Солнечная система. — Истинное понятие о С. системе, как о совокупности планет и других небесных тел, движущихся по известным законам вокруг Солнца, составилось лишь благодаря работам Кеплера и Ньютона. Движение же С. системы в пространстве, ее соотношение с другими звездными мирами несколько выяснено лишь за последнее столетие. К С. системе, насколько теперь известно, принадлежат 8 больших планет (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун), 463 малых планеты, 21 спутник планет и несколько тысяч комет и метеорных потоков. Отдельно нужно назвать кольца Сатурна и так наз. зодиакальный свет; и то, и другое — скопища метеоритов. Все светила вследствие притяжения движутся согласно законам Кеплера по коническим сечениям (планеты и спутники по эллипсам, кометы и метеоры по эллипсам, параболам и гиперболам). Плоскости орбит больших планет мало наклонены друг к другу; эксцентриситеты орбит очень малы. Это облегчает значительно изыскания о взаимных возмущениях планет (об этом см. Тяготение). На тех же фактах построены гипотезы, о происхождении С. системы (о них см. Системы мира).
В следующей таблице даны для больших планет: время оборота вокруг Солнца (Т); большая полуось эллипса орбиты (α); эксцентриситет (е), долгота перигелия (π); наклонность орбиты к эклиптике (φ); долгота восходящего узла орбиты на эклиптике (
), масса планеты, принимая массу Земли за единицу (m).
| Т | а | е | π | φ | |
m | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Меркурий | 88,0 | 0,387 | 0,206 | 75°,1 | 7°,0 | 46°,6 | 0,05 |
| Венера | 224,7 | 0,723 | 0,007 | 129,5 | 3,4 | 75,3 | 0,81 |
| Земля | 365,3 | 1,000 | 0,017 | 100,4 | 0,0 | — | 1,00 |
| Марс | 687,0 | 1,524 | 0,093 | 333,3 | 1,9 | 48,4 | 0,12 |
| Юпитер | 4332,6 | 5,203 | 0,048 | 11,9 | 1,3 | 98,9 | 309,6 |
| Сатурн | 10759,2 | 9,539 | 0,056 | 90,1 | 2,5 | 112,3 | 92,7 |
| Уран | 30688,4 | 19,183 | 0,046 | 170,6 | 0,8 | 73,2 | 14,7 |
| Нептун | 60181,1 | 30,054 | 0,009 | 46,2 | 1,8 | 130,1 | 16,5 |
О видимом движении планет, о делении их на группы теллурическую и урановую см. Планеты. Описание отдельных планет — см. соответствующие статьи. Обыкновенно положения всех орбит относят к эклиптике — орбите Земли. Правильнее относить их к так наз. неизменяемой плоскости. Вследствие взаимных возмущений все орбиты меняют свое положение в пространстве, но существует легко определяемая плоскость (перпендикулярная к главному моменту количеств движения), которая остается всегда неподвижной. Ее положение относительно нынешней эклиптики: наклонность 1°.9; долгота восходящего узла 106°.2. Вновь открываемые малые планеты и кометы не могут, вследствие ничтожности их масс, чувствительно изменить эти числа. С. система движется вся целиком вместе с Солнцем в пространстве (неизменяемая плоскость остается параллельной самой себе). Движение это (см. Солнце) направлено почти перпендикулярно к неизменяемой плоскости. Быть может, здесь нужно искать объяснения подмеченных различий в строении северного и южного полушарий Солнца, полос и пятен обоих полушарий Юпитера. Во всяком случае, это движение регулирует возможные встречи С. системы с веществом, рассеянным в том или другом виде в междузвездном пространстве. Действительное движение планет в пространстве происходит по вытянутым винтовым линиям (так, «ход» винта орбиты Юпитера в 12 раз больше ее радиуса). Расстояния планет до Солнца почти, пропорциональны ряду чисел 4, 7, 10, 16, 28, 52…, которые (начиная со второго) получаются из формулы 4+3×2n−2, где n номер планеты от Солнца. Этот эмпирический закон дан был еще Титиусом (подробнее см. Астероиды). Рош в своей космогонической гипотезе (см. Системы мира) указал, что если последовательные кольца выделялись из первичной туманности через равные промежутки времени, то планеты должны были расположиться именно по закону Титиуса. Об орбитах малых планет, см. Астероиды. Пробелы, указанные еще Киркуудом в их распределении, вполне сохранились при новых