КАК УСТРОЕНА СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА

          Солнечная система — это спаянная силами взаимного притяжения система небесных тел. В нее входят: центральное тело — Солнце, 9 больших планет с их спутниками (которых сейчас известно уже больше 60), несколько тысяч малых планет, или астероидов (открыто свыше 5 тыс., в действительности их гораздо больше), несколько сот наблюдавшихся комет и бесчисленное множество метеорных тел.

          Большие планеты подразделяются на две основные группы: планеты земной группы — Меркурий, Венера, Земля и Марс — и планеты юпитерианской группы, или планеты-гиганты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. В этой классификации нет места Плутону: и по размерам, и по свойствам он ближе к ледяным спутникам планет-гигантов.

          Различие планет по физическим свойствам обусловлено тем, что земная группа формировалась ближе к Солнцу, а планеты-гиганты — на очень холодной периферии Солнечной системы. Планеты земной группы сравнительно малы и имеют большую плотность. Основными их составляющими являются силикаты (соединения кремния) и железо. У планет-гигантов нет твердой поверхности. За исключением небольших ядер, они образованы преимущественно из водорода и гелия и пребывают в газожидком состоянии. Атмосферы этих планет, постепенно уплотняясь, плавно переходят в жидкую мантию.

          Основная доля общей массы Солнечной системы (99,87%) приходится на Солнце. Поэтому солнечное тяготение управляет движением почти всех остальных тел системы: планет, комет, астероидов, метеорных тел. Только спутники обращаются вокруг своих планет, притяжение которых из-за их близости оказывается сильнее солнечного.

          Все планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении. Это движение именуется прямым.

          Орбиты планет по форме близки к круговым, а плоскости орбит — к основной плоскости Солнечной системы, так называемой неизменной плоскости Лапласа. Но чем меньше масса, тем сильнее планета нарушает это правило, что видно на примере Меркурия и Плутона. В астрономии принято измерять углы наклона планетных орбит к плоскости эклиптики (т. е. к плоскости орбиты Земли).

          Величиной, выражающей отклонение формы орбиты от круговой, является эксцентриситет — отношение расстояния между фокусами эллипса к длине его большой оси. Эксцентриситет окружности равен нулю, эксцентриситеты эллипсов больше нуля, но меньше единицы, эксцентриситет параболы считается равным единице.

          Расстояния планет от Солнца возрастают приблизительно в геометрической прогрессии (правило Тициуса — Боде):

г = 0,4+0,3-2 (а. е.),

          где n = 0 для Венеры, 1 для Земли, 2 для Марса, 4 для Юпитера и т. д. (n = 3 соответствует положению пояса астероидов). Однако Меркурий, Нептун и Плутон не вписываются в данную последовательность.

          Почти все планеты вращаются вокруг оси также в прямом направлении. Исключение составляют Венера и Уран (последний к тому же вращается как бы лежа на боку — его ось располагается почти в плоскости орбиты).

          Большинство спутников движутся вокруг своих планет в ту же сторону, в какую вращаются планеты (эти спутники называются регулярными), а их орбиты лежат вблизи экваториальных плоскостей планет. Обратное движение имеют четыре внешних (находящихся на удаленных орбитах) спутника Юпитера — Ананке, Карме, Пасифе и Синопе, внешний спутник Сатурна Феба и спутник Нептуна Тритон. Десять спутников Урана, хотя и являются регулярными, формально считаются обратными, ибо таково вращение самой планеты. Плоскость орбиты Луны близка к плоскости орбиты Земли, а не ее экватора. Спутники Юпитера Леда, Гималия, Лиситея, Элара и спутник Сатурна Япет движутся под значительными углами к экваториальным плоскостям планет — от 14 до 29°.

          По мере перехода к телам все меньшей массы эксцентриситеты и наклоны орбит возрастают. У астероидов эксцентриситеты достигают значений 0,3—0,5 (у некоторых и больше), а наклоны могут доходить до 30°. Все известные астероиды имеют прямое движение. У комет встречаются любые эксцентриситеты и наклоны орбит, причем движение некоторых комет является обратным.

          Солнечная система вращается, а вращательное движение характеризуется величиной, называемой моментом, количества движения. Распределение его среди тел Солнечной системы таково, что нуждается в специальном объяснении.

          Если вокруг оси на расстоянии г от нее вращается тело, размеры которого существенно меньше г, то момент количества движения этого тела равен mvr (где m — масса, v — ско­рость). Если же речь идет о вращении сравнительно крупного тела, нужно мысленно разбить его на такие небольшие части, вычислить эту величину для каждой из них и результаты сложить. Момент количества движения системы тел равен сумме моментов тел, ее составляющих.

          Непреложный закон механики утверждает, что изменение момента количества движения системы может произойти только за счет внешних воздействий — и никогда за счет взаимодействия элементов системы между собой.

