звездой, что может сопровождаться сбросом оболочки и наблюдаться как вспышка сверхновой звезды. Но если радиус звезды уменьшился до значения гравитационного радиуса, то никакие силы не могут воспрепятствовать ее дальнейшему сжатию и превращению в черную дыру.

Гравитационным радиусом называют радиус так называемой сферы Шварцшильда, на которой сила тяготения, создаваемая расположенной внутри этой сферы массой, стремится к бесконечности. Гравитационные радиусы обычных небесных тел ничтожно малы: для Солнца гравитационный радиус составляет 2,96 километра, для Земли – 8,86 миллиметра, для Луны – 0,1 миллиметра. Для очень массивной звезды (гиганта или сверхгиганта) гравитационный радиус может составлять несколько десятков или сотен километров. Если тело сожмется до размеров, меньших, чем его гравитационный радиус, то никакое излучение или частицы не смогут преодолеть поле тяготения этого тела и выйти из-под сферы Шварцшильда к удаленному наблюдателю. Такие объекты называют черными дырами.

Нейтронные звезды образуются в результате гравитационного коллапса звезд с массой, в 1,5–2,5 раза превышающей массу Солнца (если масса звезды больше, возникает черная дыра). Внутри нейтронной звезды свободные электроны и протоны взаимно нейтрализуются, образуя нейтроны и нейтрино, что останавливает коллапс. Этот процесс «нейтронизации» идет до тех пор, пока основная часть звезды не будет состоять из нейтронов. Плотность нейтронной звезды составляет приблизительно квинтиллион (миллиард миллиардов) килограммов на кубический метр, что превышает плотность атомного ядра. Один кубический сантиметр вещества нейтронной звезды весил бы на Земле около миллиарда тонн. Именно вследствие своей огромной плотности нейтронные звезды чрезвычайно компактны: при массе около двух солнечных нейтронная звезда имеет радиус около 10 километров.

Летом 1967 года аспирантка известного английского радиоастронома Энтони Хьюиша мисс Бэлл неожиданно обнаружила на небе совершенно необычный радиоисточник. Он излучал кратковременные импульсы, которые строго периодически (через каждые 1,33 секунды) повторялись. Вскоре были обнаружены еще три таких же источника с подобными, почти секундными периодами. Заподозрив, что эти сигналы имеют искусственное происхождение, исследователи засекретили свои наблюдения. В течение почти полугода никто о них не знал – беспрецедентный случай в истории современной астрономии. Только после того как ученые убедились в естественном характере источников радиоимпульсов, результаты наблюдений были опубликованы. Загадочным источником радиоизлучения оказался пульсар – быстро вращающаяся и сильнейшим образом намагниченная нейтронная звезда. К концу 2000 года было открыто уже более тысячи пульсаров, их периоды составляют от тысячных долей секунды до нескольких секунд. Электромагнитное излучение пульсара создается за счет энергии вращеня нейтронной звезды. Потеря энергии приводит к замедлению вращения звезды, поэтому чем старше пульсар, тем длиннее период его пульсации.

Черные дыры, названные так в 1967 году американским астрофизиком Джоном Уилером, не что иное, как результат гравитационного коллапса звезд, масса которых более чем в 2,5 раза превышает массу Солнца. В этом случае внутреннее давление звезды не способно остановить ее гравитационный коллапс. Стремительно сжимаемая гравитационными силами звезда уменьшается до размеров сферы Шварцшильда, после чего никакие сигналы с поверхности звезды уже не могут выйти наружу. Согласно общей теории относительности, наблюдатель, находящийся на большом расстоянии от сколлапсировавшей звезды, никогда не узнает, что происходит внутри сферы Шварцшильда. Он даже не увидит момента пересечения поверхностью звезды сферы Шварцшильда: из-за релятивистского замедления времени звезда для наблюдателя будет приближаться к гравитационному радиусу бесконечно долго и «застынет» при размерах, близких к гравитационному радиусу. Размер черной дыры, а точнее – радиус сферы Шварцшильда, пропорционален ее массе. Для черной дыры с массой, равной около 10 солнечных, радиус сферы Шварцшильда составляет приблизительно 30 километров. Астрофизика не накладывает никаких ограничений на размер звезды, а потому и черная дыра может быть сколь угодно велика. Если она, например, имеет массу около 10 миллионов солнечных (возникла за счет слияния сотен тысяч, а то и миллионов сравнительно небольших звезд), ее радиус будет около 300 миллионов километров, то есть вдвое больше земной орбиты. По-видимому, именно такие черные дыры находятся в центрах галактик. Во всяком случае, астрономы сегодня насчитывают около 50 галактик, в центре которых, судя по косвенным признакам, имеются черные дыры массой порядка миллиарда солнечной. В нашей Галактике тоже, видимо, есть своя черная дыра – ее массу оценивают приблизительно в 2,4 миллиона солнечных. Теория предполагает, что наряду с такими сверхгигантами должны были возникать и черные мини-дыры массой порядка 100 миллионов тонн (масса астероида поперечником всего около 200 метров) и радиусом, сравнимым с размером атомного ядра. Они могли появляться в первые мгновения существования Вселенной как проявление очень сильной неоднородности пространства-времени при колоссальной плотности энергии.

Первым идею черных дыр выдвинул английский священник Джон Мичелл, который в Кембридже положил начало современному изучению магнетизма и землетрясений. Кроме того, он установил возможную физическую двойственность ряда звезд и по переписке учил Уильяма Гершеля искусству изготовления телескопов. В опубликованной в 1784 году статье Мичелл изложил представление о невидимой звезде. К идее черной дыры его привела мысль о том, что массивная звезда должна своим могучим тяготением замедлять испускаемый ею свет и в конце концов полностью его остановит. Мичелл вычислил, что звезда диаметром в 500 раз больше солнечного и плотностью, равной солнечной, будет невидима. Французский астроном и математик Симон Лаплас пришел к этой идее в 1796 году (и его часто считают первым). Но, по его расчетам, диаметр звезды (черной дыры) выходил вдвое меньше, чем у Мичелла. Общая теория относительности согласна с идеей Мичелла. Таким образом, священник из захолустного английского местечка Торнхилла не только опередил великого Лапласа, но и оказался точнее его.

Черные дыры ничего не излучают, даже свет. Однако астрономы научились видеть их, вернее – находить кандидатов на эту роль. Есть три способа обнаружить черную дыру.

1. Нужно проследить за обращением звезд в скоплениях вокруг некоего центра гравитации. Если окажется, что в этом центре ничего нет и звезды крутятся как бы вокруг пустого места, можно достаточно уверенно сказать: в этой «пустоте» находится черная дыра. Именно по этому признаку предположили наличие черной дыры в центре нашей Галактики и оценили ее массу.

2. Черная дыра активно всасывает в себя материю из окружающего пространства. Межзвездная пыль, газ, вещество ближайших звезд падают на нее по спирали, образуя так называемый аккреционный диск, подобный кольцу Сатурна. Приближаясь к сфере Шварцшильда, частицы испытывают ускорение и начинают излучать в рентгеновском диапазоне. Это излучение имеет характерный спектр, подобный хорошо изученному излучению частиц, ускоренных в синхротроне. И если из какой-то области Вселенной приходит такое излучение, можно с уверенностью сказать – там должна быть черная дыра.

3. При слиянии двух черных дыр возникает гравитационное излучение. Подсчитано, что если масса каждой составляет около десяти масс Солнца, то при их слиянии за считаные часы в виде гравитационных волн выделится энергия, эквивалентная одному проценту их суммарной массы. Это в тысячу раз больше той световой, тепловой и прочей энергии, которую излучило Солнце за все время своего существования – пять миллиардов лет. Обнаружить гравитационное излучение надеются с помощью гравитационно-волновых обсерваторий.

И все-таки, хотя у астрономов нет никаких сомнений в существовании черных дыр, категорически утверждать, что в данной точке пространства находится именно одна из них, никто не берется. Чтобы получить на этот вопрос однозначный, не терпящий разночтений ответ, недостаточно оценить массу невидимого объекта. Нужно также измерить его радиус и показать, что он не превышает гравитационный. А даже в пределах нашей Галактики эта задача пока не разрешима.

Солнце – это огромный шар из плазмы (то есть ионизированного газа), состоящей в основном из водорода (73,46 процента массы) и гелия (24,85 процента массы). Таким образом, на все остальные элементы в составе солнечного вещества приходится менее 2 процентов. Основными из этих остальных элементов являются кислород (0,77 процента солнечной массы), углерод (0,29 процента), железо (0,16 процента), неон (0,12 процента), азот (0,09 процента), кремний (0,07 процента), магний (0,05 процента) и сера (0,04 процента).

Солнечными пятнами называют темные образования на диске Солнца. У хорошо развившегося пятна заметна темная тень (ядро), окруженная более светлой полутенью, в которой видны радиально расположенные светлые прожилки. Тень кажется очень темной только по контрасту с ослепительно яркой видимой поверхностью (фотосферой) Солнца, однако сами по себе пятна светят очень ярко, так как их температура достаточно высока (4300–4700 градусов Кельвина, то есть на 1000–1500 градусов ниже температуры фотосферы). Однажды наблюдалось пятно, имевшее температуру «всего» 3680 кельвинов. Температура тени составляет около 5500 кельвинов. Солнечные пятна горячее расплавленной стали и ярче электрической дуги. Мельчайшие солнечные пятна – так называемые поры – имеют диаметры в несколько сотен километров, диаметр больших пятен достигает 100 тысяч километров. Изредка появляются гигантские пятна. Так, например, с 8 по 17 марта 1947 года наблюдалось пятно сложной формы длиной 214 600 километров. Чем больше площадь пятна, тем оно долговечнее. У солнечных пятен обнаружено сильное магнитное поле. Прохождение больших пятен или групп пятен через центральный меридиан Солнца зачастую сопровождается магнитными бурями на Земле. Пятна перемещаются от восточного края Солнца к западному, демонстрируя тем самым вращение Солнца вокруг своей оси; одновременно они и сами несколько передвигаются по солнечной поверхности. Доля видимой поверхности Солнца, покрытая пятнами, является характеристикой солнечной активности. Весьма интересно, что наблюдения за солнечными пятнами стали одной из причин краха аристотелевско-птолемеевской модели Вселенной, согласно которой звезды являются идеальными неделимыми сферами.

В тщетных попытках объяснить тот факт, что Солнце сияет и не тускнеет уже тысячи лет (миллиарды лет, как мы знаем теперь), Исаак Ньютон (1643–1727) пришел к выводу, что Солнце по Божьему соизволению питается кометами, падающими на него из-за роковых изменений своих орбит. В качестве доказательства своей гипотезы он приводил вспышку сверхновой, которую наблюдал Тихо Браге в 1572 году. По мнению Ньютона, звезда ослепительно засияла именно потому, что получила большую порцию кометного топлива.

Уильям Гершель (1738–1822), сын полкового музыканта из немецкого княжества Ганновер, стал великим английским астрономом, выдвинувшим одну из самых дерзких идей в истории науки. Не сомневаясь, что наше светило обитаемо, Гершель утверждал, что оно «населено весьма плотно» мыслящими существами. По мнению Гершеля, обитатели Солнца живут и трудятся на его твердой поверхности, лежащей под светящейся оболочкой, которая постоянно обогащается, как указывал Ньютон, падающими на нее кометами и освещает не только поверхность самого Солнца, но и всю Солнечную систему. А в качестве наглядного подтверждения справедливости своей гипотезы Гершель указывал на солнечные пятна: чем они еще могут быть, как не прорехами в светящейся оболочке, позволяющими увидеть более холодную поверхность под ней?

Солнечные вспышки – это сильные взрывы, охватывающие значительные области поверхностного слоя Солнца. Вспышки обычно появляются в центрах солнечной активности (например, в группе пятен, иногда между двумя пятнами, составляющими магнитную пару) и проявляют себя резкими повышениями яркости. Длительность вспышек обычно составляет десятки минут, а порой доходит до часа. Но фаза, в которой выделяется основная часть энергии, длится считаные минуты и соотносится с наибольшей яркостью. Вспышки на Солнце – самое мощное из всех проявлений солнечной активности. Энергия большой вспышки приблизительно в 100 раз превышает тепловую энергию, которую можно было бы получить при сжигании всех запасов нефти и угля на Земле. Однако при этом мощность вспышки не превышает сотых долей процента от мощности полного излучения нашего светила, и заметного увеличения светимости Солнца не происходит. Вспышки вызывают резкое увеличение ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца, а также потока заряженных частиц, скорости которых достигают 1000 километров в секунду и более. Достигнув через несколько часов нашей планеты, эти частицы порождают полярные сияния и электромагнитные бури, которые подчас приводят к нарушениям функционирования телекоммуникационных сетей и устройств. Так, например, 2 сентября 1967 года яркая вспышка на Солнце вызвала почти двухчасовое прекращение радиосвязи на всей Земле.

Протуберанцы – самые грандиозные из всех образований в солнечной атмосфере. Типичный протуберанец имеет вид гигантской светящейся арки, образованной струями более плотной и менее горячей, чем окружающая солнечная корона, плазмы. По виду протуберанцев, по скорости и особенностям движения вещества в них различают спокойные, активные и эруптивные протуберанцы. Спокойные протуберанцы отличаются медленным движением и изменением формы; время их существования – недели и даже месяцы. Активные протуберанцы характеризуются довольно быстрыми движениями потоков вещества от протуберанца к фотосфере, от одного протуберанца к другому. Эруптивные («взлетающие») протуберанцы по виду напоминают громадные фонтаны, извергающиеся со скоростью в сотни километров в секунду и довольно быстро меняющие свои очертания; существуют они недолго – от нескольких минут до нескольких часов. При толщине 5– 10 тысяч километров протуберанец может иметь высоту в десятки тысяч километров. Некоторые эруптивные протуберанцы достигают высоты 1,7 миллиона километров над поверхностью Солнца (весьма впечатляющее зрелище, если учесть, что радиус нашего светила чуть меньше 700 тысяч километров).

Ежесекундно Солнце теряет на излучение около 4,3 миллиона тонн своего вещества. В год это составляет 140 триллионов тонн (триллион – число, изображаемое единицей с 12 нулями) – такова, например, масса астероида диаметром 50 километров. Но Солнце очень велико, и при таком темпе излучения ему потребовалось бы 150 миллиардов лет, чтобы потерять всего один процент своей массы.

На исходе 1940-х годов проницательные астрофизики пришли к выводу, что Солнце должно собирать газ из межзвездного пространства, а потому смело предсказали существование ветра, дующего в сторону Солнца. Вскоре реальность солнечного ветра была подтверждена, однако с небольшой поправкой: ветер дует не к Солнцу, а от него. Вместо того чтобы собирать газ из межзвездного пространства, Солнце выбрасывает во все стороны свое вещество со скоростью миллион тонн в сутки. Солнечный ветер представляет собой постоянное радиальное истечение плазмы солнечной короны в космическое пространство (почти в вакуум). Частицы солнечного ветра, преодолевая солнечное притяжение, движутся от Солнца с постепенно нарастающей скоростью – их «подталкивает» более горячий газ. В основании короны (на расстоянии около 20 тысяч километров от поверхности Солнца) их радиальная скорость составляет несколько сотен метров в секунду, на расстоянии нескольких радиусов от Солнца они достигают скорости 100–150 километров в секунду. Вблизи Земли скорость солнечного ветра равна приблизительно 400 километрам в секунду, а плотность – 10 частицам на кубический сантиметр, то есть в миллиард миллиардов раз ниже, чем плотность земной атмосферы при нормальном давлении. Солнечный ветер состоит главным образом из протонов и электронов, но в нем присутствуют также ядра гелия и других элементов.

На Землю попадает немногим менее половины миллиардной части солнечного излучения, но именно его энергия обеспечивает благоприятные условия жизни на нашей планете. Хотя земной шар имеет раскаленное ядро, однако тепло, которое каждый квадратный метр поверхности Земли получает из ее недр, в 25 000 раз меньше тепла, получаемого от Солнца. Если вспомнить, что от нашего светила нас отделяет около 150 миллионов километров, а его излучение ослабляется пропорционально квадрату расстояния, то можно только поразиться тому, как велика мощность термоядерного реактора под названием Солнце.

Солнце, находясь на расстоянии около 26 тысяч световых лет от центра Галактики, обращается вокруг него с периодом около 220 миллионов лет и скоростью около 220 километров в секунду. При этом наше светило одновременно перемещается внутри Галактики (относительно ближайших звезд) со скоростью 19,5 километра в секунду в направлении созвездия Геркулеса.

Эклиптика (от греч. ekleipsis – затмение) – это большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение Солнца, точнее – его центра. Так как это движение отражает действительное движение Земли вокруг Солнца, то эклиптику можно рассматривать как сечение небесной сферы плоскостью орбиты Земли. Плоскость эклиптики пересекает плоскость небесного экватора (проекция земного экватора на небесную сферу) под углом, который в нашу эпоху составляет 23 градуса 27 минут. Точки пересечения двух этих плоскостей называются точками весеннего и осеннего равноденствия. Точка весеннего равноденствия соответствует положению Солнца в его видимом движении вдоль эклиптики, которое оно занимает 21 марта, тогда как осеннее равноденствие наступает 23 сентября. 21 марта Солнце пересекает небесный экватор, переходя из Южного полушария в Северное, и для жителей Северного полушария наступает весна. 23 сентября Солнце снова возвращается в Южное полушарие, и в Северном полушарии наступает осень. В дни равноденствий продолжительность дня и ночи равна – для любого места на земной поверхности. Кроме того, только в эти два дня Солнце одновременно освещает (хотя и по касательной) Северный и Южный земные полюса. Перпендикулярно к линии, соединяющей точки равноденствия, проходит линия солнцестояния. 21 июня (точка летнего солнцестояния) Солнце находится на угловом расстоянии 23 градуса 27 минут северной широты от небесного экватора и оказывается в полдень в зените на территориях, лежащих на тропике Рака. 22 декабря (точка зимнего солнцестояния) Солнце находится на угловом расстоянии 23 градуса 27 минут южной широты от небесного экватора и оказывается в полдень в зените на территориях, лежащих на тропике Козерога.

