В ближайшие дни состоится довольно редкое событие — великое противостояние Марса. Примерно каждые два года и два месяца ближайшая внешняя планета проходит вблизи продолжения условной прямой, проходящей через Солнце и Землю, и вполне логично оказывается от нас на достаточно близком расстоянии. Однако, поскольку форма марсианской орбиты заметно отличается от круговой, это расстояние каждый раз оказывается иным. Наименьшим оно бывает, когда противостояния происходят в интервале со второй половины июля до сентября — тогда Марс может подходить к нам менее чем на 0,4 астрономической единицы (примерно 60 млн км). Такие сближения происходят раз в 15-17 лет и называются великими противостояниями.
Сближения Марса с Землей в период с 2010 по 2022 гг. Источник: habr.com
В ходе предыдущего великого противостояния, имевшего место 28 августа 2003 г., Красная планета сблизилась с Землей до 0,3729 а.е. (55,79 млн км) — так близко она не подходила к нам на протяжении последних 63 тыс. лет. Этот рекорд будет побит сравнительно скоро (по астрономическим меркам) — в августе 2287 г. В текущем году собственно противостояние состоится 27 июля, а через трое суток произойдет наибольшее сближение с Марсом, когда расстояние до него составит 0,385 а.е. (57,6 млн км).
Марс сыграл важную роль в истории цивилизации. Он стал важным «персонажем» верований и мифологии древних народов. В честь него получил свое имя один из крупнейших городов планеты — Каир. У древних греков он имел название Арес и был одним из центральных персонажей пантеона, богом войны, сыном главного бога Зевса и богини Геры. В Спарте ему даже приносили в жертву людей. Астрономический символ планеты — копье и щит — тоже восходит к той эпохе. Римская мифология почитала Марс как важнейшее божество после Юпитера и защитника Рима.
Марс на ночном небе (яркая красная точка у горизонта), Источник: Alan Dyer/AmazingSky.co
Первые наблюдения Марса были выполнены еще древнеегипетским учеными в 1534 до н.э. Ими же было замечено ретроградное (попятное) движение планеты и рассчитана его траектория вместе с точкой, где она меняет направление своего движения среди звезд. Вавилонские астрономы впервые произвели измерения положений Марса на ночном небе. Пользуясь данными египтян и вавилонян, древнегреческие философы и астрономы разработали подробную геоцентрическую модель мира, объяснявшую видимые «петлеобразные» траектории планет. Однако теории приемлемой точности создать не удавалось до тех пор, пока за дело не взялся великий Иоганн Кеплер (Johann Kepler), к тому времени окончательно отдавший свои предпочтения гелиоцентрической системе. Благодаря обработке самых точных на тот момент позиционных наблюдений Марса, выполненных его учителем Тихо Браге (Tycho Brahe), знаменитый немецкий астроном сформулировал три закона движения планет, ставшие позже основой небесной механики — в частности, он постулировал эллиптичность планетных орбит.
Качественно новый период в исследованиях Марса связан с совершенствованием телескопов, вклад в которое внес итальянский астроном и оптик Франческо Фонтана (Francesco Fontana). Свои астрономические наблюдения он начал в 1629 г. Весьма плодотворными для науки стали наблюдения Красной планеты, проведенные им в 1636-1639 гг. Благодаря высокому качеству своих инструментов ученому удалось заметить пятна на ее диске и, следя за их смещением, выдвинуть идею о ее вращении вокруг своей оси. На рисунках Фонтана Марс имеет шарообразную форму, но детали его поверхности астроном запечатлел неправильно.
Основной массив своих наблюдений Франческо Фонтана изложил в изданной им в 1646 г. книге Novae coelestium, terrestrium que rerum observationes — «Новые наблюдения земных и небесных вещей», ставшей первой иллюстрированной книгой в телескопическую эпоху. Эта книга, содержавшая минимум текста и множество рисунков, дала начало новому поколению астрономической литературы.
Значительный вклад в изучение планеты внес голландец Христиан Гюйгенс (Christiaan Huygens), который также увидел на ее диске пятна и темные линии. Он же определил, что период обращения Марса вокруг оси составляет около 24 часов.
Английский астроном Уильям Гершель (William Herschel) установил наличие на Марсе смены времен года. Он также сделал первую оценку его диаметра, равного, по его данным, 0,55 диаметра Земли. Гершель был уверен в существовании у планеты атмосферы, поскольку он наблюдал на марсианском диске меняющиеся пятна, считая их облаками.
После изобретения телескопа почти каждое великое противостояние Марса было отмечено каким-то связанным с ним научным открытием. Одним из самых знаменитых считается противостояние августа 1877 г., когда американский астроном Асаф Холл (Asaph Hall) открыл два марсианских спутника — Фобос и Деймос. Интересно, что догадки об их существовании высказывались и ранее: например, в опубликованных в 1727 г. «Путешествиях Гулливера» ирландский писатель Джонатан Свифт (Jonathan Swift) описал два маленьких спутника Марса. Аналогичное предсказание сделал в 1750 г. Вольтер в своем романе «Микромегас».