          Солнечная система образовалась из вращавшегося газопылевого облака. Его сжатие породило центральное сгущение, которое потом превратилось в Солнце. Частицы, вошедшие в состав Солнца, несли с собой свой момент количества движения. И поскольку они двигались по направлению к оси вращения (т. е. расстояние умень­шалось), то скорость обязана была возрастать — для сохранения момента. Протосолнце,  а затем и Солнце должно было вращаться все быстрее и быстрее. Хорошая иллюстрация такого процесса — выполняющий вращение фигурист: чтобы ускорить вращение, он прижимает руки к корпусу.

          Как уже было сказано, на долю Солнца приходится более 99% массы всей Солнечной системы. И при этом Солнце ныне обладает менее чем 2% от общего момента количества движения. Не одно десятилетие бьются астрономы над вопросом: почему Солнце вращается так медленно? Каким образом момент количества движения мог быть передан из внутренних областей Солнечной системы во внешние?

          Один из механизмов такой передачи известен: приливное трение, тормозящее вращение тела. Однако приливное воздействие планет на Солнце ничтожно и не может быть причиной наблюдаемого эффекта.

          Другой приводящий к торможению фактор — магнитное поле (см. статью «Межзвездные магнитные поля»). Принципиальных возражений подобное объяснение не вызывает, но конкретное решение проблемы применительно к Солнечной системе связано со многими неопределенностями и не является общепризнанным.

          Проблема распределения момента количества движения сравнительно просто решается в космогонической гипотезе английского астронома Джеймса Джинса. Он предположил, что некогда вблизи Солнца прошла звезда, и ее притяжение вызвало выброс солнечного вещества, из которого в дальнейшем образовались планеты (см. статью «Джеймс Хопвуд Джине»), Однако сейчас эта идея никем из специалистов не поддерживается.

          Обладает ли Солнечная система устойчивостью? Устойчивая система характеризуется тем, что возникающие в ней случайные отклонения (возмущения) не приводят к прогрессирующим изменениям, способным, в конце концов, ее разрушить, а как бы автоматически гасятся самой систе­мой, возвращающейся к первоначальному состоянию. Например, можно добиться равновесия маленького шарика на вершине большого шара. Но стоит слегка толкнуть шарик — и он скатится вниз: система неустойчива. Если тот же шарик положить на дно полусферической чаши и отклонить, он вернется в первоначальное положение: система устойчива.

          Возмущающим фактором для планет Солнечной системы является их гравитационное влияние друг на друга. Оно несколько изменяет орбиту по сравнению с той, по которой каждая планета двигалась бы под действием тяготения одного только Солнца. Вопрос в том, могут ли эти возмущения накапливаться вплоть до падения планеты на Солнце либо удаления ее за пределы Солнечной системы, или они имеют периодический характер, и параметры орбиты будут всего лишь колебаться вокруг некоторых средних значений.

          Результаты теоретических и расчетных работ, выполненных астрономами более чем за 200 последних лет, говорят в пользу второго предположения. Об этом же свидетельствуют данные геологии, палеонтологии и других наук о Земле: уже 4,5 млрд лет расстояние нашей планеты от Солнца практически не меняется. И в будущем ни падение на Солнце, ни уход из Солнечной системы Земле не угрожают.

ИМЕНА СПУТНИКОВ

          В 1610 г. Галилео Галилей, наблюдая в телескоп за перемещением четырех звездочек возле Юпитера, установил, что они обращаются вокруг планеты как центрального тела. Он назвал открытые им «звездочки» Медичейскими светилами в честь своего покровителя — Козимо и Медичи, великого герцога Тосканского. Однако как различить четырех компаньонов Юпитера между собой? Их пытались именовать по аналогии с планетами, обращающимися вокруг Солнца: Меркурий Юпитера, Венера Юпитера, Марс Юпитера и Юпитер Юпитера. Сам Галилей их просто нумеровал в соответствии с увеличением расстояния от планеты — I, II, III и IV.

          Принятый в науке термин «спутник» предложил в 1618 г. Иоганн Кеплер. Другой немецкий астроном, Симон Марий, оспаривавший у Галилея приоритет открытия спутников Юпитера, назвал их в свою очередь в честь собственного патрона, герцога Бранденбургского, Бранденбургскими светилами. В опубликованной им в 1614 г. книге «Мир Юпитера» Марий упомянул также об идее Кеплера дать каждому спутнику индивидуальное наименование: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто.

          Эти имена, почерпнутые из греческой мифологии, имеют прямое отношение к Юпитеру. Верховный владыка небес влюблялся в царевен Ио и Европу и в аркадскую нимфу Каллисто. Сказание о созвездии Большой Медведицы повествует о том, что Зевс-Юпитер, спасая Каллисто от мести своей ревнивой супруги Геры, превратил возлюбленную в медведицу и поместил на небо. За свою красоту был взят на священный Олимп царевич Ганимед и сделался там виночерпием у богов.