Историки науки утверждают, что первое солнечное затмение, предсказанное человеком, имело место в 585 году до нашей эры. Это великое астрономическое открытие приписывают Фалесу, философу из Милета, греческого города в Малой Азии. Однако известно, что Фалес путешествовал по странам Востока, учился у египетских жрецов и вавилонских халдеев и именно у них позаимствовал «семена» новой для греков науки – астрономии.

По особенностям наблюдаемой картины солнечные затмения подразделяют на частные, полные и кольцеобразные. Как известно, Луна движется вокруг Земли по орбите, плоскость которой составляет угол около 5 градусов с плоскостью эклиптики, по которой сама Земля обращается вокруг Солнца. Из-за этого наклона орбиты Луна чаще всего проходит между Солнцем и Землей таким образом, что ее тень оказывается либо выше, либо ниже земного шара. Когда тень все же попадает на Землю, центр Луны для земного наблюдателя может не совпасть с центром солнечного диска, и тогда Луна закрывает не весь солнечный диск, а только его часть. Такие затмения называют частными. Они случаются чаще полных и кольцевых, но обычно проходят незамеченными, поскольку ослабление на несколько минут солнечного света даже вдвое почти незаметно для человеческого глаза. В тех редких случаях, когда при прохождении Луны между Солнцем и Землей центры всех трех небесных тел оказываются на одной прямой, имеет место центральное солнечное затмение, которое можно наблюдать либо как полное, либо как кольцеобразное. Хотя угловые размеры Солнца и Луны почти одинаковы, они несколько меняются из-за эллиптичности земной и лунной орбит. Поэтому возможны ситуации, когда угловой диаметр Луны превышает солнечный и, наоборот, когда угловой диаметр Солнца больше лунного. Если при центральном затмении имеет место первая из этих двух ситуаций, то в момент середины затмения Луна полностью закрывает солнечный диск от земного наблюдателя. Такое солнечное затмение называется полным. Если же угловой диаметр Солнца больше лунного, то в момент середины затмения земной наблюдатель видит черный диск Луны, окруженный сверкающим кольцом солнечного края. Такое солнечное затмение называют кольцеобразным. Очевидно, что ширина этого кольца будет наибольшей в том случае, если в момент солнечного затмения Земля находится в перигелии (ближайшей к Солнцу точке своей орбиты), а Луна – в апогее (наиболее удаленной от Земли точке своей орбиты).

Гравитационная сила, удерживающая Землю на орбите вокруг Солнца, равна 35 секстиллионам ньютонов (секстиллион – число, изображаемое единицей с 21 нулем). Эта сила могла бы разорвать стальной трос диаметром 3000 километров.

Радиус Солнца составляет 696 тысяч километров, а средний радиус Земли – 6371 километр. Отсюда следует, что Солнце больше Земли по линейным размерам приблизительно в 109 раз, а по объему – в 1,3 миллиона раз. Масса Солнца равна 2 триллионам квардиллионов (двойка с 27 нулями) тонн, а масса Земли составляет «всего лишь» 6 секстиллионов (шестерка с 21 нулем) тонн. Следовательно, по массе Солнце больше Земли в 333 тысячи раз. Гравитационное ускорение на поверхности Солнца равно 274 метрам в секунду за секунду и в 28 раз превышает гравитационное ускорение на поверхности Земли, равное, как всем известно, 9,81 метра в секунду за секунду. Поэтому любой предмет на поверхности Солнца будет весить в 28 раз больше, чем он весит на поверхности Земли (если, конечно, не сгорит).

Солнце бывает в зените (точке небесной сферы, расположенной над головой наблюдателя) только в области земного шара, лежащей между тропиками Рака и Козерога. Тропики – это воображаемые параллельные круги на поверхности земного шара, отстоящие на 23 градуса и 7 минут от экватора к северу и югу. К северу от экватора расположен Северный тропик (он же тропик Рака), к югу – Южный (тропик Козерога). На тропиках раз в году (22 июня на тропике Рака и 22 декабря на тропике Козерога) центр Солнца в полдень проходит через зенит. Между тропиками лежит область, в каждом пункте которой Солнце бывает в зените дважды в год. Севернее тропика Рака и южнее тропика Козерога Солнце никогда не поднимается до точки зенита.

Солнце образовалось около 5 миллиардов лет назад и вот уже по крайней мере 4,5 миллиарда лет, благодаря реакциям превращения водорода в гелий, протекающим в его центральных областях, устойчиво излучает благодатное для нас, обитателей Земли, тепло. Согласно современным астрофизическим представлениям, через 8 миллиардов лет Солнце станет красным гигантом. При этом его светимость увеличится в сотни раз, а радиус – в десятки. Эта стадия эволюции нашего светила займет несколько миллионов лет, после чего разбухшее Солнце сбросит свою оболочку и превратится в белый карлик. Удивительно, что еще в 1895 году, задолго до возникновения теоретической астрофизики, наличие стадии красного гиганта в эволюции Солнца предсказал английский писатель Герберт Уэллс в своем романе «Машина времени», открывшем историю современной научной фантастики. Передвигаясь во времени «огромными шагами, каждый в тысячу лет и больше», герой романа наблюдал, как Солнце «становится все огромнее и тусклее», а затем «огромный красный купол Солнца заслонил собой десятую часть потемневших небес».

Датчанин Тихо Браге (1546–1601) вошел в историю астрономии как величайший наблюдатель. За несколько десятилетий до изобретения телескопа он умел измерять положение звезд с точностью до одного градуса и угловое расхождение двух звезд с точностью до десятков угловых секунд. Это, однако, не мешало Тихо Браге быть рутинером в области теории строения Вселенной: всю свою жизнь он оставался непримиримым противником коперниковской гелиоцентрической системы мира. Чтобы объяснить новые данные, противоречившие птолемеевской геоцентрической системе мира, Тихо Браге выдвинул собственную модель Вселенной – в сущности, смешанную полуптолемеевскую-полукоперниковскую систему. Согласно представлениям Тихо Браге, Земля находится в центре системы неподвижных звезд, Солнце и Луна вращаются вокруг Земли, а планеты движутся вокруг Солнца. Судьбе было угодно, чтобы именно на основании удивительно точных наблюдений Тихо Браге его помощник Иоганн Кеплер вывел (уже после смерти Тихо Браге) свои знаменитые законы движения планет. Кеплер неоспоримо подтвердил справедливость системы Коперника и окончательно поставил крест как на системе Птолемея, так и на космологических «новациях» самого Тихо Браге.

Фундаментальную идею о том, что Земля – не центр мироздания, а вращающаяся вокруг Солнца планета, мы привыкли связывать с именем Николая Коперника. Не умаляя величайшей заслуги польского астронома, следует все же отметить, что идея эта была хорошо известна за тысячи лет до его рождения. Египетские жрецы, создававшие в погребальных пирамидах всевозможные хитроумные устройства, уже прекрасно знали и то, что планеты вращаются вокруг Солнца, и то, в каком порядке от светила они располагаются. В Древнем Риме, в храме Весты, существовал планетарий, в центре которого помещался огонь, символизировавший Солнце, а вокруг него вручную переносили планеты. Однако в Древнем мире у гелиоцентрической гипотезы были могущественные оппоненты в лице сторонников геоцентризма. Когда в 280 году до нашей эры древнегреческий астроном Аристарх Самосский в своем сочинении (к сожалению, не дошедшем до нас) поместил в центре планетной системы не Землю, а Солнце, эта идея оскорбила многих его современников. Раздавались призывы покарать его за безбожие, как это было спустя почти две тысячи лет с Галилеем и Бруно. Как отмечает американский астроном Карл Саган в своей книге «Космос: эволюция Вселенной, жизни и цивилизации», подсознательное сопротивление идеям Аристарха и Коперника остается и в нашей повседневности. Мы продолжаем говорить, что Солнце «восходит» и «садится», наш язык продолжает считать Землю неподвижной.

Многие астрономы Античности (Пифагор, Платон, Птолемей и др.) и все христианские до Кеплера полагали, что планеты движутся по круговым траекториям. Окружность считалась «совершенной» геометрической фигурой, и планеты, пребывающие в небесных высях, вдали от земной скверны, тоже мыслились «совершенными». В равномерном круговом движении планет были уверены Галилей и Браге, родившиеся уже после смерти Коперника. Коперник же утверждал, что альтернатива должна заставить «разум содрогнуться», поскольку «было бы недостойно помыслить такое о сотворении мира, которое вершилось наилучшим из возможных образом». Теория Коперника основывалась на гипотезе о строго круговом и равномерном ходе планет. Она не позволяла прогнозировать их видимые движения с той же точностью, с какой это можно было сделать на основе модели Птолемея, базировавшейся на сложной системе дифферентов и эпициклов. А потому единственное преимущество коперниковской гелиоцентрической системы мира состояло в ее простоте и логичности. Теория Коперника окончательно восторжествовала лишь благодаря Кеплеру. Согласно Копернику, Земля являлась планетой. А Кеплер ясно понимал, что она, раздираемая войнами, моровыми поветриями, голодом и прочими напастями, весьма далека от совершенства. А если планеты несовершенны, почему их орбитам не быть такими же? Попробовав для вычисления орбиты Марса формулу эллипса, Кеплер обнаружил поразительное согласие с данными наблюдений. С этого момента никаких объективных препятствий для полного признания гелиоцентрической системы мира уже не оставалось.

Современные астрономы считают, что вначале образовалась солнечная туманность в виде газово-пылевого облака, которое затем стало сжиматься под действием гравитационных сил. Возможно, это сжатие было ускорено внешними факторами – например, взрывом находящейся недалеко сверхновой. В центре облака образовалось Солнце, под действием гравитационного давления в его центре началась термоядерная реакция, продолжающаяся и поныне. Из окружавшего Солнце огромного уплощенного газово-пылевого облака образовалась планетная система. Земля и родственные ей планеты (Меркурий, Венера, Марс) аккумулировались из твердых тел и частиц, а в формировании планет-гигантов (Юпитер, Сатурн) и внешних планет (Уран, Нептун) участвовал наряду с твердыми телами также и газ. Вначале вокруг Солнца образовались планетезимали – каменистые тела неправильной формы. Их размеры разнились от совсем небольших до сотен километров в поперечнике. Довольно быстро, через какие-нибудь десятки тысяч лет, планетезимали превратились в протопланеты диаметром 100–500 километров. Считается, что планетам земного типа потребовалось затем около 100 миллионов лет, чтобы вырасти до современных размеров путем аккумулирования масс более мелких небесных тел.

По сравнению с другими планетами наша Земля расположена довольно близко к Солнцу, хотя и не является самой близкой к нему. Среднее расстояние от Земли до Солнца составляет около 150 миллионов километров, или, как говорят астрономы, одну астрономическую единицу длины. Среднее расстояние от Солнца до Плутона, который еще совсем недавно считали самой удаленной от светила планетой, равно приблизительно 40 астрономическим единицам, или почти 6 миллиардам километров. За орбитой Плутона лежит гигантское кометное облако Оорта, простирающееся в пределах сферы с радиусом 100–150 тысяч астрономических единиц, или 15–22 квинтиллионов километров (квинтиллион – миллиард миллиардов). Чтобы более наглядно представить масштабы Солнечной системы, обратимся к ее модели, приведенной И. С. Шкловским в книге «Вселенная, жизнь, разум». Пусть Солнце изображается бильярдным шаром диаметром 7 сантиметров. Тогда ближайшая к Солнцу планета – Меркурий находится от него (в этом масштабе) на расстоянии 2,8 метра, Земля – на расстоянии 7,6 метра, Юпитер удален на расстояние около 40 метров, а далекий Плутон – на расстояние около 300 метров. В этом масштабе радиус сферы Оорта составил бы около тысячи километров.

Музей науки в штате Мэн (США) недостаточно богат, чтобы иметь настоящий планетарий. Поэтому его сотрудники построили модель Солнечной системы в масштабе 1: 93 000 000. Она протянулась вдоль местной автодороги длиной 40 миль (64 километра). Идея возникла, когда директор музея заметил, что длина дороги численно соответствует расстоянию от Солнца до Плутона, выраженному в астрономических единицах (40 астрономических единиц). В этой модели Солнце в виде 15-метрового шара расположено в здании музея. Вдоль же дороги расставлены планеты из стали и стеклопластика. Юпитер имеет диаметр 1,5 метра, Плутон – около 2,5 сантиметра. Рядом с Плутоном расположен его спутник Харон диаметром 9 миллиметров. Если по обочине дороги бежать или ехать на велосипеде со скоростью 11 километров в час, это будет соответствовать движению по Солнечной системе со скоростью света. В таком масштабе радиус сферы Оорта составил бы около 200 тысяч километров, а расстояние до ближайшей звезды (Проксима Кентавра) – 425 тысяч километров (для сравнения: среднее расстояние центра Луны от центра Земли составляет 384 400 километров).

Общая масса Солнечной системы составляет около 2 триллионов квадриллионов (число, выражаемое двойкой с 27 нулями) тонн, из которых на долю Солнца приходится 99,866 процентов. Отсюда следует, что масса Солнца приблизительно в 750 раз больше массы всех остальных тел Солнечной системы. Общая масса всех планет составляет 0,134 процента общей массы Солнечной системы и равна 447,8 массы Земли. Общая масса спутников планет составляет 12 процентов массы Земли, общая масса малых тел (астероидов) – 0,03 процента от массы Земли, а общая масса комет и метеоритного вещества – одну миллиардную часть массы Земли.

Зодиакальным светом называют слабое сияние, которое можно видеть в безлунные ночи в южных широтах. В редких случаях этот свет виден и в средних широтах (в феврале – марте вечером на западе после наступления темноты и в сентябре – октябре на востоке перед рассветом). Он проявляется в виде наклонно стоящего и расширяющегося к горизонту светящегося клина, ось которого располагается вдоль эклиптики. Клин этот тянется на расстояние 60–80 угловых градусов по обе стороны от Солнца и у горизонта имеет ширину 20–30 угловых градусов. По мере удаления от горизонта яркость клина убывает, и он постепенно переходит в зодиакальную полосу – слабо светящийся пояс шириной около 10 угловых градусов, едва различимый на фоне ночного неба. Иногда можно видеть, как в области неба, противоположной Солнцу, на зодиакальный свет накладывается вытянутое вдоль эклиптики светлое овальное пятно длиной 10–20 угловых градусов – так называемое противосияние. Наибольшую высоту над горизонтом противосияние имеет зимой около полуночи. В среднем зодиакальный свет составляет около 15 процентов общего излучения ночного неба в видимом спектре, хотя его клинья в 2–3 раза ярче фона ночного неба. Зодиакальный свет не имеет резких очертаний и постепенно сливается с фоном неба. Причина этого явления – в рассеивании солнечного света многочисленными частицами окружающего Солнце линзообразного облака межпланетной пыли, вытянутого вдоль эклиптики и распространяющегося за орбиту Земли (ближе к Солнцу расположены более мелкие частицы, но, вероятно, поперечником не меньше 0,01 миллиметра). Источником пылевого вещества могут быть постепенно разрушающиеся периодические кометы, а также малые планеты (астероиды). Сталкиваясь между собой, они дробятся, образуя мелкие обломки и пыль.

В середине ХХ века два астронома – англичанин Кеннет Эджворс и американец Джеральд Койпер – независимо друг от друга сделали открытие. Изучая эволюцию туманности, из которой образовалась Солнечная система, оба сочли довольно странным, что она внезапно заканчивается на расстоянии от Солнца, приблизительно равном радиусу орбиты Нептуна. Ученые предположили, что существует совокупность средних и малых твердых тел, заполняющих транснептуновую (лежащую за орбитой Нептуна) область Солнечной системы. В последующие годы их гипотеза полностью подтвердилась. Поясом Койпера (или Эджворса – Койпера) называют область на расстоянии 30–50 астрономических единиц (4,5–7,5 миллиарда километров) от Солнца, в которой, как сегодня твердо установлено, содержится не менее 70 тысяч небесных тел размерами более 10 километров. Самым крупным из известных в настоящее время объектов пояса Койпера является открытая в октябре 2003 года карликовая планета Эрида. Ее диаметр оценивают приблизительно в 2400 километров (на 6 процентов больше диаметра Плутона). Предполагается, что в поясе Койпера имеется порядка 10 миллионов тел с размерами более 10 километров, а также около 10 миллиардов тел, размеры которых превышают 1 километр. Время от времени какой-либо из этих объектов теряет гравитационное равновесие с планетами Солнечной системы, и в результате его орбита пересекает орбиту Нептуна. В этом случае возникает высокая вероятность выхода объекта за пределы Солнечной системы. Реже его орбита сближается с гигантскими планетами или планетами земного типа. Возможно, пояс Койпера представляет собой остаток протопланетной туманности, из которой сформировалась Солнечная система.

В конце 1992 года за орбитой Нептуна впервые был обнаружен объект диаметром около 280 километров, получивший обозначение 1992 QBI. К маю 2001 года было открыто уже около 370 транснептуновых объектов. Среди них выделяется группа объектов, орбитальные периоды которых близки орбитальному периоду Плутона (248 лет) и соотносятся с орбитальным периодом Нептуна (165 лет) как 3: 2. Это означает, что пока такой объект (как и Плутон) дважды обходит свою орбиту вокруг Солнца, Нептун проходит по своей орбите трижды. Такая синхронизация орбит позволяет этим объектам (как и Плутону) пересекать орбиту Нептуна, не рискуя оказаться к нему слишком близко. В указанном отношении эти транснептуновые объекты являются как бы младшими (по размеру) братьями Плутона, почему они и получили название «плутино». Самый крупный из известных в настоящее время плутино (2004 DW) открыт в феврале 2004 года. По оценкам, его диаметр составляет 840—1800 километров.

Планеты Солнечной системы подразделяют на два вида: планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля и Марс) и газообразные планеты (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун). Планеты земной группы названы так ввиду близости их физических характеристик к физическим характеристикам Земли. У этих планет твердая поверхность и относительно высокая средняя плотность, которая снижается по мере удаления от Солнца с 5,43 (Меркурий) до 3,94 (Марс) грамма на кубический сантиметр. При формировании планет земной группы их близость к Солнцу не позволила в «исходном материале» (газово-пылевой туманности) сохраниться значительным количествам таких летучих элементов, как водород, гелий и вода. Средняя плотность газообразных планет значительно ниже, чем у планет земной группы. Наибольшую имеет Нептун (1,76 грамма на кубический сантиметр), а у Сатурна она составляет всего 0,7 грамма на кубический сантиметр (меньше плотности воды). Эти планеты формировались на достаточно большом расстоянии от Солнца, поэтому в их химическом составе доминируют водород и гелий, а твердое ядро составляет весьма незначительную часть от общей массы планеты.