открытиях малых планет. Приведенное выше число (463) относится к сентябрю 1900 г. Каждый год находят 10—20 новых малых планет. Им приписывается номер, только когда планета уже достаточно наблюдена, чтобы определить ее орбиту. Требуется громадный вычислительный труд, чтобы следить за всеми малыми планетами. Не только многие из последних, но даже некоторые из прежних малых планет должны считаться вновь потерянными. Осенью 1898 года Витт в Берлине открыл малую планету № 433 Eros, которая заставила несколько изменить прежние взгляды на положение этих планет в С. системе. Орбита Эроса (при значительных эксцентриситете и наклонности) большей частью лежит по сю сторону орбиты Марса. При наименьшем расстоянии до Земли, Эрос может достигать яркости звезды 6-й величины. Подробнее — см. Эрос. Там же см. список вновь открытых малых планет. Об орбитах спутников, их особенностях движения — см. Спутники. Изменения орбиты кометы Лекселя (см. Кометы, там же общие сведения об их орбитах) послужили толчком к созданию теории «пленения» кометы планетами. Если комета подлетает близко к планете, эта последняя становится для кометы временно главным центром притяжения; орбита кометы претерпевает громадные изменения — из эллипса может получиться парабола, или наоборот. Планета может ввести комету во внутреннюю часть С. системы или выбросить ее вон. Теория пленения, высказанная Лапласом, получила большое значение после работ Тиссерана и Калландро. Тиссеран указал, что некоторое соотношение элементов орбиты остается неизменным при всех возмущениях. Этот инвариант, или, как его называют, критериум, Тиссерана и служит для суждения о том, составляют ли две кометы последовательные появления одного и того же светила или нет (см. также Тяготение). С этим связана попытка открыть новую планету за Нептуном. Юпитеру обязан существованием целый ряд периодических комет. Меньшее число введено в С. систему Сатурном, Ураном. Существует, наконец, группа комет, афелии которых лежат на двойном расстоянии Нептуна до Солнца. Форбс видел в этом доказательство существования там транснептуниальной планеты. Были попытки (Тодд) найти такую планету и на основании возмущений, которые она будто бы производит в движении Урана и Нептуна. Во всяком случае, если таковая планета и существует, она не превышает по яркости звезды 12—13 величины. — Усердно искали планету и внутри орбиты Меркурия. Леверрье указал невязку в движении этой планеты (см. Перигелий, Тяготение), которая объяснилась бы при существовании интрамеркуриальной планеты. Такую планету хотели видеть в черных пятнышках, пролетавших через диск Солнца по уверению некоторых астрономов-любителей. Но все такие наблюдения более чем сомнительны, а исследования окрестностей Солнца при его затмениях дали отрицательный результат. Теперь может считаться доказанным, что внутри орбиты Меркурия нет никакой планеты сколько-нибудь значительных размеров. — Комета Энке дала повод формулировать гипотезу междупланетной среды, оказывающей сопротивление движению. Именно, последовательные появления кометы указывали на постепенное сокращение ее орбиты. Однако, позднейшие вычисления не подтвердили этой гипотезы. Скорее можно предположить, что комета встречает где-то в пространстве поток метеоров, который и отнимает у нее часть скорости (см. Среда междупланетная). Об устойчивости С. системы — см. Тяготение. — Вопрос о жизни на планетных мирах не входит в состав астрономии. Можно только рассматривать планеты с точки зрения их обитаемости для земных существ. Юпитер и Сатурн несомненно, а Нептун и Уран весьма вероятно, представляют собой раскаленные, полужидкие тела; Марс и Меркурий по физическому устройству близко напоминают Луну; во всяком случае, в их мало развитых атмосферах нет свободных кислорода и азота. На поверхности этих планет нет значительных скоплений воды. Наконец Венера, по-видимому, покрыта неизменно густым слоем облаков, и об условиях ее поверхности судить невозможно.