          Книга Мария привлекла к себе внимание далеко не сразу. Спутникам продолжали присваивать порядковые номера. Однако в 1 789 г. Уильям Гершель, опробуя вновь построенный 40-футовый телескоп, открыл шестой и седьмой спутники Сатурна, которые оказались ближе к планете, чем пять уже известных. Это обстоятельство завело в тупик принятую систему их обозначения: нелепо, если номера VI и VII будут находиться ближе к планете, чем I, II, III, IV и V. Если же каждый раз после открытия новых спутников менять всю нумерацию, получится невообразимая путаница!

          Вопрос разрешился в 1847 г.: Джон Гершель (сын Уильяма Гершеля) дал спутникам Сатурна имена братьев и сестер этого бога: Мимас, Эниелад, Фетида, Лиона, Рея, Титан. Поэтому, когда в 1848 г. у Сатурна был обнаружен очередной спутник, он в продолжение традиции получил имя Гиперион.

          Тогда же (спустя почти два с половиной столетия!) вспомнили о принципе, предложенном Кеплером и описанном в труде Симона Мария: называть спутники Юпитера в честь мифологических персонажей, связанных с Зевсом-Юпитером. Традиция была закреплена Номенклатурной комиссией Международного астрономического союза, в середине 70-х гг. XX в. утвердившей следующие наименования восьми внешних спутников Юпитера: Гималия, Элара, Пасифе, Синопе, Лиситея, Карме, Ананке, Леда. Окончание «е» в названии спутника означает, что он движется по орбите в обратном по отношению ко всем другим спутникам направлении. Право присвоения имени спутнику принадлежит его первооткрывателю при условии соблюдения обшей традиции.

ПЕРВОЕ ОПИСАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

          Поскольку ничто не препятствует подвижности Земли, то я полагаю, что нужно рассмотреть, не может ли она иметь несколько движений, так чтобы ее можно было считать одной из планет. Хотя все это и очень трудно и даже почти невозможно помыслить, однако, вопреки мнению многих, если Бог позволит, мы сделаем это яснее Солнца для людей, по крайней мере не невежд в математическом искусстве.

          Первой и наивысшей из всех является сфера неподвижных звезд, содержащая самое себя и все, и потому неподвижная. Она служит местом Вселенной, к которой относятся движения и положения всех остальных светил. Далее следует первая из планет — Сатурн, завершающая свое обращение в 30 лет, после него — Юпитер, движущийся 12-летним обращением, затем — Марс, который делает круг в 2 года. Четвертое по порядку место занимает планета с годовым обращением, в этом пространстве содер­жится Земля с лунной орбитой, как бы эпициклом. На пятом месте стоит Венера, возвращающаяся на 9-й месяц. Наконец, шестое место занимает Меркурий, делающий круг в 80 дней.

          В середине всего находится Солнце. Действительно, в таком великолепном храме кто мог бы поместить этот светильник в другом и лучшем месте, как не в том, откуда он может одновременно все освещать. Ведь не напрасно некоторые называют Солнце светильником мира, другие — умом его, а третьи — правителем. Гермес Трисмегист (легендарный основатель оккультных наук, считается автором трактатов по магии, астрологии, алхимии. — Прим, ред.) называет его видимым божеством, а Софоклова Электра — всевидящим. Конечно, именно так Солнце, как бы восседая на царском троне, правит обходящей вокруг него семьей светил. Так же и Земля не лишается обслуживания Луной, но, как говорит Аристотель, Луна имеет наибольшее сродство с Землей. В то же время Земля зачинает от Солнца и плодоносит каждый год.

          Таким образом, в этом расположении мы находим удивительную соразмерность мира и определенную гармоническую связь между движением и величиной орбит, которую иным способом нельзя обнаружить. Теперь, в свете новых знаний, человеку неленивому в своих созерцаниях и размышлениях следует объяснить себе, по какой причине петли попятного движения у Юпитера представляются большими, чем у Сатурна, но меньшими, чем у Марса, а также почему Сатурн, Юпитер и Марс в противостоянии (когда они видимы в течение всей ночи) оказываются ближе к Земле, чем в то время, когда они видны вблизи Солнца. Ведь когда Марс, например, делается видимым в течение всей ночи, он по величине блеска представляется равным Юпитеру (отличаясь от него только красноватым цветом), в другое же время он едва находится среди звезд 2-й величины и распознается только в результате тщательного наблюдения следящих за ним. Все это происходит по одной причине, которая заключается в движении Земли среди планет.

          А то, что никаких подобных изменений (вследствие движения Земли) не замечается у неподвижных звезд, только доказывает неизмеримую их высоту, которая заставляет исчезать из вида даже орбиту Земли или ее отображение. Мерцающий свет звезд доказывает, что между наивысшей из планет Сатурном и сферой неподвижных звезд находится еще очень большой промежуток. Мерцанием они больше всего отличаются от планет, так как необходимо, чтобы наибольшее различие было между движимым и недвижимым. Так велико это божественное творение Всеблагого и Всевышнего.