Из планет Солнечной системы ближе всех к светилу располагается Меркурий. Средний радиус орбиты этой планеты составляет 57,9 миллиона километров, а в перигелии она удалена от Солнца всего на 45,9 миллиона километров. Еще совсем недавно в любом астрономическом справочнике можно было прочитать, что более всех удален от светила на своем пути вокруг него Плутон. Он обращается по орбите со средним расстоянием от Солнца 5868,9 миллиона километров, а в афелии удаляется на 7375 миллионов километров. Однако в августе 2006 года Плутон был лишен статуса планеты. В этой связи самой удаленной от Солнца планетой считается Нептун (как и до 1930 года). Он обращается по орбите со средним расстоянием от Солнца 4491,1 миллиона километров, а в афелии удаляется от него на 4537 миллионов километров.

Ось собственного вращения Меркурия почти перпендикулярна к плоскости его орбиты, а потому на нем не существует времен года в том смысле, который мы вкладываем в это понятие на Земле. Солнечные лучи падают на полярные области планеты почти горизонтально, и в них царит вечная зима (полной темноты на полюсах нет только потому, что Солнце значительно больше Меркурия). Результаты исследований Меркурия позволяют предположить, что на полюсах этой ближайшей к нашему раскаленному светилу планеты имеются ледники (ледниковый слой может достигать двух метров и покрыт слоем пыли).

В соответствии с решением комиссии Международного астрономического союза по обозначениям деталей астрономических тел кратеры на Меркурии называют именами художников, писателей, композиторов. Самый большой, не сравнимый с другими кратер (диаметр 625 километров) «достался» Бетховену. За ним следуют Толстой, Рафаэль, Гёте и Гомер – именно в таком порядке. Кратеры поменьше названы в честь Бальзака, Софокла, Лермонтова, Пушкина, Марка Твена, Баха, Моцарта, Репина, Ван-Гога, Матисса и др. Горные цепи и каньоны получили названия знаменитых кораблей и научных станций: Санта-Мария, Фрам, Кон-Тики, Персей, Мирный, Восток и др.

Меркурий очень медленно вращается вокруг собственной оси, делая всего лишь полтора оборота за период полного обращения вокруг Солнца. Из-за столь медленного движения получается, что сутки (временной интервал между двумя последовательными восходами Солнца) на Меркурии равны двум меркурианским годам. Следовательно, какие-то области поверхности планеты очень долго находятся под палящими лучами светила, а другие так же долго пребывают в тени. Поэтому на поверхности Меркурия контраст между температурами ночи и дня сильнее, чем на любой другой планете. Температура в ночных (противоположных от Солнца) областях планеты достигает минус 180 градусов Цельсия, а в дневных (обращенных к Солнцу) может подниматься до 430 градусов Цельсия.

Наиболее стремительно движется по околосолнечной орбите Меркурий – средняя скорость составляет 47,9 километра в секунду. До августа 2006 года считалось, что из всех планет Солнечной системы наименьшая скорость орбитального движения у Плутона, который перемещается по своему пути вокруг Солнца на порядок (в 10 раз) медленнее Меркурия – со средней скоростью 4,8 километра в секунду. После лишения Плутона статуса планеты титул самой медленной в своем орбитальном движении планеты вернул себе Нептун. Он летит вокруг Солнца со средней скоростью 5,4 километра в секунду.

Близость Венеры к Солнцу позволяет ей, с точки зрения земного наблюдателя, следовать за светилом на закате и предвосхищать его восход. Именно поэтому древние греки принимали ее за два разных небесных объекта, один из которых называли Гесперисом (или Вечерней звездой), а другой – Фосфоросом (или Утренней звездой).

Из всех планет наиболее яркая Венера, ее максимальный блеск соответствует звездной величине минус 4,8. Венера вообще самый яркий из небесных объектов после Солнца и Луны. Это объясняется тем, что от Венеры отражается около 75 процентов падающего на нее солнечного света. Столь высокая отражающая способность планеты обусловлена наличием в ее атмосфере густых облаков, состоящих из концентрированного водного раствора серной кислоты.

Атмосфера Венеры состоит на 96,5 процента (по объему) из углекислого газа, остальные 3,5 процента составляет азот со следами кислорода, окиси углерода, аргона, серного ангидрида и водяного пара. Основные компоненты этой атмосферы значительно тяжелее основных компонентов земной атмосферы. Поэтому давление на поверхности Венеры значительно выше, чем на поверхности Земли, и составляет около 90 атмосфер (близко к давлению в земных условиях на глубине 900 метров под водой). Сила такого давления просто расплющила бы космонавта, оказавшегося на Венере.

Существование венерианской атмосферы установлено впервые М. В. Ломоносовым при наблюдениях за прохождением этой планеты по диску Солнца в 1761 году.

Все планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении – в том же, в котором вращается вокруг своей оси Солнце. В этом же направлении вращаются почти все планеты и вокруг собственных осей – за исключением Венеры и Урана, вращающихся в противоположном направлении.

В обеих указанных «номинациях» рекордсменом в Солнечной системе является Марс. На этой планете расположена самая большая гора Солнечной системы – потухший вулкан Олимп. Он имеет высоту около 27 километров и ширину в основании 520 километров. Здесь же находится и глубочайшая впадина – система каньонов Валис Маринерис. В длину она протянулась почти на 4 тысячи километров, а ее глубина составляет от 2 до 7 километров.

Самым знаменитым астрономическим открытием XIX века были каналы, пересекающие в разных направлениях поверхность Марса. Об их обнаружении объявил в 1877 году Джованни Скиапарелли, директор астрономической обсерватории в Брере. К концу века Персиваль Ловелл, основатель Аризонской обсерватории во Флагстаффе, составил карту сложной сети десятков марсианских каналов. Поначалу их считали естественными водоемами, но затем была высказана гипотеза об искусственном происхождении каналов. Разгорелись жаркие дебаты о том, нет ли на Марсе развитой цивилизации, которая построила каналы как средство борьбы с высыханием планеты. Споры стали затухать после исследований Винченцо Черулли, который доказал, что на самом деле каналы – результат оптического обмана и самообмана, возникающего при наблюдениях на пределах возможностей человеческого глаза. В 1907 году Скиапарелли признал свою ошибку и правоту Черулли, положив таким образом конец полемике. Свое слово в в дискуссию внес также известный шутник американец Эдуард Барнард: работая с новейшим телескопом своего времени, он заявил, что мощность этого телескопа слишком велика, чтобы можно было увидеть марсианские каналы. Тем не менее, как заметил современный британский астроном Найджел Колдер, «духи Скиапарелли и Ловелла могут теперь позволить себе ехидный смешок». В 1971 году космический аппарат передал на Землю фотографии поверхности Марса, на которых запечатлены огромные впадины, в том числе естественный разлом шириной 80 километров, протянувшийся на 5 тысяч километров (в свое время поклонники «каналов» нанесли его на свои карты). Никаких признаков марсианской цивилизации так и не нашли, но далеко не все «каналы» оказались просто плодом разгоряченного воображения. Кроме того, на Марсе обнаружились гигантские вулканы – самое забавное состоит в том, что шутник Барнард с помощью своего мощного телескопа их разглядел, но, боясь насмешек, не рискнул об этом объявить.

30 октября 1938 года американский кинорежиссер Орсон Уэллс осуществил постановку радиоверсии романа Герберта Уэллса «Война миров», в котором рассказывается о вторжении на нашу планету обитателей Марса. Радиопостановка была сделана в виде прямого репортажа: музыкальная программа прерывалась «бюллетенями» о высадке марсиан вблизи города Принстон (штат Нью-Йорк). В самом начале передачи Орсон Уэллс объявил радиослушателям, что в эфире всего лишь радиоспектакль по широко известному научно-фантастическому роману, это объявление он повторил еще три раза в течение первого часа передачи. Кроме того, спектакль был включен в публикуемые в газетах программы радиопередач. Однако он был разыгран настолько правдоподобно, что многие радиослушатели приняли все за чистую монету. Миллионы жителей Нью-Йорка и близлежащих городов в спешке покинули свои жилища. Прижимая к лицу носовые платки, чтобы уберечься от марсианских ядовитых газов, они устремились на всех доступных транспортных средствах подальше от Принстона. Возникли пробки на дорогах, по телефону невозможно было никуда дозвониться, госпитали были переполнены пациентами, не вынесшими психологического шока. Передача началась в 8 часов вечера, и спустя час марсиане были уже почти везде.

Сегодня известно, что кольца имеются у всех четырех газообразных гигантов – Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Самые красивые и заметные кольца у Сатурна. Эти образования состоят из множества отражающих солнечный свет твердых (ледяных) тел размером от песчинки до 20–30 метров. Несмотря на внушительный вид колец, количество составляющего их вещества крайне незначительно. Если собрать в один сферический монолит все вещество колец Сатурна, диаметр этого монолита не превысит 100 километров.

Самой большой планетой Солнечной системы является Юпитер. Он имеет диаметр 142 984 километра (11,21 диаметра Земли) и массу 1898,8 секстиллиона тонн (317,83 массы Земли). Внутри Юпитера могли бы поместиться все остальные планеты Солнечной системы. Титул самой маленькой планеты до августа 2006 года принадлежал Плутону. Его диаметр составляет 2390 километров (в 5,3 раза меньше земного), а масса равна 15 квинтиллионам тонн (в 400 раз меньше массы нашей планеты). Ныне, как и до 1930 года, самая маленькая планета – Меркурий. Его диаметр равен 4878 километрам (в 2,7 раза меньше земного), а масса – 330 квинтиллионов тонн (в 18,1 раза меньше массы Земли).

Большим красным пятном принято называть крупную овальную аномалию в южной тропической зоне Юпитера (на широте около 22 градусов), открытую в 1665 году Джованни Доменико Кассини. Это пятно – бушующий в течение уже более 300 лет сильнейший ураган в атмосфере гигантской планеты. Длина Большого красного пятна около 26 тысяч километров, ширина – около 14 тысяч километров. Пятно достаточно велико, чтобы поглотить упавшие в него бок о бок две планеты размером с Землю. Цвет пятна – красный, но бывают годы, когда оно лишь с трудом выделяется на белом фоне зоны.

Радиоизлучение Юпитера было открыто совершенно случайно, что не такая уж большая редкость в истории науки. В 1950-х годах, в период зарождения радиоастрономии, американцы Бернард Бёрк и Кеннет Франклин исследовали небо при помощи нового и по тем временам очень чувствительного радиотелескопа. Они искали фоновое космическое радиоизлучение, идущее от источников далеко за пределами Солнечной системы. Неожиданно они обнаружили неизвестный мощный источник, который, похоже, не был связан ни с одной заметной звездой, туманностью или галактикой. Более того, он постепенно смещался относительно далеких звезд, причем значительно быстрее, чем мог бы двигаться далекий объект. (Если бы этот источник излучения был звездой или туманностью внутри Галактики, а тем более внегалактическим объектом, то при его наблюдаемой угловой скорости его линейная скорость превышала бы скорость света.) Не отыскав никакого объяснения на картах дальнего космоса, астрономы вышли из обсерватории взглянуть на небо невооруженным глазом: не появилось ли там что-то необычное? И были поражены, увидев прямо на нужном месте яркий объект, который идентифицировали как планету Юпитер.

Гравитационное ускорение (сила тяжести) самое большое на поверхности Юпитера – в 2,53 раза превышает земное. На остальных планетах-гигантах оно отличается от земного незначительно: на Сатурне превышает земное на 6 процентов, на Нептуне – на 14 процентов, а на Уране даже меньше земного на 10 процентов. Планетой с наименьшим гравитационным ускорением на поверхности еще недавно считали Плутон, у которого оно в 12,5 раза меньше земного. После лишения Плутона в августе 2006 года статуса планеты его место в данной номинации занял Марс. Гравитационное ускорение на его поверхности в 3,8 раза меньше, чем на поверхности Земли.

Юпитер, Сатурн и Нептун излучают энергии больше, чем получают ее от Солнца, – Юпитер в 1,5 раза, Сатурн в 2 раза и Нептун в 3 раза. Указанное явление свидетельствует о наличии в ядрах этих планет-гигантов мощных источников энергии, вероятно обусловленных давлением гравитационных сил. Уран обладает меньшей массой, чем его «собратья», что и объясняет, видимо, меньшую мощность его источников внутреннего тепла.

Самые продолжительные сутки – у маленького Меркурия, где их длительность (временной интервал между двумя последовательными восходами Солнца) равна 176 земным суткам, или двум меркурианским годам. Самые короткие сутки – у гиганта Юпитера, где их продолжительность составляет всего 9,9 земного часа.

До изобретения телескопа самой дальней планетой, доступной для наблюдения, был Сатурн (более далекие планеты невозможно увидеть невооруженным глазом). Первый телескоп появился в 1608 году, однако до открытия Урана прошло еще более 170 лет, хотя его в этот период неоднократно наблюдали, описывая как неяркую звезду. Аристотелевская идея, что число блуждающих тел, планет в этимологическом смысле слова, должно равняться семи (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн плюс Солнце и Луна), настолько укоренилась в сознании астрономов, что никто не следил за периодом движения этого неяркого объекта. Честь открытия новой планеты принадлежит Уильяму Гершелю, переехавшему в Англию музыканту из Ганновера. В марте 1781 года он в течение нескольких ночей наблюдал участок неба в направлении созвездия Близнецов и заметил объемный неточечный объект, который медленно передвигался по небесному своду. Вначале Гершель решил, что это комета, но у комет края кажутся расплывчатыми, а тело, за которым он наблюдал, было ярким и четким. Астрономы и математики всей Европы принялись вычислять размеры и орбиту загадочного объекта. Уже в мае 1781 года стало окончательно ясно, что впервые с античных времен открыта планета.

После открытия Урана английским астрономом Уильямом Гершелем французы, главные соперники англичан в науке (и не только), великодушно предложили дать новой планете имя открывателя. Но сам Гершель и Лондонское королевское общество предложили назвать планету Георгиум Сидус – в честь английского короля Георга III. Однако этому воспротивились ученые многих других стран. Современное название было предложено немецким астрономом Иоганном Боде (1747–1826), который почерпнул его из мифологии, так как речь шла о следующей за Сатурном планете. Как известно, Уран в греческой мифологии супруг Геи (Земли) и отец Сатурна (Кроноса).

В этом отношении бесспорным рекордсменом Солнечной системы является Уран. Плоскость его экватора наклонена к плоскости орбиты на 98 градусов (второе место занимает Нептун, у которого этот угол составляет всего 29 градусов). Планета вращается как бы лежа на боку. Ось ее вращения почти совпадает с плоскостью эклиптики. Поэтому земной наблюдатель одну половину периода обращения Урана (42 года) видит планету со стороны одного ее полюса, а другую половину периода – со стороны другого полюса (полный период обращения составляет 84 года). Наиболее вероятной причиной такого феномена некоторые астрономы считают столкновение Урана с другим небесным телом. Однако эта гипотеза не может объяснить тот факт, что плоскости орбит большинства спутников планеты практически совпадают с плоскостью ее экватора.

В 1821 году было обнаружено несовпадение наблюдаемых параметров орбиты Урана с вычисленными по законам Ньютона параметрами. Получила распространение гипотеза, что указанная аномалия связана с воздействием на Уран некой более далекой планеты. Расчетами элементов орбиты неизвестной планеты энергично занялись (совершенно независимо друг от друга) англичанин Джон Кауч Адамс (1819–1892), преподававший математику и астрономию в Кембридже, и француз Урбен Леверье (1811–1877), работавший на кафедре небесной механики в Парижском университете. Каждый из них успешно справился с задачей и определил не только элементы орбиты, но и местоположение восьмой планеты. Первым это сделал Адамс и отнес свой доклад (с расчетом и его теоретическим обоснованием) королевскому астроному Эри. Королевский астроном был занят и Адамса не принял. Через неделю Адамс снова зашел к Эри, но тот снова был занят. Тогда Адамс оставил свой доклад у Эри и больше к нему не приходил. Это было в сентябре 1845 года. В Кембридже была университетская обсерватория, но со слабым инструментом. Ее директор Чаллиз по просьбе Адамса обследовал указанную ему область неба, несколько раз наблюдал искомую планету, но принял ее за неподвижную звезду. На этом Адамс, имевший скромный и, даже можно сказать, робкий характер, прекратил какие-либо попытки доказать свою правоту. Леверье закончил работу по определению местонахождения восьмой планеты спустя год после Адамса и в августе 1846 года представил свой труд на заседании Парижской академии наук. Его похвалили за математическую сноровку, но никто не стал проверять его результат с помощью наблюдений (возможно потому, что в Париже не было достаточно сильного инструмента). Тогда Леверье обратился к берлинскому астроному Иоганну Галле. Получив в сентябре 1846 года письмо коллеги, Галле направил телескоп в указанном направлении и уже через час обнаружил искомую планету. Как только Галле объявил о восьмой планете, Эри срочно опубликовал доклад Адамса, но было уже поздно – слава открытия осталась за Леверье. Таким образом, решающую роль в вопросе об авторстве открытия Нептуна сыграл твердый и энергичный характер Леверье. Кстати, став впоследствии директором Парижской обсерватории, Леверье беспрестанно конфликтовал с сотрудниками. Он постоянно провоцировал их на жалобы военному министру (как главному начальнику Геодезического управления). Министр же в этой связи говорил: «Обсерватория невозможна без Леверье, а Леверье еще более невозможен в обсерватории».