Исторический ход идей об устройстве С. системы. Жители Месопотамии, усердно наблюдая планеты и Луну, не заботились ни о каких геометрических толкованиях и системах мира. Они выводили лишь возможно точно длины различных периодов, относящихся к движению планет. Меньше интересовались планетами древние египтяне. Совершенно случайно названа египетской одна из геометрических систем (см. ниже). Выработка геоцентрической планетной системы всецело принадлежит греческим астрономам. Однако, греки вообще, предаваясь теоретизированию, «наблюдали мало; они как будто боялись встретить в природе опровержение своих готовых уже идей». Пифагор учил, что Земля — шар, свободно и совершенно неподвижно висящий в центре вселенной. Понятие о шарообразности Земли составляет истинное начало астрономии как науки; но в то же время, как ни возвышалось это учение над концепциями других философов того времени, представлявших себе Землю то в виде куба, то стола на двенадцати ножках и т. д., оно было еще чисто умозрительное, не основано на наблюдении небесных явлений. Планеты Пифагор разместил на окружающих Землю концентрических сферах. Все сферы вращаются вокруг общей оси и переносят прикрепленные к ним планеты. Для длины радиусов сфер Пифагор подобрал такие отношения, чтобы при движении они производили благозвучный аккорд, который мы не замечаем лишь потому, что он звучит непрестанно. Эта примитивная система не давала объяснения особенностям планетных движений. Ученики Пифагора видоизменили его взгляды. Филолай ввел идею о центральном огне, свет которого нам отражает Солнце; об антихтоне (противоземлии), расположенном по ту сторону от нас за центральным огнем. Последующие пифагорейцы соединили Землю и антихтон в один шар, заключающий в себе центральный огонь. Нигде здесь нет мысли о Солнце, как центре системы, и мнение, по которому Пифагор и его ученики считались предшественниками Коперника, было лишь следствием недоразумения. У пифагорейцев зародилась несчастная мысль, изуродовавшая надолго астрономию. Они решили, что все в природе должно двигаться равномерно по кругу; линия эта совершенна, божественна, и единственно пристойна для пути небесных светил. Равномерное круговое движение легло в основание всех последующих систем. В течение двадцати веков главной заботой астрономов было, во чтобы то ни стало, вогнать истинное движение планет в рамки кругового, показать как может получиться видимое движение из совокупности нескольких круговых и равномерных. Только гений Кеплера уничтожил этот многовековой предрассудок. — Воззрения Платона менялись. Во всяком случае, в позднейших диалогах он является сторонником учения о шарообразности Земли, объясняет ее вращением суточное движение небесного свода и даже намекает, что Земля, быть может, движется в пространстве. Один из его последователей, Гераклид Понтийский, уверенно говорит о вращении Земли около оси, и кроме того, считает, что Венера и Меркурий обращаются около Солнца, и только вместе с этим последним вокруг Земли. Эта система и была, на основании неверно понятой фразы у Макробия, названа Египетской. Она весьма просто объясняет тот факт, что Венера и Меркурий никогда не видны в стороне неба, противоположной Солнцу. — Действительным предшественником Коперника был Аристарх Самосский. До нас (кроме небольшого отрывка) не дошли его сочинения; неизвестно, как он пришел к своим выводам. По прямому свидетельству его современника Архимеда, Аристарх учил, что Солнце, как и звезды, неподвижно в пространстве, что Земля движется вокруг Солнца по наклонному кругу, что она вращается в то же время вокруг своей оси, что сфера неподвижных звезд бесконечно удалена от нас («эта сфера так относится к кругу — орбите Земли, как окружность какого-либо круга относится к своему центру»). Подобное же учение развивал Селевк Халдей, а также «какой-то» современник Александра Македонского. — Геометрическая возможность объяснить движение планет гелиоцентрической системой (т. е., помещая Солнце в центре) несомненно сознавалась позднейшими греческими астрономами. Точно так же известно уже было построение, которое теперь носит название системы Тихо Браге (см. ниже) и представляет собой в известном смысле слияние геоцентрической и гелиоцентрической систем. И все-таки геоцентрические системы одержали