После открытия Нептуна довольно быстро выяснилось, что наблюдаемые возмущения в орбите Урана нельзя объяснить только воздействием на него Нептуна. Возникла гипотеза о наличии в Солнечной системе девятой планеты. Ее поиску американский астроном Персиваль Лоуэлл (1855–1916) посвятил 14 лет своей жизни, но так и не обнаружил. Только в 1930 году Клайду Томбо, молодому ассистенту Флагстаффской обсерватории (основанной Лоуэллом), удалось заметить на фотографиях звездочку 15-й звездной величины, перемещавшуюся среди остальных звезд. Девятая планета Солнечной системы оказалась всего лишь в 6 угловых градусах от предполагаемого по расчетам Лоуэлла места. Проанализировав имевшиеся данные, астрономы поняли, что эта планета была сфотографирована как минимум два раза в обсерватории Лоуэлла еще при жизни ученого и еще 14 раз в других обсерваториях. Новую планету назвали Плутоном – по имени древнегреческого бога царства мертвых, – но имя это выбрали потому, что первые его буквы соответствуют инициалам Персиваля Лоуэлла. Спустя 76 лет после своего открытия Плутон был лишен статуса планеты решением Международного астрономического союза.

Самый короткий год (период обращения вокруг Солнца) у Меркурия – он равен 88 земным суткам (меньше четверти земного года). Планетой с самым длинным годом еще недавно считали Плутон, обращающийся вокруг Солнца за 248 земных лет. После лишения Плутона статуса планеты его место в данном отношении занял Нептун, продолжительность года на котором составляет 165 земных лет.

Угловой диаметр Солнца при его наблюдении с Плутона равен 49 угловым секундам – в 39 раз меньше, чем при наблюдении с Земли (угловой диаметр Солнца при наблюдении с Земли составляет около 32 угловых минут). Создаваемая Солнцем освещенность на Плутоне примерно в 1600 раз меньше, чем на Земле. Много это или мало? Для сравнения: свет полной Луны на Земле слабее солнечного в 400 тысяч раз. Таким образом, Солнце на Плутоне светит в 250 раз ярче полной Луны. При таком освещении уже вполне можно читать. Однако солнечные лучи прогревают поверхность Плутона лишь до 30–50 градусов выше абсолютного нуля, а потому поверхность далекого небесного тела покрыта льдом, состоящим из метана, твердого азота и окиси углерода.

Самой жаркой планетой Солнечной системы является Венера. Средняя температура на ее поверхности составляет около 470 градусов Цельсия. Хотя Меркурий и ближе к Солнцу, но у него нет атмосферы, и тепло от его нагретой Солнцем поверхности беспрепятственно излучается в окружающее космическое пространство. Венера же обладает плотной атмосферой, которая удерживает тепло благодаря мощному парниковому эффекту.

Как известно, любая планета обращается вокруг своей звезды по эллиптической орбите, в одном из фокусов которой располагается светило. Степень вытянутости орбиты характеризуется ее эксцентриситетом. Количественно эксцентриситет можно определить как отношение расстояния от центра орбиты до ее фокуса к длине большой полуоси орбиты. Все возможные значения эксцентриситета эллиптической орбиты лежат в интервале между 0 и 1. При эксцентриситете, равном нулю (фокус орбиты совпадает с ее центром, то есть звезда находится в центре орбиты, по которой обращается вокруг нее планета), форма орбиты представляет собой окружность. Чем больше значение эксцентриситета (дальше от 0 и ближе к 1), тем более вытянута орбита. Из планет Солнечной системы наименьший эксцентриситет у орбиты Венеры – он составляет величину 0,00676. Наибольшее значение имеет эксцентриситет орбиты Меркурия, равный 0,20564.

Из планет Солнечной системы наиболее наклонена к плоскости эклиптики орбита Меркурия – на 7 угловых градусов.

Сразу после открытия Плутона в 1930 году начались споры о том, правомерно ли называть этот объект планетой. Плутон оказался значительно меньше других планет (его диаметр в 1,45 раза меньше лунного). Его орбита чрезмерно вытянута и наклонена к плоскости эклиптики. По физическим характеристикам нельзя отнести ни к планетам земной группы, ни к газовым гигантам. После 1992 года за орбитой Нептуна был открыт ряд достаточно крупных объектов (в поперечнике от нескольких сотен до тысячи километров). Среди них выделялась группа из нескольких десятков так называемых плутино, двигавшихся по орбитам, очень похожим на орбиту Плутона. Это вызвало у планетологов вопрос: не правильнее ли отнести Плутон к транснептуновым объектам и называть его не самой маленькой планетой, а крупнейшим членом пояса Койпера? Однако у этой идеи были и противники. Они не желали «терять» одну планету из девяти и утверждали, что широкая публика (в тех редких случаях, когда она вспоминает о существовании этого очень далекого и почти не изученного небесного тела) все равно будет по-прежнему считать Плутон планетой. Решающим аргументом против сохранения Плутоном статуса планеты стало открытие в октябре 2003 года транснептунового объекта 2003 UB313 (известного вначале также под названиями «Ксена», «Зена» и «Лила»). Он имеет диаметр около 2400 километров – на 6 процентов больше диаметра Плутона. Вначале данный объект был объявлен десятой планетой Солнечной системы, но в августе 2006 года Международный астрономический союз низвел его до статуса карликовой планеты. Одновременно к этой же новой категории небесных тел был отнесен и Плутон, потерявший, таким образом, статус планеты. Отныне в Солнечной системе, как и до 1930 года, всего восемь планет. Словно в отместку за эту невосполнимую утрату Международный астрономический союз 13 сентября присвоил объекту 2003 UB313 официальное название «Эрида» – по имени древнегреческой богини раздора.

В 1995 году французские и швейцарские астрономы обнаружили в созвездии Пегаса, в 137 световых годах от Земли, планету, получившую название «Осирис» в честь древнеегипетского божества. Осирис обращается вокруг своей звезды чуть более чем за 4 суток. Отсюда следует, что планета находится от звезды на расстоянии около 7 миллионов километров, что в 8 раз ближе, чем Меркурий от Солнца. Атмосфера Осириса состоит главным образом из водорода. Она разогревается звездой примерно до 1900 градусов Цельсия, и водород испаряется со скоростью не менее 10 тысяч тонн в секунду. Но, так как планета очень велика, немногим меньше Юпитера, к концу существования испаряющей ее звезды она потеряет всего 0,1 процента своей массы.

Планеты других звездных систем очень трудно отыскать по двум причинам. Первая заключается в том, что планеты не излучают собственного света, а только отражают свет звезд, вокруг которых обращаются, а потому плохо различимы. Вторая, еще более важная причина заключается в том, что слабый свет возможных планет теряется в более сильном свете звезд, вокруг которых они обращаются. Поэтому методы поиска таких планет основаны на определении положения или скорости звезды, рядом с которой ожидается обнаружить планету. В течение достаточно длительного времени проводят точные замеры положения и скорости светила и определяют, действительно ли его движение является прямолинейным и равномерным или звезда «виляет» из-за гравитационного воздействия находящейся рядом планеты. К настоящему времени обнаружено уже несколько десятков внесолнечных планет.

Среднее время, за которое солнечный луч достигает Земли, составляет 498,66 секунды. Когда Земля находится в самой удаленной от Солнца точке своей орбиты (афелии), это время возрастает до 506,94 секунды. В ближайшей к Солнцу точке земной орбиты (перигелии) это время сокращается до 490,39 секунды.

Земля движется по околосолнечной орбите со средней скоростью 29,79 километра в секунду (107 244 километра в час). В перигелии ее скорость увеличивается до 30,29 километра в секунду (109 044 километра в час), в перигелии уменьшается до 29,29 километра в секунду (105 444 километра в час). Длину своего диаметра Земля пролетает за 7 минут.

Самая близкая к Солнцу точка орбиты любой планеты называется перигелием, самая удаленная – афелием. Для Земли расстояние в перигелии составляет 147 117 000 километров, в афелии – 152 083 000 километров. В настоящую эпоху наша планета проходит через перигелий 2–5 января, а через афелий 1–5 июля. Между прочим, многие удивляются, узнав, что ближе всего к светилу Земля бывает в январе, а дальше всего от него – в июле.

Как ни странно, но даже люди с высшим образованием на этот вопрос часто отвечают неправильно – чаще всего ссылаются на изменение расстояния от Земли до Солнца. Однако разница между расстояниями нашей планеты до светила в афелии и перигелии составляет всего около 3 процентов и никакого заметного влияния на смену времен года не оказывает. Истинная причина смены сезонов на Земле состоит в наклонении земной оси к плоскости земной орбиты (эклиптике), которое составляет 23 градуса 27 минут. Солнце больше греет там, где направление его лучей ближе к вертикальному. Максимальная плотность получаемой от Солнца энергии (тепла) приходится на окрестности «подсолнечной» точки земной поверхности. А эта точка благодаря указанному выше наклонению земной оси к эклиптике с марта по сентябрь располагается в Северном полушарии, а с сентября по март – в Южном.

За начало астрономических времен года принимают моменты прохождения центра Солнца через точки равноденствий и солнцестояний. Для современных астрономов весна начинается вовсе не 1 марта. Астрономическая весна – это период от весеннего равноденствия (21 марта) до летнего солнцестояния (21 июня). Его продолжительность составляет приблизительно 92 суток 20 часов и 12 минут. Астрономическое лето – это период от летнего солнцестояния (21 июня) до осеннего равноденствия (23 сентября). Его продолжительность составляет приблизительно 93 суток 14 часов и 24 минуты. Астрономическая осень длится от осеннего равноденствия (23 сентября) до зимнего солнцестояния (22 декабря) в течение 89 суток 18 часов и 42 минут. Астрономическая зима продолжается в течение приблизительно 89 суток и 30 минут – от зимнего солнцестояния (22 декабря) до весеннего равноденствия (21 марта).

Еще древние египтяне знали, что звездный небосвод, проделав за 24 часа круговой путь, возвращается в прежнее положение. И что на небе есть одна точка, которая при этом остается неподвижной. Через нее проходит ось вращения небесного свода, а точнее – земного шара. Сегодня эту точку мы называем Северным полюсом мира. Она почти совпадает с яркой звездой альфа Малой Медведицы, которая именно поэтому названа Полярной звездой. Вторую (противоположную Северному полюсу мира) точку, в которой ось вращения Земли пересекается с небесной сферой, называют Южным полюсом мира. В непосредственной близости от Южного полюса мира ярких звезд нет. Расположен он в созвездии Октант. Не участвуя в суточном вращении небесной сферы, полюсы мира вследствие прецессии медленно перемещаются относительно звезд. Их путь лежит по окружностям радиусом около 23,5 углового градуса с центром в полюсе эклиптики. Полный оборот они совершают за 25 770 лет. В настоящее время Северный полюс мира приближается к Полярной звезде. В 2102 году расстояние между ними будет только 27,5 угловой минуты, а затем полюс мира начнет уходить от Полярной звезды. Через 7500 лет это название с большим правом будет носить другая звезда – Альдерамин (альфа Цефея), а через 13 500 лет – Вега (альфа Лиры). Соответственно перемещается и Южный полюс мира.

Известно, что размеры земного шара впервые были оценены около 240 года до нашей эры Эратосфеном Киренским (около 277–194 до нашей эры). По тем временам оценки эти были удивительно точными: по ним радиус земного шара составлял 7000 километров (по современным данным – 6371 километр). Приблизительно в 100 году до нашей эры другой греческий астроном, Позидон из Апамеи, повторил измерения Эратосфена. Но он пришел к выводу, что радиус Земли равен всего лишь 5000 километрам. Именно это, меньшее, значение использовал потом Клавдий Птолемей и передал его средневековым ученым. Этими же заниженными данными воспользовался в своих расчетах и Колумб. Если бы он знал точные размеры Земли, то, вероятно, не стал бы рисковать. Колумб не подозревал о существовании Америки и намеревался, плывя в западном направлении, достичь берегов Азии. Даже с учетом этого заниженного размера Земли путешествие представлялось ему чрезмерно далеким. Поэтому Колумб, как это было достоверно установлено исследованием в Саламанкском университете, при планировании своего знаменитого путешествия пошел на подтасовку исходных данных для расчетов. Воспользовавшись преуменьшенным значением окружности Земли, он взял также наибольшую протяженность Азии на восток из тех книг, что ему удалось найти, да и ту увеличил. Только намеренно искаженные оценки расстояний позволили ему убедить власти в осуществимости своего дерзкого замысла.

Земля имеет не идеально сферическую форму, а несколько сплюснута у полюсов. В первом приближении принято считать, что истинная форма нашей планеты близка к сфероиду – пространственной фигуре, получающейся при вращении эллипса вокруг его малой оси. Экваториальный радиус этого сфероида равен 6378,160 километра, а полярный – 6356,774 километра; разность их составляет 21,383 километра. Если построить модель Земли с экваториальным диаметром в 1 метр, то полярный диаметр будет равен 997 миллиметрам. Более точные исследования показали, что земной экватор тоже не круг, а эллипс. Его большая ось на 213 метров длиннее малой оси и направлена к долготе 7 градусов западнее Гринвича. Точнейшие геодезические измерения, наблюдения с помощью искусственных спутников Земли и данные гравиметрии привели к более точному представлению о форме Земли – геоиду (по-гречески – земноподобный). Геоид не является правильной геометрической фигурой – это некая поверхность, в каждой точке перпендикулярная к линии отвеса (так называемая уровенная поверхность). Она приблизительно совпадает с невозмущенной приливами поверхностью океанов, мысленно продолжаемой на части поверхности Земли, занятые материками (например, по воображаемым каналам, прорытым сквозь все материки от одного океана до другого). От поверхности геоида отсчитывают высоты различных точек на Земле, когда указывают высоту над уровнем моря и глубину моря. Изучение движения искусственных спутников Земли позволило определить, что южный полюс геоида на 30 метров ближе к центру, чем северный.

Впервые вращение Земли вокруг ее оси наглядно продемонстрировал в 1851 году французский физик Леон Фуко (1819–1868) с помощью своего изобретения, получившего название «маятник Фуко». Этот прибор представляет собой массивный груз, подвешенный на проволоке или нити, верхний конец которой укреплен (например, с помощью карданного шарнира) так, что позволяет маятнику качаться в любой вертикальной плоскости. Если маятник Фуко отклонить от вертикали и отпустить без начальной скорости, то, поскольку действующие на груз маятника силы тяжести и натяжения нити лежат все время в плоскости качаний маятника и не могут вызвать ее вращения, эта плоскость сохраняет неизменное положение по отношению к звездам. Наблюдатель же, находящийся на Земле и вращающийся вместе с нею, видит, что плоскость качаний маятника Фуко медленно поворачивается относительно земной поверхности в сторону, противоположную направлению вращения Земли. Этим и подтверждается факт суточного вращения Земли. Фуко начал свои опыты в подвале, а затем перенес их в зал Парижской астрономической обсерватории и, наконец, в заполненный зрителями Парижский пантеон. Шар маятника весил 28 килограммов и подвешивался на нити длиной 67 метров. Колеблющийся маятник прочерчивал своим острием штрихи на кольце, расположенном на полу под точкой подвеса маятника. Острие маятника не проходило повторно по одним и тем же штрихам, а все время наносило новые, регулярно поворачиваясь по часовой стрелке, будто само кольцо, вращаясь под маятником, подставляло под его острие различные участки.

Первым крупным научным открытием, сделанным с помощью искусственных спутников Земли, стало обнаружение в 1958–1960 годах радиационных поясов Земли – внутренних областей земной магнитосферы, в которых собственное магнитное поле планеты удерживает заряженные частицы (протоны, электроны, альфа-частицы), обладающие большой кинетической энергией. В радиационных поясах частицы под действием магнитного поля движутся по сложным траекториям из Северного полушария в Южное и обратно. Выделяют (условно) внутренний и внешний радиационные пояса. Концентрация заряженных частиц в пределах каждого из них наиболее велика вблизи магнитного экватора Земли и убывает к магнитным полюсам. Кроме Земли мощными радиационными поясами обладают Юпитер и Сатурн.

В своей книге «Вселенная, жизнь, разум» И. С. Шкловский замечает, что если бы марсианские астрономы, подобно земным, исследовали радиоизлучение планет, они сделали бы потрясающее открытие: в метровом диапазоне волн планета Земля излучает в миллионы раз интенсивнее, чем Венера или Меркурий, посылая в пространство поток радиоизлучения почти такой же мощности, как и Солнце в периоды, когда на нем нет пятен! Затем они обнаружили бы, что различные участки поверхности нашей планеты излучают неодинаково: уровень радиоизлучения, например, Европы или Северной Америки значительно выше, чем Африки или Центральной Азии. Больше всего марсианских радиоастрономов удивило бы то обстоятельство, что всего несколько десятков лет назад Земля на метровых волнах излучала в миллион раз слабее. По оценкам И. С. Шкловского, так называемая яркостная температура Земли на метровых волнах, обусловленная работой телепередатчиков, близка к нескольким сотням миллионов градусов. Это в сотни раз выше радиояркости Солнца на этих же волнах в периоды, когда на его поверхности нет или почти нет пятен. А ведь кроме телепередатчиков на Земле имеется еще огромное число радиопередатчиков и прочих устройств, мощно излучающих в ультракоротковолновом диапазоне.

Семидневная неделя (период времени с особым названием каждого дня) впервые вошла в употребление на Древнем Востоке. Ее происхождение некоторые связывают с тем, что семь дней – это отрезок времени, приблизительно равный одной лунной фазе. Другие считают, что выбор семерки для числа дней в неделе обусловлен количеством известных тогда небесных светил, с которыми и отождествлялись дни недели. В I веке н. э. семидневной неделей стали пользоваться в Риме, откуда она распространилась по всей Западной Европе. Римляне назвали субботу днем Сатурна, а следующие по порядку – днем Солнца, Луны, Марса, Меркурия, Юпитера, Венеры. Эти названия в западноевропейских языках отчасти сохранились до настоящего времени. У некоторых народов было распространено деление времени на пятидневные недели. У древних египтян были приняты десятидневные недели – декады. В XVIII веке в период Великой французской революции декады существовали в календаре Франции.

Сутки связаны с движением Земли вокруг своей оси, но определение их на основе этого движения неоднозначно и приблизительно. По выбору «ориентира», относительно которого фиксируется время полного оборота Земли относительно собственной оси, различают сутки солнечные и звездные. Солнечные сутки – это промежуток времени между двумя последовательными пересечениями Солнцем одного и того же земного меридиана. Среднюю продолжительность таких суток договорились считать равной 24 часам. Звездные сутки определяются как время, затраченное Землей на полный оборот вокруг своей оси относительно звезд, расстояние до которых настолько велико, что их лучи можно считать параллельными. Продолжительность таких суток немного меньше и равна 23 часам 56 минутам и 4 секундам. Различие приблизительно в 4 минуты между звездными и солнечными сутками возникает из-за того, что Земля, вращаясь вокруг себя самой, одновременно обращается вокруг Солнца, и смещение нашей планеты за 24 часа не столь ничтожно по отношению к расстоянию Земля – Солнце, как относительно расстояния Земля – «неподвижные» звезды. Для того чтобы Солнце, наблюдаемое после полного оборота Земли вокруг своей оси из нового положения планеты, вновь оказалось на том же меридиане, необходимо, чтобы Земля «довернулась» примерно на один градус. Такой угол она проходит как раз приблизительно за 4 минуты. Строгости ради следует также упомянуть, что звездные сутки короче периода вращения Земли на 0,0084 секунды, поскольку, вследствие прецессии, ось вращения Земли постепенно изменяет свое направление, перемещаясь по конусу радиусом около 23,5 углового градуса с центром в полюсе эклиптики и совершая полный оборот за 25 770 лет. Звездные сутки неудобны для измерения времени на практике, так как они не согласуются с чередованием дня и ночи. Поэтому в обиходе приняты солнечные сутки.

На прецессионное движение земной оси накладываются небольшие колебания, обусловленные изменениями притяжения, оказываемого Луной и Солнцем на так называемый экваториальный избыток массы вращающейся Земли, который является следствием сжатия Земли у полюсов. Это явление, называемое мутацией, приводит к периодическому изменению продолжительности звездных суток. Длительность солнечных суток также величина переменная: они короче летом и длиннее зимой. Максимальная их продолжительность (в единицах среднего солнечного времени) составляет 24 часа и 30 секунд (23 декабря), а минимальная – 23 часа 59 минут и 39 секунд (15–17 сентября), то есть расхождение достигает 51 секунды. Это является следствием, во-первых, неравномерности движения Земли по эллиптической орбите вокруг Солнца и, во-вторых, наклона экваториальной плоскости Земли к эклиптике. Повышение точности измерения времени позволило обнаружить, что само вращение земного шара относительно собственной оси происходит не так равномерно, как это предполагалось ранее. Во вращении Земли можно выделить три основные неравномерности. Первая из них – это замедление вращения вследствие приливного трения, обусловленного притяжением Луны (сутки увеличиваются на 0,002 секунды в столетие). Вторая – годичные изменения, связанные, по-видимому, с сезонным переносом воздушных и водных масс, вследствие чего Земля быстрее всего вращается в августе и медленнее всего в марте (разница между самыми короткими сутками в августе и самыми длинными в марте составляет 0,0025 секунды). Третья неравномерность в собственном вращении Земли – это нерегулярные скачкообразные изменения длины суток, меняющие их продолжительность до секунды. Они зафиксированы в 1864, 1876, 1898, 1920 и 1956 годах. Причины пока не установлены, хотя среди них называют, например, перемещение масс внутри земной коры, воздействие землетрясений и даже возможные метеорологические факторы. Каждый из указанных выше факторов приводит к невозможности использования ни звездных, ни солнечных суток для измерения времени с точностью, которая требуется при решении современных научных и технических задач.

Год – это интервал времени, за который наша планета полностью обходит свою орбиту вокруг Солнца. Продолжительность года различается в зависимости от того, берется за точку отсчета при его измерении бесконечно далекая звезда или Солнце. В первом случае определяется промежуток времени, в течение которого Солнце совершает свой видимый годичный путь по небесной сфере относительно звезд. Такой год называется звездным (сидерическим), а его продолжительность составляет 365 суток 6 часов 9 минут и 10 секунд. Но если измерить промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через точку весеннего равноденствия (период, в течение которого на Земле происходит смена времен года – весны, лета, осени и зимы), то получим продолжительность солнечного (тропического) года, которая составляет 365 суток 5 часов 48 минут и 46 секунд. Различие между звездным и солнечным годом связано с тем, что из-за прецессии точек равноденствия каждый год дни равноденствий (а также солнцестояний) наступают «раньше» приблизительно на 20 минут по сравнению с предыдущим годом. Таким образом, Земля обходит свою орбиту чуть быстрее, чем Солнце в его видимом движении через звезды возвращается в точку весеннего равноденствия. В обыденной жизни мы пользуемся не звездным и не солнечным, а календарным годом, составляющим 365 суток для простых годов и 366 для високосных.

Неравномерность вращения Земли заставила астрономов ввести особое – эфемеридное (ньютоновское) время, текущее совершенно равномерно, что позволяет использовать его в уравнениях движения небесных тел. Началом отсчета шкалы эфемеридного времени служит полдень 31 декабря 1899 года. В основу же счета времени положена эфемеридная секунда, определяемая как ¹/_{31 556 9259747} часть тропического (солнечного) года эпохи 1900 года. Продолжительность эфемеридных суток составляет 86 400 эфемеридных секунд.

Человек, вернувшийся к отправному пункту из кругосветного путешествия с запада на восток, обнаруживает, что он по своему счету времени опередил местных жителей на одни сутки. Человек, совершивший кругосветное путешествие в противоположном направлении, теряет одни сутки. Где на Земле появляется новая дата? Введенная международным соглашением «линия изменения даты» проходит в океане по 180-му меридиану, местами отклоняясь от него, огибая группы островов, мысы и т. д. Именно на этой линии в полночь (по времени 12-го часового пояса) впервые появляется на Земле новое число. Таким образом, Новый год первыми встречают на российской Чукотке, а последними – на американской Аляске. При переезде линии изменения даты с запада на восток (например, из Азии в Америку) путешественникам приходится два раза считать одно и то же число, а при обратном переезде – пропускать одно число.

Основной единицей времени в современном календаре является тропический (солнечный) год, в течение которого завершается полный цикл изменений склонения Солнца и, следовательно, полная смена времен года. Современный календарь берет начало от юлианского календаря, который был разработан астрономом Созигеном из Александрии и введен в Риме в 46 году до нашей эры Юлием Цезарем (отсюда название). Средняя продолжительность года в юлианском календаре была принята равной 365,25 суток, что соответствовало известной в то время длине тропического года. Для удобства три года подряд считали по 365 дней, а четвертый (високосный) – 366 дней. Этот добавочный день включался в год, число лет которого кратно четырем. Впоследствии, однако, выяснилось, что юлианский календарь не полностью соответствует движению Солнца и смене времен года, «отставая» от них на трое суток за 400 лет. К концу XVI века отступление календаря от астрономических явлений достигло десяти дней. В 1582 году на основе буллы римского папы Григория XIII в ряде европейских стран был принят так называемый григорианский календарь, разработанный итальянским математиком Лилио (Луиджи Лилио Джиральди) и баварским астрономом-иезуитом Кристофером Клавием. Счет дней передвинули на 10 суток вперед (день после четверга 4 октября 1582 года предписывалось считать пятницей 15 октября). Чтобы в дальнейшем за каждые 400 лет было не 100 високосных, а 97, договорились не считать високосными те столетние годы (годы с двумя нулями на конце), в которых число сотен (две первые цифры) не делится без остатка на 4. Таким образом, годы 1700, 1800, 1900 не были високосными, год 2000 был високосным, а 2100-й – не будет високосным. Средняя продолжительность календарного года стала равной 365,2425 суток, тогда как продолжительность тропического года – 365,24219879 суток (календарный год длиннее истинного на 26 секунд). Поэтому расхождение григорианского календаря со счетом тропических годов достигает одних суток лишь по истечении 3300 лет, что вполне приемлемо для практических целей.

В настоящее время в международных отношениях и в научных вопросах все народы мира употребляют григорианский календарь и счет лет от «рождества Христова». В гражданском счете лет перед «первым годом нашей эры» находится «первый год до нашей эры». В астрономическом же счете первому году нашей эры предшествует нулевой год, который следует за минус первым и т. д. Это позволяет астрономам сохранить правило определения високосных годов на все время, охватываемое историей человечества. Таким образом, например, Александр Македонский, с точки зрения историка, родился в 356 году до нашей эры, а точки зрения астронома – в минус 355 году.

При исследовании различных периодических астрономических явлений (например, изменений блеска переменных звезд) пользуются предложенным в 1583 году Жозефом Скалигером для целей истории и хронологии особым счетом дней так называемого юлианского периода, или юлианских дней. В этой системе каждый момент времени обозначается количеством суток (с учетом их дробной части), прошедших с начала текущего юлианского периода. В качестве точки отсчета принят гринвичский полдень (12 часов всемирного времени) 1 января 4713 года до нашей эры по юлианскому календарю (минус 4712 года по астрономическому счету лет). Каждый день при этом счете имеет свой порядковый номер. Юлианские сутки начинаются в средний гринвичский полдень. Так, например, юлианская дата 2 452 200,5 соответствует 0 часов по Гринвичу 18 октября 2001 года. И, наоборот, 3 часа ночи в Гринвиче 18 октября 2001 года соответствуют юлианской дате 2 452 200,625. Продолжительность юлианского периода равна 7980 лет, конец первого юлианского периода придется на 23 января 3268 года по григорианскому календарю.

Центр масс системы Земля – Луна, так называемый барицентр, находится на расстоянии 4672 километра от центра Земли по направлению к Луне, то есть на глубине приблизительно 1700 километров под поверхностью Земли. Строго говоря, по эллиптической орбите вокруг Солнца движется не Земля, а барицентр, при этом Земля и Луна обращаются относительно барицентра, совершая полный оборот за лунный месяц.

Периодическое повышение и понижение уровня моря, известное как приливы и отливы, происходит из-за гравитационной силы, которой Луна воздействует на Землю. Сила тяготения Солнца тоже оказывает влияние на приливы и отливы, но в значительно меньшей степени. Чтобы ощутить гравитационное влияние Луны на Землю, нужно измерить разницу лунного притяжения в разных точках Земли. Она невелика: ближайшая к Луне точка земного шара притягивается к ней на 6 процентов сильнее, чем наиболее удаленная. Эта разница сил растягивает нашу планету вдоль направления Земля – Луна. А поскольку Земля вращается относительно этого направления с периодом около 25 часов (точнее, 24 часа и 50 минут), по нашей планете с таким же периодом пробегает двойная приливная волна – два «горба» в направлении растягивания и две «долины» между ними. Высота этих «горбов» невелика: в открытом океане она не превосходит двух метров, а максимальная амплитуда приливов в земной коре (на экваторе) составляет всего 43 сантиметра. Поэтому мы не замечаем приливов ни в океане, ни на суше. И только на узкой береговой полосе можно заметить приливы и отливы. Благодаря своей подвижности океанская вода, набегая приливной волной на берег, может по инерции подняться на высоту до 17 метров. Подобным же образом действует на Землю и Солнце – более массивное, но и более далекое, чем Луна. Высота солнечных приливов вдвое меньше, чем лунных. В новолуние и полнолуние, когда Земля, Луна и Солнце лежат на одной прямой, лунные и солнечные приливы складываются. А в первую и последнюю четверти Луны эти приливы ослабляют друг друга, поскольку «горб» одного приходится на «впадину» другого. Максимальные лунно-солнечные приливы больше минимальных в 3 раза. Те и другие повторяются каждые 14 дней. Лунно-солнечные приливы имеют место также в земной атмосфере, создавая колебания атмосферного давления на поверхности Земли в несколько миллиметров ртутного столба. Лунно-солнечные приливы – явление весьма заметное и важное в жизни Земли. Например, под их влиянием Земля постепенно замедляет свое вращение и продолжительность суток увеличивается (около 0,0016 секунды за 100 лет). Еще сильнее действует земная приливная сила на Луну: она уже давно замедлила свое суточное вращение настолько, что постоянно обращена к нам одной стороной.

Причиной морских приливов и отливов Галилео Галилей ошибочно считал суточное и годичное движение Земли. Представим себе, говорил Галилей, лодку, доставляющую пресную воду в Венецию. Если скорость этой лодки меняется, то содержащаяся в ней вода устремляется по инерции к корме или к носу, поднимаясь там. Земля подобна этой лодке, а неравномерность движения обязана сложению двух движений Земли – суточного и годичного. Галилей знал о выдвинутой Кеплером гипотезе, что приливы и отливы обусловлены притяжением Луны и Солнца, но объявил ее «легкомысленной».

Чувствительность сейсмометра, установленного на поверхности Луны астронавтами Нейлом Армстронгом и Эдвином Олдрином, позволяла зафиксировать падение на лунную поверхность камня размером с горошину на расстоянии километра от места расположения прибора. Столь высокая чувствительность сейсмометра привела к курьезу. Как только прибор был включен, присутствовавшие в Центре управления полетом (в предместье техасского города Хьюстона) с удивлением увидели его сообщение о частых лунотрясениях в виде серий толчков. Вскоре, однако, выяснилось, что это не результат беспокойства лунных недр, – поверхность нашего спутника сотрясали шаги двух астронавтов, которые, установив и включив прибор, удалялись к космическому кораблю. Впоследствии на лунной поверхности были оставлены еще четыре сейсмометра. Все они (вместе с первым) сообщили о многочисленных сотрясениях внутри Луны, развеяв представление о том, что геологическая активность на нашем естественном спутнике давно прекратилась. За год на Луне происходит от 600 до 3000 сейсмических событий. Было выявлено четыре вида лунотрясений – приливные, тектонические, метеоритные и термальные. Каждые две недели, когда Луна оказывается на одной прямой с Землей и Солнцем, приливные силы приводят к возникновению лунотрясений на глубине 800—1000 километров.

Ускорение свободного падения на поверхности Луны равно 1,622 метра в секунду за секунду, что составляет 16,5 процентов (или приблизительно ¹/₆) от ускорения свободного падения на поверхности Земли. Таким образом, космонавт на поверхности Луны весит приблизительно в 6 раз меньше, чем на поверхности Земли.

Средний экваториальный диаметр Луны равен 3474,8 километра и составляет 27,24 процента (немногим более ¹/₄) земного. В связи с этим площадь лунной поверхности составляет 7,4 процента (¹/_13,5) от площади земной поверхности, а объем Луны – всего 2 процента (¹/₅₀) от объема Земли. Масса Луны равна 73,483 квинтиллиона (миллиарда миллиардов) тонн и составляет 1,23 процента (¹/₈₁₃) от массы Земли. Различие относительных объема и массы Луны (¹/₅₀ и ¹/_81,3) обусловлено тем, что средняя плотность Луны (3,34 грамма на кубический сантиметр) в 1,65 раза меньше средней плотности Земли.

Суточный перепад температуры на поверхности Луны весьма велик: температура опускается до минус 170 градусов Цельсия в ночное время и поднимается до плюс 130 градусов Цельсия, когда Солнце в лунном зените. Тем не менее на глубине всего около метра под поверхностью температура почти постоянна – около минус 15 градусов Цельсия. Объясняется это исключительно низкой теплопроводностью лунной поверхности, которая на глубину до 1,5–2 метров состоит из очень пористого вещества реголита. Этот покрывающий коренные скальные породы мелкообломочный материал образовался за счет выбросов раздробленной породы при ударных взрывах во время падения метеоритов. Указанные взрывы вызвали дробление коренных пород и спекание мелких обломков в вакууме в шлакоподобную массу.

Период вращения Луны вокруг своей оси в точности равен периоду ее обращения вокруг Земли, а потому она всегда «смотрит» на нас одной своей стороной. Другую сторону мы с Земли никогда не видим, если не считать того, что вследствие эллиптичности лунной орбиты и небольшого наклона ее экватора к плоскости орбиты Луна для земного наблюдателя как бы несколько качается, предоставляя нам возможность немного заглядывать за ее видимый край то с одной, то с другой стороны. Благодаря этому мы можем обозреть с Земли (разумеется, не одновременно) 59 процентов всей лунной поверхности. Невидимая с Земли часть поверхности Луны составляет 41 процент всей ее поверхности, а 18 процентов всей поверхности то видимы, то невидимы.

Гравитационное влияние Луны оказывает огромное влияние на многие процессы, происходящие на Земле. Французский астроном Ж. Ласкар попытался на основе математического моделирования оценить, что случилось бы на Земле, если бы у нашей планеты не оказалось Луны. Главный вывод, который сделал ученый, – притяжение Луны стабилизирует климат нашей планеты. Одним только соседством с Землей Луна ограничивает колебания оси земного шара относительно плоскости эклиптики. Наклон оси, как известно, определяет смену времен года, то есть количество солнечной энергии, поступающей на те или иные широты в Северном и Южном полушариях. Расчеты Ж. Ласкара показали, что, не будь Луны, ось земного шара могла бы менять свой наклон по отношению к плоскости эклиптики в очень значительных пределах – от 0 до 85 градусов (в настоящее время ось наклонена на 23,5 градуса). При угле наклона 85 градусов картина была бы такая: Солнце подолгу стояло бы почти в зените над одним из земных полюсов, а противоположное полушарие столь же долго оставалось бы погруженным во тьму. Разность температур в полушариях вызвала бы чудовищные по силе ураганы и дожди, не уступающие по силе библейскому потопу. Правомерен даже такой драматический вопрос: а зародилась бы вообще жизнь на нашей планете, не будь у нее спутника – Луны?

Луна гораздо ярче Солнца, если смотреть на нее с помощью гамма-телескопа, улавливающего только гамма-лучи. Гамма-излучение – это коротковолновое электромагнитное излучение, на шкале электромагнитных волн граничащее с жестким рентгеновским излучением, занимая область более высоких частот. Гамма-излучение Луны обусловлено потоками космических лучей, которые, ударяясь о поверхность Луны, порождают его. Добраться же до поверхности Солнца космические лучи не в состоянии, так как их отклоняет мощное магнитное поле светила. Оно же не выпускает во внешнее пространство и гамма-лучи, возникающие в ходе ядерных реакций, протекающих в солнечных недрах. Земная атмосфера полностью непрозрачна для гамма-лучей, поэтому развитие гамма-астрономии (в том числе обнаружение гамма-излучения Луны) стало возможным только благодаря развитию космической техники.