надолго верх, а на гелиоцентрическую стали смотреть как на заблуждение, затем как на ересь. При выборе системы, несомненно, повлияла астрология, которая иначе теряла всякий смысл. Затем, и это важнее всего, приверженцы геоцентрической системы успели выработать плодотворные, хотя и сложные, геометрические построения, объяснявшие достаточно хорошо для того времени все особенности движения планет. Ко времени расцвета александрийской школы наблюдения уже накопились, достигли значительной точности, настала нужда так или иначе их истолковать, а сферы Эвдокса и еще лучше система эксцентриков и эпициклов составляли готовые «теории». Греческие астрономы вполне удовлетворились этой геометрией видимого небесного свода, они имели теперь возможность предсказывать положение светила на небе, а к вопросу об истинном строении вселенной они всегда относились довольно равнодушно. Эвдокс объясняет движение каждой планеты отдельной системой сфер. Первая сфера вращается равномерно на оси, упирающейся концами в другую сферу; эта вращается вокруг своей оси, наклоненной к оси первой сферы, и таким образом переносит при своем вращении и первую сферу, и т. д. Светило находится на экваторе последней сферы и претерпевает составное движение всех сфер. Эвдоксу потребовались по 4 сферы на каждую планету и по три на Солнце и Луну. В противоположность Пифагору, Эвдокс определенно считал свои сферы, их оси геометрической фикцией; лишь впоследствии, — начиная с Аристотеля, — эти сферы были материализованы, физическое толкование заступило место чисто геометрического, получилось странное учение о хрустальных, прозрачных сферах, вложенных одна в другую. Первая сфера для каждого светила объясняет суточное его передвижение по небесному своду; вторая — движение его вдоль эклиптики; третья сфера для Луны поясняет ее движение по широте (по аналогии подобное движение приписывалось Солнцу). Третья и четвертая сферы для планет поясняли их стояния и обратные движения. Затем понадобились еще сферы для движения узлов лунной орбиты, для прецессии и т. д. Каллипп и другие нашли нужным довести число сфер до 34. Эта система продержалась недолго — сферы Эвдокса должны были уступить место более гибкой системе эпициклов Птолемея. Во всяком случае, Эвдокс первый разделил неравенства движения планет, имеющие периодом сидерический оборот (т. е. зависящие в действительности от эллиптичности орбит), и неравенства с периодом, равным синодическому обороту (фиктивные, вызванные лишь движением самой Земли). Значительный шаг вперед представляет теория, или таблицы Солнца, построенные Гиппархом. Из своих наблюдений он убедился, что времена года не имеют равной длины, т. е. видимое движение Солнца по эклиптике неравномерно. Гиппарх допустил, что Земля находится не в центре орбиты Солнца, а немного отстоит от него. Тогда равномерное движение Солнца по этому эксцентрику будет казаться неравномерным с Земли. Для теории Луны эксцентрик оказался недостаточен, Гиппарх прибавил еще так наз. эпицикл. Аполлоний Пергейский первый предложил для объяснения видимого неравномерного движения следующий прием: светило движется равномерно по кругу (эпициклу), а центр этого круга сам перемещается в ту же сторону и равномерно по другому неподвижному кругу (деференту) около Земли. Тогда видимое движение планеты с Земли будет то ускорено (равно сумме обоих движений), то замедлено (равно их разности). Гиппарх сравнительно мало занимался теорией планет; эти теории предъявляют еще большие трудности, чем Луна. Они закончены были Птолемеем, изложены в его «Альмагесте». Земля, по системе Птолемея, не совпадает с центром деферента планеты. Планеты движутся равномерно по эпициклу, но центр последнего движется уже неравномерно по деференту. Птолемей придумал особый круг — эквант, по величине равный деференту; центр этого экванта расположен по другую сторону от центра деферента, чем Земля, но на том же расстоянии. Фиктивная точка равномерно движется по экванту, а пересечение ее радиуса с деферентом каждый раз дает положение центра эпицикла на деференте. Таким образом, Птолемей надеялся, что принцип равномерного движения не нарушен; существует же точка — центр экванта, откуда оно кажется равномерным. Для нижних планет пришлось принять, что центры эпициклов пробегают деференты