В год может произойти от двух до пяти солнечных затмений (максимальное число солнечных затмений – пять – имело место в 1935 году и следующий раз повторится лишь в 2206 году). Лунных затмений на протяжении года может не быть вовсе (примерно каждые пять лет), а максимальное их число в год – три. Общее число солнечных и лунных затмений в год не может превышать семи: либо пять солнечных и два лунных, либо четыре солнечных и три лунных. В целом солнечные затмения случаются в 1,5 раза чаще лунных. Почему же за свою жизнь человек видит гораздо больше лунных затмений, чем солнечных? Это происходит оттого, что лунное затмение видно на всей половине Земли, обращенной к Луне, а солнечное – только в сравнительно узкой полосе затмения (не шире 270 километров). Поэтому для любого места на Земле солнечные затмения происходят в среднем раз в 200–300 лет. Так, например, в Москве ближайшее полное солнечное затмение произойдет лишь 16 октября 2126 года.

Преобладающим типом образований на лунной поверхности являются метеоритные кратеры самых разных размеров: от сотен километров до нескольких десятков сантиметров в диаметре. Самый большой из них – кратер Байи – имеет диаметр 300 километров. Для сравнения: крупнейший из предполагаемых земных ударных кратеров (в Садбери, Канада) имеет диаметр 140 километров.

Поляк Ян Гевелий (1611–1687), строго говоря, не был профессиональным астрономом. Получив образование юриста, он был городским советником в Гданьске. Но еще с гимназических лет Гевелий увлекся астрономией и именно в этой области увековечил свое имя. Один из лунных кратеров назван в честь Гевелия, потому что именно он первым составил первые точные детальные и художественно выполненные карты Луны, дал название многим деталям поверхности Луны, открыл оптическую либрацию Луны (видимые периодические маятникообразные колебания Луны относительно ее центра).

Кратер Тихо вполне рядовой по диаметру (82 километра). Он не заслуживал бы особого внимания, если бы не совершенно уникальная система светлых лучей, радиально расходящихся от этого кратера по огромной территории видимого с Земли полушария Луны. Вероятно, по этой причине астрономы называют его «столичным» кратером Луны. Более сотни лучей расходятся от кратера по дугам больших кругов, совершенно не считаясь с особенностями рельефа. Некоторые из лучей простираются в длину на тысячи километров и видны даже невооруженным глазом, особенно в полнолуние. Кратер Тихо и его лучевая система – свидетельство грандиозной катастрофы, вызванной, вероятно, падением крупного метеорита и охватившей почти треть видимого полушария Луны.

Зарождение селенографии (дисциплины, изучающей поверхность Луны) связано с первыми телескопическими наблюдениями Галилея в августовские ночи 1609 года. Увиденное привело его к выводу, что на Луне могут существовать моря и океаны в земном смысле этих слов. Поэтому со времен Галилея темные пятна на Луне стали называть морями, а самое крупное из них – океаном. И хотя позже выяснилось, что на Луне нет ни капли воды, традиция сохранилась. В современной селенографии принято выделять области двух типов: светлые – материковые (занимают 83 процента всей поверхности) и темные – морские (составляют 17 процентов). Материки – это области, находящиеся выше среднего уровня поверхности. Обычно они освещены гораздо лучше, чем моря, и покрыты кратерами разных размеров, часто накладывающимися друг на друга. Моря – это углубления с ровным дном, то есть области, расположенные ниже среднего уровня поверхности. В лунных морях мало кратеров, поэтому они выглядят гладкой равниной. Моря плохо отражают солнечный свет и кажутся темными.

Полнолуние не является лучшим временем для детальных наблюдений лунного рельефа, потому что в этой фазе Луна освещается Солнцем равномерно и ее поверхность кажется плоской. В промежуточных фазах Луны хорошо видна граница темной (ночной) и освещенной (дневной) частей лунной поверхности – так называемый терминатор. Именно вблизи терминатора объекты лунного рельефа отбрасывают самые длинные тени, позволяя увидеть их в трехмерном измерении. Сложность лунного рельефа отражается и на форме самого терминатора – в телескоп он всегда выглядит неровным. Рядом с терминатором в ночной части лунного диска нередко видны в телескоп яркие точки. Это вершины гор, освещенные восходящим или заходящим Солнцем, тогда как подножия этих гор находятся в тени.

Маскон (от англ. massconcentration – концентрация массы) – это область лунной поверхности, в которой наблюдается существенное повышение гравитационного поля (локализованная концентрация массы на некоторой глубине). Обнаружены масконы посредством измерения отклонений от расчетных параметров траекторий спутников, выведенных на окололунные орбиты. Большинство масконов находится в круговых морях видимой стороны Луны. Позднее обнаружены крупные масконы на границе видимой и обратной сторон Луны в Восточном Море и в Краевом Море. Огромный маскон обнаружен в экваториальной зоне центра обратной стороны Луны. Его диаметр достигает 1000 километров. Этот маскон способен отклонить на 1000 метров спутник, летящий на высоте 100 километров. Суммарная масса всех масконов составляет 0,0001 массы Луны.

Начало номенклатуре многих объектов лунной поверхности положил итальянский астроном-иезуит Джованни Баттиста Риччоли (1598–1671). Ряд кратеров он назвал в честь выдающихся ученых и философов (Архимеда, Платона, Коперника и др.), но некоторым присвоил имена ничем не замечательных духовных лиц (например, один из крупнейших лунных кратеров был назван Клавием в честь собрата-иезуита). Стремясь унизить лично ему ненавистного Галилея, Риччоли назвал именем великого ученого крошечный кратер диаметром всего около 15 километров. Зато для себя он не поскупился: диаметр кратера Риччоли составляет около 160 километров.

Самым ярким объектом лунной поверхности является центральная горка кратера Аристарха, самым темным – дно кратера Гримальди.

В июле 2004 года по радио и телевидению неоднократно сообщалось, что в период предстоящего в этом месяце полнолуния лунный диск будет виден вдвое большим обычного, что обусловлено максимальным приближением Луны к Земле. Так ли это?

Лунная орбита действительно является не круговой, а эллиптической, то есть имеет некоторую вытянутость. В связи с этим расстояние от центра Земли до центра Луны изменяется в пределах от 356 410 (в перигее) до 406 700 (в апогее) километров. Если учесть, что средний радиус Земли составляет 6371 километр, а средний диаметр Луны равен 3475 километрам, то легко можно рассчитать, что видимый с поверхности Земли (топоцентрический) угловой диаметр Луны изменяется в пределах от 29,84 до 34,13 угловой минуты, то есть не более чем на 14 процентов. Кажущееся увеличение «вдвое больше обычного» Луны у горизонта (по сравнению с ее размером в зените) – следствие глубоко укоренившейся в механизмах нашего мозга иллюзии, вынуждающей нас воспринимать небо как приплюснутый купол. Эффект указанной иллюзии при наблюдении Луны над горизонтом практически не зависит от того, находится ли Луна в перигее или апогее своей околоземной орбиты.

В 1961 году были обнаружены два слабосветящихся пылевых облака, являющихся своеобразными спутниками Земли. Они расположены в так называемых точках либрации системы Земля – Луна, то есть в противоположных вершинах двух равносторонних треугольников, у каждого из которых две остальные вершины совпадают с центрами Земли и Луны (треугольники имеют общую сторону – отрезок прямой между центрами Земли и Луны). Размеры облаков сравнимы с размерами Земли, но масса их составляет всего около 10 тысяч тонн. Плотность облаков составляет приблизительно одну пылинку массой в две сотых миллиграмма на один кубический километр! Угловой диаметр облаков равен приблизительно 10 градусам (примерно в 20 раз больше лунного). Обращаясь вокруг Земли, облака также вращаются с периодом около месяца вокруг своих центров, которые колеблются относительно точек либрации, удаляясь от них на расстояние до 10 угловых градусов (при наблюдении с Земли). Существование указанных пылевых облаков объясняют тем, что области вблизи либрационных точек системы Земля – Луна представляют собой нечто вроде гравитационных ловушек. Отдельные пылинки проводят в них продолжительное время и затем улетают, а в ловушки попадают новые частицы межпланетной пыли.

Единственным из спутников планет Солнечной системы, обладающим плотной атмосферой, является Титан, спутник Сатурна. Толщина и непрозрачность атмосферы Титана в оптическом диапазоне привели к тому, что его долго считали самым большим спутником в Солнечной системе. Однако современные наблюдения в инфракрасном диапазоне показали, что радиус его поверхности значительно меньше предполагаемого. Атмосферное давление на поверхности Титана в 1,5 раза выше земного. Атмосфера Титана, как и земная, состоит главным образом из азота (85 процентов), в ней не более 6 процентов аргона и несколько процентов метана. В атмосфере Титана обнаружены следы по крайней мере 12 других органических соединений (этана, гидроксида цианина, двуокиси углерода и др.) и воды. Органические соединения образуются при разрушении метана солнечным светом (в верхних слоях атмосферы Титана, где метан преобладает). Этот процесс подобен образованию смога над большими городами, но слой над Титаном гораздо толще. По многим параметрам атмосфера Титана напоминает условия на Земле в тот ранний период ее развития, когда жизнь на ней только зарождалась.

Рекордсменом Солнечной системы по количеству спутников является гигант Юпитер, у которого 39 известных спутников. Полностью обделила природа в этом отношении Меркурий и Венеру.

Наиболее вытянутую орбиту из спутников планет Солнечной системы имеет Нереида, спутник Нептуна. Эксцентриситет ее орбиты (0,7512) в 3,65 раза превышает эксцентриситет орбиты Меркурия, рекордсмена в этом отношении среди планет Солнечной системы. На звание спутника с орбитой, максимально близкой к круговой, претендуют Тефия (спутник Сатурна), Порция (спутник Урана) и Тритон (спутник Нептуна). Эксцентриситеты их орбит менее 0,0001.

Самым крупным спутником в Солнечной системе является Ганимед, сопровождающий самую большую планету Юпитер. По своим размерам (диаметр 5268 километров) он превосходит даже планету Меркурий, однако по массе, составляющей 149 квинтиллионов тонн (квинтиллион – миллиард миллиардов), более чем вдвое уступает Меркурию.

Самым большим спутником в Солнечной системе относительно своей планеты является хорошо нам всем знакомая Луна. Диаметр Луны всего в 3,67 раза меньше земного. Однако до августа 2006 года самым большим спутником по сравнению со своей планетой считался Харон, спутник Плутона. Диаметр Харона составляет 1270 километров, что всего-навсего в 1,9 раза меньше диаметра Плутона, а соотношение масс Харона и Плутона равно 1:8 (для сравнения, соотношение масс Луны и Земли 1:81). Поэтому Плутон с Хароном часто называли двойной планетой. Еще несколько десятилетий назад о существовании Харона никто и не подозревал, он практически случайно был обнаружен в 1978 году. Просматривая фотоизображения Плутона, американские астрономы Дж. Кристи и Р. Харрингтон заметили, что крошечное светлое пятнышко, каким видна на снимках эта планета, выглядит слегка удлиненным. Перепроверив свое открытие, астрономы убедились, что у Плутона есть спутник. Лишь после выведения на околоземную орбиту телескопа «Хаббл» впервые было получено изображение, где четко видны и Плутон, и Харон. По цвету Харон несколько голубее, чем Плутон. Это может означать, что они образовались не из единого облака, а уже потом были сведены вместе неведомыми нам обстоятельствами. Об этом же может свидетельствовать и аномальная разница в средней плотности Плутона и Харона (планета приблизительно в 8 раз плотнее спутника). В августе 2006 года Плутон перестали считать планетой, а Харон – не только спутником планеты, но и спутником Плутона. Дело в том, что барицентр (центр масс) системы Плутон – Харон находится вне объема Плутона, а потому, с формализацией Международным астрономическим союзом в августе 2006 года понятия «планета», Плутон и Харон отныне считаются компонентами парной системы небесных тел.

Рекордсменом по продолжительности орбитального периода среди спутников планет Солнечной системы является Сетебос. Этот крошечный спутник Урана (диаметр около 30 километров) открыт в 1999 году. Сетебос совершает полный оборот вокруг планеты за 2345 земных суток.

Объект Солнечной системы с самыми горячими недрами (если, конечно, не считать Солнца) – Ио. Этот спутник Юпитера, открытый еще Галилеем, по размерам и массе очень похож на нашу Луну. На Ио обнаружено более 100 действующих вулканов, причем активность некоторых из них поразительна. Например, из кратера вулкана Пиллан столб изверженных пород поднимался на высоту до 120 километров. Температура извергаемой лавы здесь превышала 1600 градусов Цельсия, что на 600 градусов выше температуры земной вулканической лавы. Магматические выбросы, представляющие собой сернистую базальтовую массу, покрыли площадь около 130 тысяч квадратных километров.

Альбедо – это отражательная способность поверхности какого-либо тела, характеристика его «белизны», показывающая, какую часть падающего на него света отражает данная поверхность. Самым высоким значением альбедо (0,99±0,06) в Солнечной системе обладает Энцелад, спутник Сатурна. При диаметре почти 500 километров Энцелад состоит преимущественно из водяного льда и имеет самую чистую в Солнечной системе ледяную поверхность, почти идеально белую, которая отражает более 90 процентов падающего на него солнечного света. Для сравнения: среднее альбедо Луны составляет всего 0,12 (лишь 12 процентов падающего на Луну света отражается и рассеивается ее поверхностью); альбедо воды – 0,05; зеленой травы – 0,26; песка – 0,3; чистого снега – 0,85.

Как правило, названия спутников связаны с названиями планет, вокруг которых они обращаются. Так, спутники Марса Фобос (Страх) и Деймос (Ужас) названы именами свирепых сыновей-близнецов древнегреческого бога войны Ареса, отождествляемого с римским богом войны Марсом. В именах галилеевых спутников Юпитера воплощены имена возлюбленных главы олимпийских богов Зевса – царевен Ио и Европы и нимфы Каллисто, а также похищенного Зевсом и ставшего его виночерпием троянского царевича Ганимеда (как известно, культ Зевса слился с культом главного бога римлян Юпитера). Большинство негалилеевых спутников Юпитера также названы в честь персонажей греческой мифологии, так или иначе связанных с Зевсом: Метида – первая супруга громовержца, Адрастея – вскормившая младенца Зевса нимфа, Амальтея – коза, молоком которой был вскормлен младенец Зевс, и т. д. Имена персонажей греческих и римских мифов воплощены также в названиях спутников Сатурна, Нептуна и Плутона. Несколько иная традиция проявилась в названиях спутников Урана. Начало ей положил Уильям Гершель, открывший Уран и его первые два спутника. Гершель назвал их именами царя фей и эльфов Оберона и его жены Титании – персонажей пьесы У. Шекспира «Сон в летнюю ночь». Впоследствии окружение Урана пополнили маленький эльф Пэк, дух воздуха Ариэль, вечно юные Дездемона, Джульетта и Офелия, неблагодарная Корделия (младшая дочь короля Лира) и другие шекспировские персонажи. Пять спутников Урана, движущиеся вокруг планеты в обратном направлении, да к тому же имеющие аномально вытянутые орбиты, получили имена явно отрицательных героев шекспировской драмы «Буря»: дикого уродливого раба Калибана и его матери, «от лет и злобы скрюченной» Сикораксы, их бога Сетебо-са, повелителя духов Просперо (бывшего герцога Миланского) и пьяницы-дворецкого Стефано, захотевшего стать королем острова. И лишь два спутника Урана не являются «шекспировскими», а связаны с поэмой английского поэта Александра Попа «Похищение локона». Эти спутники названы именами главной героини Белинды и мрачного и горестного духа Умбриэля.

Спутники Марса (Фобос и Деймос) впервые открыл американский астроном Асаф Холл (1829–1907) в 1877 году. Самое поразительное, однако, состоит в том, что наличие у Марса именно двух спутников предсказали еще в середине XVIII века английский писатель Джонатан Свифт (1667–1745) и французский философ Вольтер (1694–1778). Рассказывая в знаменитых «Путешествиях Гулливера» о достижениях лапутян в области астрономии, Свифт сообщает, что «они открыли две маленькие звезды или два спутника, обращающиеся около Марса». В связи с этим имена Свифта и Вольтера присвоены двум кратерам на Деймосе. Менее известен, но не менее интересен тот факт, что в грузинском эпосе, восходящем к середине XVI века, весьма точно (значительно точнее, чем в «Путешествиях Гулливера») указан один из параметров орбиты Деймоса: «На небе этой звезды [Марса] находится еще одна звезда, длина орбиты которой равна 50 280 эджи», что при переводе в современные единицы длины составляет около 150 тысяч километров (1 эджи равен примерно 3 километрам). Длина орбиты Деймоса, по современным данным, равна 147 323 километрам.

Этим уникальным свойством обладает лишь один из спутников планет Солнечной системы – Фобос, спутник Марса. Фобос совершает полный оборот вокруг Марса за 7 часов 39 минут и 14 секунд, а планета оборачивается вокруг собственной оси за 24 часа 37 минут и 23 секунды. Он восходит и заходит на марсианском небе два раза в течение суток, при этом восходит на западе, а заходит – на востоке.

Уникальная особенность Япета, третьего по величине спутника Сатурна, состоит в том, что одно его полушарие на порядок (приблизительно в 10 раз) светлее другого. Указанный феномен был замечен еще итальянским астрономом Джованни Кассини (1625–1712), открывшим Япет в 1671 году, а затем подтвержден при пролетах вблизи Сатурна космических аппаратов «Вояджер-2» (1981) и «Кассини» (2004). Эту особенность Япета использовал мэтр научной фантастики Артур Кларк в своем знаменитом романе «Космическая одиссея 2001 года» (1968). Герой этого романа Дейвид Боумен, приблизившись к Япету на космическом корабле, увидел в его экваториальной области «ослепительно белый овал размером приблизительно триста на шестьсот километров». Наличием этого овала и объяснялась в романе разница в яркости полушарий Япета. В центре этого белого «ока» Боумен заметил черную точку, которая при приближении к Япету оказалась загадочным черным монолитом – «Звездными Вратами». Весьма любопытно, что спустя 13 лет, когда «Вояджер-2» сфотографировал Япет, на снимке была четко видна огромная почти круглая область с черным пятном в центре. Известный астрофизик Карл Саган, участвовавший в обработке снимков от «Вояджера-2», отправил фотографию Артуру Кларку с припиской «Подумать только!».

Орбитальный период Харона в его обращении вокруг Плутона составляет 6,37825 земных суток, а период вращения Плутона вокруг собственной оси равен 6,3872 земных суток. Поэтому Харон практически «висит» над одной и той же точкой (точнее, за земные сутки смещается на 4,7 угловой минуты, за плутонианские сутки – на половину углового градуса). Промежуток времени между двумя последовательными восхождениями Харона над плутонианским горизонтом составляет около 12,5 земного года.

Нидерландский механик, физик и математик Христиан Гюйгенс, имеющий также большие заслуги в области астрономии, был сыном своего времени, а потому искренне верил в целесообразность всех деталей мирового устройства как Божьего творения. Главное назначение Луны, считали современники Гюйгенса, состоит в том, чтобы обеспечивать необходимые морякам приливы и отливы. Поэтому совершенно очевидно, полагал Гюйгенс, что наличие у Юпитера четырех (открытых Галилеем) спутников свидетельствует о широком распространении мореплавания на этой планете. Но корабль того времени был немыслим без большого количества парусов и канатов, основным сырьем для производства которых являлась пенька – грубое лубяное волокно из стеблей конопли. А значит, рассуждал Гюйгенс, на Юпитере обязательно имеются огромные плантации этого растения.

Между орбитами Марса и Юпитера находится пояс шириной 100–300 миллионов километров, образованный несколькими десятками тысяч каменистых тел – астероидов. Они обращаются вокруг Солнца, проходя свою орбиту за 3–6 лет. Большая часть из них неправильной формы с размерами от нескольких сантиметров до 100 километров. Существует две гипотезы происхождения астероидов. По одной гипотезе, астероиды – это остатки планеты, расколовшейся в результате некой катастрофы – например, столкновения с другим массивным телом. Эта гипотетическая планета получила название Фаэтон. О времени ее разрушения, как утверждают сторонники гипотезы, свидетельствует Луна: 4 миллиарда лет назад на нее обрушился шквал обломков Фаэтона, отчего образовались гигантские ударные кратеры диаметром до 1000 километров. Такие же обломки летели и к Земле, но они разрушились в ее плотной атмосфере. Сторонники другой гипотезы происхождения астероидов считают их своего рода планетами, оказавшимися на их нынешних орбитах из-за интенсивных гравитационных процессов вблизи Юпитера.

Имена героев Троянской войны носят представители двух групп астероидов, не входящих в основной пояс астероидов, а обращающихся вокруг Солнца на таком же расстоянии, что и Юпитер, причем их расстояния от Солнца и от Юпитера равны между собой, а периоды обращения равны периоду обращения Юпитера. В настоящее время известно более 1000 таких астероидов, называемых троянцами. Половина из них движется на 60 угловых градусов впереди Юпитера, а другая половина – на таком же расстоянии позади. В первую группу входят «греки» Агамемнон, Ахиллес, Аякс, Диомед, Менелай и др., во вторую – «троянцы» Приам, Эней, Анхис, Гелен, Агенор и др.

Правило Тициуса – Боде отражает эмпирически установленную немецким физиком и математиком И. Д. Тициусом (1729–1796) и получившую всеобщую известность благодаря работам директора Берлинской обсерватории И. Э. Боде (1747–1826) зависимость между расстояниями планет от Солнца. По правилу Боде – Тициуса, выраженные в астрономических единицах расстояния Меркурия, Венеры, Земли, Марса, средней части кольца астероидов, Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна и Плутона от Солнца (Нептун выпадает из этой зависимости) получаются следующим образом. К каждому числу последовательности 0, 3, 6, 12, 24, 48, 96, 192, 384, образующей, начиная с 3, геометрическую прогрессию, прибавляется число 4, а затем все числа делятся на 10. Полученная новая последовательность чисел: 0,4; 0,7; 1,0; 1,6; 2,8; 5,2; 10,0; 19,6; 38,8 – представляет расстояния от Солнца (в астрономических единицах) перечисленных тел Солнечной системы. Как выполняется это правило, можно проиллюстрировать нижеприведенной таблицей, в которой КА – кольцо астероидов, а R и 11ф – теоретическое (соответствующее правилу Тициуса – Боде) и фактическое среднее расстояние объекта от Солнца (табл. 1).

Таблица 1

Удовлетворительного теоретического объяснения этой эмпирической зависимости пока нет.

Отсутствие между Марсом и Юпитером планеты, соответствующей пятому члену лежащей в основе правила Тициуса – Боде последовательности, заставило астрономов предпринять специальный поиск. Пытаясь отыскать недостающую планету, итальянский астроном Джузеппе Пьяцци 1 января 1801 года открыл первый астероид, получивший имя Церера (в честь римской богини земледелия и плодородия).

В период с 1801 по 1891 год было открыто всего около 200 астероидов. C началом применения фотографии (в 1891 году) их стали открывать в большом количестве. К началу 1987 года было известно уже около 3500 астероидов. Частота открытия астероидов опять значительно возросла в 1990-е годы – благодаря специальным программам их поиска с использованием автоматических телескопов. К концу 2000 года было обнаружено более 100 тысяч астероидов, точно определены орбиты около 20 тысяч астероидов, 8 тысячам из которых присвоены собственные имена.

Самым большим из астероидов основного пояса (между орбитами Марса и Юпитера) является Церера. Он имеет 960 километров в диаметре и массу почти в квинтиллион (миллиард миллиардов) тонн. Масса Цереры составляет около трети общей массы всех астероидов основного пояса. Цереру считали также и рекордсменом среди всех астероидов Солнечной системы, пока в июне 2002 года в поясе Койпера (за орбитой Нептуна) не был открыт астероид Квавар, диаметр которого составляет около 1250 километров. В ноябре 2003 года обнаружен еще один транснептуновый объект – Седна, диаметр которого, по оценкам открывателей, «не больше, но и не сильно меньше 1700 километров». В феврале 2004 года последовало открытие еще одного крупного транснептунового объекта – 2004 DW, диаметр которого может достигать 1800 километров. Окончательно вопрос о самом большом астероиде Солнечной системы запутался 24 августа 2006 года, когда Международный астрономический союз принял решение считать вышеперечисленные небесные тела, а также ряд других объектов (пока точно не установленных) основного пояса астероидов и пояса Койпера не астероидами, а карликовыми планетами.

По химическому составу астероиды основного пояса подразделяют на три основные группы: углеродные, песчаные и металлические. Углеродные астероиды составляют около 75 процентов общего количества астероидов, песчаные – около 17 процентов. Меньше всего астероидов, состоящих из металлов. Углеродные астероиды сосредоточены в основном на внешней стороне пояса, песчаные находятся во внутренней зоне, а металлические – в центральной зоне пояса.

Самым черным из известных астероидов основного пояса является Матильда – «камешек» поперечником около 50 километров, обращающийся вокруг Солнца по орбите со средним радиусом 394 миллиона километров. Открыт он в 1885 году и получил свое название в честь жены Морица Лоеви, тогдашнего вице-директора Парижской обсерватории. Поверхность астероида вдвое темнее угля, от нее отражается всего 3–4 процента падающего солнечного света.

Шкала опасности астероидов, принятая Международным астрономическим союзом, градуирована от 0 до 10 баллов. Ноль получает астероид, орбита которого хотя и пересекается с орбитой Земли, но у него нет никаких шансов на столкновение. Десяткой отмечается астероид, падение которого может привести к глобальной климатической катастрофе. Среди примерно 2000 астероидов поперечником более километра, пересекающих орбиту Земли, все «нулевые».

Астероиды сейчас изучают главным образом с точки зрения опасности, которую они могут нести человечеству. Однако некоторые ученые считают, что пора присматриваться к ним и с точки зрения их возможной ценности. В качестве примера можно привести астероид Амон, известный астрономам также под номером NEO 33554. Амон имеет в поперечнике всего два километра, но целиком состоит из металлов. По сегодняшним ценам этот астероид содержит железа и никеля (причем не в виде руд, а в чистом самородном состоянии) на 8 триллионов долларов, кобальта – на 6 триллионов, металлов платиновой группы – тоже примерно на 6 триллионов.

Открытый в 1949 году американским астрономом Уолтером Бааде астероид Икар весьма скромен по размерам (диаметр равен приблизительно 900 метрам), но замечателен своей орбитой. В афелии Икар уходит к орбите Марса, а в перигелии проникает внутрь орбиты Меркурия, приближаясь к Солнцу на расстояние 0,341 астрономической единицы (51 миллион километров). Ближе Икара к Солнцу подходят только некоторые кометы. Именно по этой причине ему дали имя древнегреческого мифического героя, который поднялся к Солнцу на скрепленных воском крыльях, изготовленных его отцом Дедалом. Орбита Икара почти пересекается с орбитой Земли, так что при наибольшем сближении этих тел расстояние между ними уменьшается до 5–7 миллионов километров. Такое сближение Икара с Землей происходит каждые 19 лет (в 1996 году, затем в 2015 году и т. д.), но ни одно из них не угрожает столкновением.

Открытый 7 января 1976 года крошечный астероид Атон (около 800 метров в поперечнике) назван в честь древнеегипетского бога солнца, потому что вся его орбита лежит внутри земной орбиты. Максимальное удаление Атона от Солнца составляет 0,966 астрономической единицы, или среднего расстояния Земли от Солнца. Известны еще два подобных астероида: Ра-Шалом и Хатор. Максимальное удаление первого из них от Солнца не превышает 0,832 астрономической единицы, второго – 0,844 астрономической единицы.

Одно время астрономы считали, что кометы приходят из межзвездного пространства, однако затем выяснилось, что ни одна из наблюдаемых комет не имела вблизи Солнца скорости, превышающей так называемую параболическую, и от этой гипотезы пришлось отказаться. В 1950 году голландский астрофизик Ян Оорт (1900–1992) предположил существование огромной оболочки из ледяных тел, медленно обращающихся вокруг Солнца на расстоянии 100–150 тысяч астрономических единиц, или 15–22 квинтиллионов километров (квинтиллион – миллиард миллиардов). Это материя, которая осталась от изначального облака пыли и газа, сконцентрировавшегося на начальной стадии формирования Солнечной системы, и оказалась слишком далеко, чтобы быть эффективно захваченной силами притяжения, а потому стала побочным продуктом при образовании планет. Со временем в этой оболочке образовалось громадное скопление кометных ядер (общее их число, вероятно, около 100 миллиардов, а общая масса оценивается всего лишь в 0,1 массы Земли), которое принято называть «облаком Оорта». Подавляющее большинство этих кометных ядер никогда не приближаются к Солнцу, не образуют хвостов и не растрачивают своего вещества, а медленно (со скоростями около сантиметра в секунду) «ползут» по орбитам. Лишь немногие из них под действием окружающих Солнце массивных небесных тел внезапно изменяют свои орбиты и навсегда покидают Солнечную систему. Другие переходят на орбиты с более коротким периодом, приближаются к Солнцу, демонстрируя все фазы изменения внешнего вида кометы; некоторые из них становятся короткопериодическими кометами.

Исследованиями палеонтологов установлено, что в течение последних 250 миллионов лет на нашей планете многократно повторялись катастрофические изменения климата, приводившие к вымиранию обширных групп живых организмов. При этом указанные катастрофы происходили периодически с интервалом приблизительно в 26 миллионов лет. Последнее такое событие произошло около 13,5 миллиона лет назад, а эпоха вымирания динозавров четко совпадает с одним из пиков (65 миллионов лет назад), причем наиболее мощным. Относящиеся к этой эпохе геологические отложения замечательны тем, что они сильно обогащены иридием: его содержание в тысячу раз больше нормы. Было выдвинуто предположение, что иридий попал на Землю в результате падения астероида диаметром в несколько километров. Мощность взрыва, имевшего место при падении, оценивается в 10 миллионов мегатонн тротилового эквивалента. Взрыв этот должен был сопровождаться сильным запылением атмосферы, понижением средней температуры на несколько десятков градусов, ураганными ветрами и всем прочим, что предсказывается в хорошо известных прогнозах последствий глобальной ядерной войны. Однако столкновение с астероидом – событие случайное, откуда же периодичность? Для объяснения периодичности таких катастроф американские ученые Дэвис, Хат и Мюллер в 1984 году предположили, что у Солнца имеется звезда-компаньон, которая обращается вокруг него с периодом около 26 миллионов лет. В эпоху максимального сближения с Солнцем эта звезда, получившая звучное наименование Немезида (имя древнегреческой богини возмездия), вторгается в облако Оорта, приводя его, по словам И. С. Шкловского, «в состояние дикого бешенства». Тысячи комет, которые до этого спокойно двигались по своим околосолнечным орбитам, под воздействием Немезиды устремляются к Солнцу. Некоторое количество кометных ядер (размером в несколько километров, отличающихся от астероидов главным образом присутствием большого количества льда) падает на Землю, вызывая упомянутые выше глобальные катастрофы. Один из авторов этой гипотезы, Ричард Мюллер, даже опубликовал в 1988 году книгу под названием «Немезида», первая глава которой называется «Космический террорист». Скорее всего, Немезида представляет собой красный карлик с звездной величиной от 7 до 12. Практически все такие звезды занесены в каталоги, однако расстояния до большинства из них пока еще не измерены. Вполне вероятно, что Немезиду, если она существует, можно увидеть в бинокль или небольшой телескоп. Задача поиска Немезиды состоит в том, чтобы с интервалом в год определить координаты около 3 тысяч звезд-кандидатов и выявить среди них звезду с аномально большим собственным движением. Дело это трудное, но не безнадежное, и, как считает тот же И. С. Шкловский, в случае успеха приведет к одному из величайших открытий за всю историю науки. Впрочем, Немезида может оказаться черной дырой, но это значительно менее вероятно.

Обработав результаты пролета 22 сентября 2001 года автоматического зонда «Дип Спейс-1» мимо кометы Боррелли, астрономы пришли к выводу, что ее восьмикилометровое ядро – самое черное тело в Солнечной системе. Вообще, как показало изучение других комет, ядра этих небесных тел отличаются темной окраской, но комета Боррелли превзошла всех. Вещество ее ядра отражает менее 3 процентов падающего на него света, что сравнимо с черным порошком-тонером для ксероксов и лазерных принтеров. Например, свежеуложенный асфальт отражает 7 процентов света. Но на ядре кометы есть еще более черные участки, отражающие всего 0,7 процента солнечного света. Предполагают, что это какие-то высокомолекулярные углеродистые соединения, неспособные испариться под нагревом солнечных лучей.

По образному выражению американского астронома Фреда Уипла, ядро кометы похоже на «грязный снежок». Оно имеет размеры от сотен метров до десятков километров и состоит из замороженных газов (или легкоплавких веществ, которые при нормальном давлении и комнатной температуре находились бы в газообразном состоянии) с вкраплениями тугоплавких каменистых частиц и пылинок. При приближении кометы к Солнцу под действием его лучей «льды» начинают испаряться и появляется туманная газообразная оболочка, вместе с ядром образующая голову кометы диаметром от тысячи до миллиона километров. Из газа головы формируется хвост кометы, направленный в противоположную от Солнца сторону (удаляясь от Солнца, комета как бы пятится – идет хвостом вперед). Раньше причиной отклонения хвоста считали исключительно давление солнечных лучей. Однако теперь известно, что это воздействие солнечного ветра, которое на два порядка (приблизительно в 100 раз) сильнее гравитационного притяжения Солнца, а потому молекулы головы отбрасываются назад. Кометные хвосты простираются иногда на десятки и сотни миллионов километров. Однако вещество хвостов настолько разрежено, что сквозь них видны звезды без всякого ослабления их блеска (кубический километр хвоста кометы содержит меньше вещества, чем кубический миллиметр земной атмосферы на уровне моря).

Комета Галлея – первая из комет, орбита которой была точно вычислена. Английский астроном и геофизик Эдмунд Галлей (1656–1742), изучая список комет, наблюдаемых с 1337 года, понял, что параметры орбиты кометы 1682 года соответствуют параметрам орбит комет 1531 и 1607 годов. Предположив, что это одна и та же комета, Галлей несколько лет работал над вычислением ее орбиты и предсказал ее появление вблизи Земли в 1758 году. Строго в указанное Галлеем время комета возникла на небосводе и была, уже после смерти ученого, названа его именем.

В XIX веке одним из самых модных занятий, интересовавшим и высокопоставленных особ, и широкую публику, была «охота» за новыми кометами. В 1881 году некий магнат в Соединенных Штатах обещал премию в 200 долларов каждому, кто откроет комету с территории Северной Америки. Многие астрономы-любители увидели в поисках комет кратчайший путь к славе и богатству. Одним из них был американский фотограф Эдуард Эмерсон Барнард (1857–1923). Ему удалось «с помощью нескольких крупных комет» быстро выплатить закладную за свой дом. Очень скоро увлечение астрономией, основанное на меркантильном интересе, переросло у Барнарда в серьезные занятия наукой. Он выполнил многочисленные наблюдения планет и слабых звезд (и даже обзавелся звездой своего имени), получил многочисленные снимки Млечного Пути и туманностей, открыл Амальтею (пятый спутник Юпитера). Кроме того, Барнард первым открыл комету на фотографии неба, снятой с телескопом. С тех пор астрономы-профессионалы начали мимоходом собирать урожай комет на фотографиях, снятых с другой целью.

С незапамятных времен люди благодаря своим суевериям и невежеству приписывали кометам большую опасность, видели в них некие послания от богов или от дьявола, считали их предвестниками всяческих неприятностей, особенно для людей, занимающих видное положение. В Древнем Риме на роль жертвы небес, разумеется, больше всего подходил император. Когда около 60 года нашей эры в небе засияла яркая комета, все сразу догадались, кому она угрожает. По этому поводу историк Тацит написал: «Начали говорить о том, кого избрать в преемники Нерону, как будто его уже свергли». Астролог Бильбилл, однако, успокоил императора, объяснив, что у монархов принято отвращать от себя гнев небес, обращая знамение против самых именитых своих подданных. Если учесть, что Нерон ранее уже убил собственную мать, а несколько лет спустя еще и двух своих жен, большую часть родственников, а также сжег Рим, то совет этот явно попал на благодатную почву. Император принял решение не рисковать и действовать «с запасом». Историк Светоний написал так: «Нерон решил полностью истребить знать… Все дети осужденных были сосланы, а затем уморены голодом или отравлены». Средство оказалось эффективным: Нерон пережил не только эту комету, но и появившуюся на небосводе спустя 6 лет комету Галлея. Тем не менее всеобщие ожидания оправдались: из-за этой кометы действительно погибло много видных людей.