в год, т. е. с угловой скоростью Солнца, и все время следуя за ним; поэтому-то нижние планеты не могут значительно удалиться от Солнца. Наконец, Птолемей допустил для нижних планет, что центр деферента описывает еще небольшую окружность около центра экванта. Что касается верхних планет, то они сами движутся по эпициклу с угловой скоростью Солнца. Из этого уже ясна связь движения всех планет с видимым движением Солнца. Птолемей выводит отношения радиусов эпициклов и деферентов для различных планет. Как и следует быть, его числа равны отношениям радиусов действительных орбит Земли и планет около Солнца. Птолемей смотрел несомненно на свою теорию лишь как на формулу, под которую ему удалось подвести движение планет. Он не имел средств определить истинное расстояние планет до Земли; порядок, в котором размещены планеты (Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн), как он сам упоминает, основан только на длине оборотов. Это размещение даже не принадлежит Птолемею и отнюдь не составляет отличительного признака его системы. Метод эпициклов сохранялся весьма долго. Если более точные наблюдения обнаруживали невязку с теорией, нанизывались сейчас же новые круги. Получилась запутанная, громоздкая система. Коперник показал, насколько проще движение планет может быть объяснено при гелиоцентрической системе. Ни в каком случае нельзя считать, что Коперник только возобновил идеи Аристарха. Эти идеи о движении Земли в пространстве сохранялись лишь в отвлеченной, смутной форме, независимо от объяснения сложных движений светил. Коперник, поместив Землю в ряд остальных планет, должен был целиком переработать законченные теории, должен был считаться с довольно точными уже наблюдениями. Главная же заслуга Коперника состоит в том, что он видел в своей теории не геометрическое истолкование, а действительное строение вселенной и старался из наблюдений найти доказательства этому. Неравенства планет с периодом, равным их синодическому обороту, в теории Коперника пропадали. Деференты нижних планет и эпициклы верхних Коперник заменил одним «вспомогательным» кругом — орбитой Земли около Солнца. Он не сумел или не решился, однако, расстаться с принципом кругового движения и потому для объяснения остающихся неравенств (зависящих от эллиптичности орбиты) принужден был снова возвратиться к эпициклам и эксцентрическим кругам. Систему эпициклов пришлось оставить и для Луны, которая заняла настоящее свое место спутника планеты — Земли. Гипотеза Коперника была принята не сразу. Прямые доказательства движения Земли, какие мы имеем теперь (аберрация, годичный параллакс звезд) не существовали. Кажущееся отсутствие параллакса приводилось, как наилучшее доказательство против гипотезы Коперника. Сам он вполне правильно объяснял это громадностью расстояний звезд до Земли. Тихо Браге, не считая теорию Коперника доказанной, но сознавая ясно зависимость движений планет от видимого движения Солнца, предложил следующую систему: все планеты обращаются вокруг Солнца, а оно все-таки вокруг Земли — центра вселенной. Система эта является шагом назад и распространения не получила. Наблюдения же самого Тихо Браге послужили для окончательного утверждения гелиоцентрической системы в ее истинной форме законов Кеплера. Отбросив эпициклы, Кеплер после громадного труда и многочисленных проб убедился, что никакая круговая линия и никакое равномерное движение не могут удовлетворить наблюдениям. Принцип пифагорейцев был ниспровергнут. Кеплер допустил неравномерное движение по эллипсу. После новых попыток он нашел следующие законы движения планеты: 1) каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. 2) Скорость движения планеты неравномерна [она движется быстрее в перигелии, вблизи Солнца, и тише в афелии, вдали от него]; площади, описываемые радиусом-вектором (т. е. линией, соединяющей планету с Солнцем), растут равномерно (пропорционально времени). Эти два закона определяют движение каждой отдельной планеты. Третий закон, найденный позже Кеплером, соединяет планеты вместе в одну С. систему: 3) Квадраты времен обращений планет относятся между собой как кубы их расстояний до Солнца. Ньютон свел законы Кеплера к одному принципу — закону всемирного тяготения. О работах Кеплера и Ньютона см. Теоретическая астрономия, Тяготение.