Падения метеоритов люди замечали начиная с самых древних времен, однако не считали их происхождение внеземным. В VIII веке появились две научные (не прибегающих к «божественному промыслу») теории, которые объясняли происхождение камней, падающих с неба. По первой теории предполагалось, что их уносит вверх особо сильными воздушными вихрями, а потом они снова падают на землю. Сторонники второй считали, что это камни, выброшенные в воздух из жерл вулканов с очень большой скоростью, а потому и улетевшие так высоко и далеко. В XVIII столетии, в век Просвещения, наука не только не продвинулась в этой области вперед, а даже немного отступила. Ученые мужи презрительно смеялись над теми, кто говорил, что «камни падают с неба». Крестьянам, которые приходили во Французскую академию с обломками метеоритов, вежливо указывали на дверь. Однако столь недоверчивыми оказались не все ученые. Некоторые из них заметили, что метеориты, найденные в достаточно отдаленных друг от друга местах Земли, имеют более или менее одинаковый химический состав и при этом отличаются от обычных земных каменистых пород. В 1794 году немецкий физик Эрнст Хладни (1756–1827) впервые предположил, что эти объекты прилетают из межпланетного пространства и возгораются при попадании в земную атмосферу. Его великий современник французский ученый Пьер Симон Лаплас (1749–1827) склонялся, правда, к лунному происхождению метеоритов, считая, что на нашем спутнике могут быть действующие вулканы. И лишь когда в 1801 году был открыт первый астероид, а следом за ним и многие другие, стало ясно, что метеориты являются малыми телами Солнечной системы, как и астероиды.

Метеоры, или «падающие звезды», – это кратковременные световые явления в земной атмосфере, вспышки, порождаемые частицами космического вещества (так называемыми метеорными телами), которые со скоростью в десятки километров в секунду влетают в атмосферу. Нагреваясь от трения о воздух, такие частицы раскаляются, дробятся, порождая вторичные вспышки вдоль своего пути, и распыляются. Пролетая в атмосфере, метеорное тело ионизирует атомы и молекулы воздуха и заставляет их светиться. Яркость и цвет метеора зависят от массы метеоритной частицы и от величины относительной скорости метеора и Земли. «Встречные» метеоры (скорость до 75 километров в секунду) загораются на большей высоте, они ярче и белее. «Догоняющие» метеоры (скорость от 14 километров в секунду) загораются на меньшей высоте, они слабее и желтее. Если метеорное тело не сгорает в атмосфере и какая-то его часть достигает поверхности Земли, его называют метеоритом.

Данные наблюдений позволяют считать, что в атмосфере всей Земли вспыхивает в сутки около 100 миллионов метеоров, которые можно было бы увидеть невооруженным глазом в ночное время. Общее же число метеорных частиц, включая и самые мелкие (микрометеориты – частицы размером в несколько микрометров и массой от стомиллионной до триллионной части грамма), исчисляется сотнями миллиардов. Общая масса метеорного вещества, проникающего в земную атмосферу, составляет в среднем около 60 тонн в сутки, или около 20 тысяч тонн в год. Метеорное вещество во много раз большей общей массы, состоящее из микрометеоритов, создает тонкое облако пыли вокруг Земли. Присутствие этих микрометеоритов регистрируют специальными приборами, устанавливаемыми на искусственных спутниках Земли. Блестящая полированная поверхность космического корабля после нескольких суток пребывания на орбите становится матовой, испещренной крошечными «оспинками» – следами столкновения с микрометеоритами.

Самый большой из найденных метеоритов – железный метеорит Гоба – находится на месте падения в Западной Африке (Намибия). Его масса составляет около 60 тонн.

Крупнейшим из всех кратеров, в которых были найдены остатки метеоритного вещества, является кратер Барринджера в Аризоне (США). Он представляет собой прекрасно сохранившееся углубление диаметром около 1200 метров и глубиной около 200 метров. Его края возвышаются приблизительно на 50 метров над лежащей вокруг равниной. Открыт он был в 1891 году, а возраст его составляет, по разным оценкам, от 25 до 50 тысяч лет. Метеорит, падение которого привело к образованию этого кратера, весил около 10 тысяч тонн.

Наибольший известный метеоритный кратер – Вальгалла – находится на Каллисто, спутнике Юпитера. Он имеет яркую центральную область диаметром около 600 километров и систему концентрических гребней, простирающуюся на 1500 километров от центра кратера.

В 1911 году в Египте упал метеорит, имеющий марсианское происхождение, и при падении убил собаку. Американский астроном Арден Олби предложил продать этот метеорит (по частям) для нужд фундаментальной науки. По мнению Олби, реклама могла бы звучать так: «Продается единственный марсианин, когда-либо убивший землянина!» Марсианские метеориты, падающие иногда на Землю, представляют собой куски горных пород, выбитые с поверхности Марса миллионы лет назад падением крупного астероида и после длительных блужданий в космосе притянутые нашей планетой. Их отличает от других метеоритов особый химический и минералогический состав.

Когда двое ученых из Коннектикута в 1807 году сообщили, что наблюдали падение метеорита, президент Томас Джефферсон заявил, что он скорее поверит в то, что два профессора-янки лгут, чем в то, будто камни могут падать с неба.

Первая русская астрономическая обсерватория появилась в 1692 году в Холмогорах. Ее основателем был первый холмогорский архиепископ Афанасий, в миру Алексей Артемьевич Любимов (1641–1702), бывший раскольник из Тюмени.

Мореходная астрономия интенсивно развивалась из века в век и достигла большого совершенства. Этот важный раздел практической астрономии позволял морякам очень точно определять географические координаты (широту и долготу) в открытом море. В распоряжении морских штурманов появились точные угломерные инструменты и морские астрономические справочники. В 1714 году парламент Великобритании – крупнейшей тогда морской державы – установил огромную премию за разработку наиболее надежного способа определения долготы. Одним из экспертов выступал сам Ньютон. Предложенный метод (и он прослужил очень долго) был основан на сравнении моментов времени в данном месте и месте, географическая долгота которого точно известна. Из астрономических наблюдений определяли местное время, а хронометр, который непременно должен был быть на судне, показывал точное время того пункта, относительно которого желали определить долготу. С появлением радио задача упростилась, поскольку стало возможным непосредственно узнавать время нулевого географического меридиана или пункта с известной долготой. Разность времен равна разности географических долгот. Штурман должен либо принять сигналы точного времени, например из Лондона или Москвы, либо иметь в своем распоряжении точные часы (хронометр), идущие по времени какого-либо известного пункта. А местное время пункта, в котором находится судно, штурман определяет из астрономических наблюдений и с помощью данных, содержащихся в каталогах или звездных картах. Вторую географическую координату – широту – определяли по склонению и прямому восхождению светила, находящегося в зените.

Основной частью оптического телескопа является объектив, предназначенный для того, чтобы собрать лучи, идущие от наблюдаемого объекта, и сфокусировать их. По типу используемых объективов телескопы делят на рефракторы и рефлекторы. У рефрактора объектив состоит из стеклянной линзы, которая собирает лучи и концентрирует их в определенной точке своей оси – фокусе. Самые первые телескопы были рефракторами. Самый большой из современных действующих рефракторов находится в обсерватории Йеркса (США), диаметр его объектива равен приблизительно 1 метру. В рефлекторах лучи собираются в фокусе не линзой, а зеркалом параболической формы. Рефлекторы лишены главного недостатка рефракторов – хроматической аберрации. Кроме того, у них имеется возможность поддерживать зеркало с обратной стороны, что позволяет строить телескопы больших размеров. Существуют также телескопы, совмещающие черты рефракторов и рефлекторов.

Основным недостатком однолинзовых телескопов-рефракторов (а первые телескопы были именно однолинзовыми) является хроматическая аберрация. Линза объектива ведет себя как призма и не только преломляет свет, но и разлагает его на составляющие цвета. При этом фокус красных лучей располагается дальше от объектива, чем фокус синих лучей, вследствие чего изображение «размывается». Первым способом уменьшения хроматической аберрации стало применение линз с большим фокусным расстоянием. Именно поэтому телескоп знаменитого польского астронома Яна Гевелия (1611–1687) имел длину почти 50 метров (при диаметре объектива не более 20 сантиметров). В дальнейшем хроматическую аберрацию в рефракторах научились в значительной степени устранять с помощью специальных линз и входящей в устройство телескопа системы фокусировки.

Чем больше света «соберет» оптический прибор, тем менее яркие и более далекие объекты он «увидит». Именно поэтому зеркала телескопов становятся все больше и больше. Рабочая (эффективная) площадь главного зеркала телескопа диаметром 8 метров равна примерно 48 квадратным метрам, а площадь человеческого зрачка в сумерках – примерно 20 квадратным миллиметрам. Телескоп соберет во столько раз больше света, во сколько его площадь больше площади зрачка, то есть приблизительно в 2,5 миллиона раз!

Недостатком радиотелескопов долгое время была их низкая разрешающая способность, достигавшая даже у больших радиотелескопов лишь нескольких минут дуги. Проблема была решена посредством использования техники интерферометрии, когда сигналы, попадающие на разные радиотелескопы, собираются и обрабатываются на компьютере. В этом случае два и более радиотелескопа ведут себя как единый инструмент с диаметром, равным расстоянию между отдельными радиотелескопами. Применяя одновременно три радиотелескопа, установленных в США, Австралии и Южной Африке, астрономы смогли разглядеть строение пульсара, находящегося на расстоянии в 1600 световых лет от Земли в созвездии Паруса. Облако раскаленного газа, излучающее радиоволны, имеет поперечник 500 километров, а в его центре находится нейтронная звезда диаметром около 10 километров. Если бы такой разрешающей способностью обладал оптический телескоп, он мог бы разглядеть с Земли крупный вирус на поверхности Луны.

Свет от наземных источников – серьезная помеха для астрономических наблюдений. Издавна обсерватории строили вдали от городов. Когда-то и Гринвич, и Пулково, и даже Воробьевы горы были темными уголками, а сейчас все чаще говорят о «световом загрязнении» атмосферы, мешающем изучать далекие светила. Согласно проведенным итальянскими астрономами исследованиям, свет одного-единственного уличного фонаря способен помешать наблюдателю, находящемуся от него на расстоянии 200 километров. Свет больших городов уже вредит даже телескопам, установленным на Канарских островах, в горах Чили и на Гавайях. Кто действительно испытывает большие затруднения, так это астрономы-любители, живущие в больших городах. Если при идеальных условиях можно увидеть звезды приблизительно 6,5 звездной величины, то в центре большого города с трудом можно разглядеть объекты 2,5 звездной величины. Если количество и мощность источников света будут нарастать так же, как до сих пор, то в 2025 году итальянцы перестанут видеть Млечный Путь с территории своей страны. Уже сейчас 70 процентов американцев не могут его видеть. А опрос, проведенный среди английских старшеклассников, показал, что лишь один из десяти видел Млечный Путь. В США создана Международная ассоциация темного неба, в которую вошли почти три тысячи астрономов всего мира. Члены ассоциации подчеркивают, что они борются не против освещения, а против плохих источников света. Вреднее всего для астрономии уличные фонари с обычными или галогенными лампочками накаливания, испускающими очень широкий спектр частот. Немногим лучше синевато-зеленоватый свет ртутных фонарей, а предпочтительнее всего натриевые лампы низкого давления с желтоватым светом, который забивает всего один процент спектра, интересующего астрономов. Если такой фонарь еще и снабжен рефлектором, направляющим свет к земле, то вреда для телескопов почти нет. Вдобавок натриевые лампы берут на 30 процентов меньше энергии, чем ртутные, и на 50 процентов меньше, чем галогенные.

Мощность радиоизлучения от сотовых телефонов ничтожно мала по сравнению с космическими источниками, но они находятся гораздо ближе к радиотелескопам. Один мобильный телефон, помещенный на Луне, мог бы забить своим излучением все, кроме трех самых мощных естественных источников радиоволн во Вселенной. Поэтому в сентябре 2000 года радиоастрономы с радостью восприняли весть о том, что 66 спутников связи системы «Иридиум» будут спущены со своих орбит. Эта система, позволявшая с помощью карманного спутникового телефона связаться из любой точки Земли с любой другой точкой, не нашла достаточного количества абонентов, и фирма обанкротилась. На планете набралось всего 55 тысяч человек, нуждающихся в постоянной возможности выйти на связь из любого захолустья и готовых заплатить 7–8 тысяч долларов за такую возможность (не считая повременной платы за разговоры). Между тем спутники и телефоны этой системы вещали на частотах, близких к частоте излучения космических газовых облаков и грозили помешать их исследованию.

Поскольку зеркалу телескопа надлежит поворачиваться, отслеживая объект в ночном небе, оно не должно быть слишком тяжелым, иначе в процессе поворота оно будет деформироваться под влиянием собственного веса, сводя на нет высокоточную обработку, проведенную при его изготовлении. Следствием указанного ограничения на массу зеркала является ограничение на его размеры. Именно поэтому до 1975 года наиболее крупным в мире был американский телескоп с зеркалом диаметром 5 метров, установленный на горе Паломар в Калифорнии. Затем этот рекорд был побит: на Северном Кавказе, близ станицы Зеленчукской, закончилось строительство телескопа с зеркалом диаметром 6 метров. В последнее десятилетие ХХ века наступил новый этап в развитии оптических телескопов, связанный с внедрением так называемой активной оптики. Решение проблемы свелось к изготовлению тонких зеркал (толщиной около 20 сантиметров при диаметре 8– 10 метров), форму которых корректирует компьютер с помощью нескольких десятков подвижных гидравлических опор. Альтернативой монолитным зеркалам, состоящим из единого блока, стали составные зеркала. Так, зеркала двух телескопов, установленных на гавайском потухшем вулкане Мауна Кеа, каждое по 10,8 метра в диаметре, состоят из 36 шестиугольных фрагментов размерами не более 2 метров. Другой прорыв в области совершенствования оптических телескопов связан с внедрением адаптивной оптики, позволяющей если не полностью устранить, то существенно сократить деформации изображений небесных объектов из-за атмосферной турбулентности. Эта технология обеспечивает «подстройку» зеркала телескопа под изменения, происходящие в атмосфере, так что расфокусировка изображения, вызванная перепадами плотности воздуха, его потоками и ветром, сводится к минимуму. Специалисты утверждают, что стоимость таких наземных телескопов намного меньше, чем стоимость только ремонта в космосе орбитального телескопа «Хаббл», а их разрешающая способность на порядок (приблизительно в 10 раз) выше, чем у прибора, вынесенного в космос.

Культура догонов уже несколько десятилетий является объектом пристального внимания ученых. Этот сравнительно малочисленный народ (в 2000 году численность догонов составляла около 500 тысяч человек) живет преимущественно на территории Республики Мали, в труднодоступном районе. Активно сопротивляясь как исламизации со стороны правителей древнего Мали, так и обращению в христианство со стороны французских колонизаторов, догоны до самого последнего времени сохраняли в относительно нетронутом виде многие свои верования и обычаи. Особый интерес представляют их космологические взгляды. В представлении догонов Вселенная является «бесконечной, но измеримой», заполненной «спиральными звездными мирами», в одном из которых находится Солнце. Этот мир можно наблюдать на небе в виде Млечного Пути. Большинство видимых на небосводе светил представляют «внешнюю» систему звезд, влияние которых на земную жизнь, по мнению догонов, относительно невелико. «Внутренняя» же система, «непосредственно участвующая в жизни и развитии людей на Земле», включает в себя созвездие Орион, альфу и гамму Малого Пса, Плеяды и еще несколько звезд. Главную роль в ней играет Сириус, именуемый «пупом мира». Сириус догоны считают тройной звездой, главный компонент которой именуется Сиги толо («толо» – звезда), а спутники его – По толо и Эмме йа толо, причем вокруг Эмме йа толо якобы вращаются еще два спутника – Ара толо и Йу толо. При этом характеристики звезды По ни в чем существенном не отличаются от известных в настоящее время характеристик Сириуса В. Прежде всего, звезда По – белая, в святилищах догонов она символизируется белым камнем. Период обращения По толо вокруг Сиги толо составляет 50 лет (по данным астрономов – 49,9 года). Эта звезда, утверждают догоны, имеет небольшие размеры при огромных весе и плотности: «она самая маленькая и самая тяжелая из всех звезд». Именно По толо догоны считают «самой важной звездой», «символом происхождения Вселенной» и «центром звездного мира». Что касается Эмме йа толо, то современной астрономии второй спутник Сириуса не известен, хотя в течение последних десятилетий астрономы разных стран неоднократно высказывали предположение о существовании в этой системе еще одной звезды. Некоторые особенности системы Сириуса действительно говорят в пользу такой гипотезы, но наблюдениями она пока не подтверждена. Этнографы, изучавшие космологию догонов, единодушны в том, что она – результат заимствования, ибо уровень научно-технического развития этого народа не позволил бы им узнать что-либо подобное без «помощи со стороны». Некоторые склонны считать ее источником современную европейскую цивилизацию, однако это предположение сталкивается с серьезными возражениями. Первейшее из них состоит в том, что знания о системе Сириуса лежат в основе вычисления периода, с которым отмечается Сиги – главный праздник догонов, ритуалы же этого праздника уходят в прошлое на 700 лет (по некоторым данным – на 1400 лет). А между тем Сириус В был открыт астрономами в 1862 году, его необычайно высокая плотность определена в 1915 году. Кроме того, отнюдь не во всем знания догонов совпадают с современной астрономической картиной мира. В частности, наличие у Сириуса второго спутника – пока только гипотеза, а что касается спутников Эмме йа толо (по существу – планет), то о них наша астрономия даже речи не ведет. Самое интересное, что французские этнографы, изучавшие верования догонов, ни в малейшей степени не верили их астрономическим построениям – пока один астроном не указал им на примечательность этой части догонской космогонии.