Снимок Марса, сделанный космическим телескопом Hubble во время великого противостояния 2003 г. Источник: NASA
Расстояние Фобоса и Деймоса от центра Марса равно соответственно 2,76 и 6,9 радиуса планеты (радиус орбиты Фобоса в 40 раз меньше среднего радиуса лунной орбиты), а их периоды обращения составляют 7 часов 39 минут и 30 часов 18 минут — это не так уж сильно отличается от значений, «предсказанных» Свифтом. Эти луны очень оригинально ведут себя с точки зрения наблюдателей, находящихся на поверхности планеты: Фобос за одни местные сутки успевает сделать три оборота вокруг Марса, восходя на западе и заходя на востоке, а Деймос, взойдя на востоке, находится над горизонтом около 65 часов, то есть более 2,5 марсианских суток. Орбиты обоих спутников очень близки к круговым и лежат в плоскости планетного экватора.
В то же противостояние 1877 г. итальянский астроном Джованни Скиапарелли заметил тонкие прямые линии на поверхности планеты, которые он назвал каналами. Американский астроном Персиваль Лоуэлл даже построил для этой цели целую обсерваторию и упорно отстаивал теорию, что на Марсе существует высокоразвитая цивилизация, которая борется с засухой, сооружая ирригационные системы. К середине XX века большие телескопы, а позже — межпланетные аппараты развеяли эти заблуждения.
Практические наблюдения
В эпохи противостояний (называемых также оппозициями) видимый диаметр Марса имеет наибольшее значение и может превышать 25 угловых секунд. В июле — августе нынешнего года обстоятельства для его наблюдений не настолько благоприятны, особенно в наших широтах. В день максимального сближения размер диска планеты составит 24,3 секунды, а ее видимый блеск достигнет -2,8m. Однако наблюдению будет мешать небольшая высота объекта над горизонтом: например, в Киеве она лишь слегка превысит 14° даже в момент верхней кульминации. Южные районы Украины в этом смысле имеют заметное преимущество.
Южная часть неба в конце июля около полуночи. Источник: Sky&Telescope 7/2018
Говоря о наблюдениях Марса с помощью любительских инструментов, нужно заметить, что для более-менее серьезных результатов необходим телескоп с диаметром объектива не меньше 8 см. Конечно, Гюйгенс сделал свои открытия с помощью всего лишь 5-сантиметрового рефрактора при увеличении около 50 крат, но в наше время любители могут рассчитывать на большее — им доступны апертуры порядка 15-20 см со значительно лучшим качеством оптики, позволяющим применять даже трехсоткратные увеличения (такие телескопы очень желательно устанавливать на монтировки с часовым ведением). Единственным «ограничителем» становится стабильность земной атмосферы, а также просто воздушные потоки, идущие от нагретой за день земной поверхности, поэтому для установки телескопа следует избегать асфальтированных и бетонных участков, и ни в коем случае не наблюдать из окна или с балкона дома.
Тот, кто впервые видит Марс в телескоп, часто поначалу оказывается разочарованным его крохотным диском (при 70-кратном увеличении он будет иметь примерно такой же размер, как Луна, видимая невооруженным глазом) с несколькими размытыми коричневатыми пятнами. По контрастности они напоминают лунные моря. Впрочем, через несколько минут глаз привыкнет и начнет улавливать все новые и новые детали поверхности. При 200-кратном увеличении в моменты сравнительно стабильной атмосферы их уже будет довольно много. К сожалению, иногда в эпохи прохождения Марсом перигелия там начинаются мощные пылевые бури, временами охватывающие всю планету. Мелкие пылевые частицы, поднятые мощными ветрами, не оседают на протяжении нескольких недель. Не стало исключением и нынешнее противостояние: глобальная буря бушует на Красной планете уже второй месяц. Над почти однородной светло-оранжевой пеленой проступают лишь верхушки высочайших марсианских вулканов (их можно увидеть только с помощью космического телескопа Hubble). Почти недоступна наблюдениям даже яркая южная полярная шапка, в настоящее время повернутая к Земле.
Изображение Марса, составленное по данным американского космического аппарата Mars Global Surveyor (основная часть снимков была сделана в 1999 г.). Источник: NASA
Любители астрономии имеют возможность также наблюдать марсианские облака и туманы. Облака имеют форму белых пятен, довольно резко отличающихся по цвету от поверхности. Они образуются вследствие сублимации льда полярных шапок в теплые сезоны. Поэтому их следует искать недалеко от полюсов. Туманы лучше заметны в области терминатора (линии, отделяющей неосвещенную сторону планеты от освещенной). Это так называемые утренние и вечерние туманы, иногда полностью окутывающие марсианский лимб. Они состоят из мелкой пыли, кристаллов водяного льда и твердого углекислого газа. Цвет и плотность тумана свидетельствуют о глобальных изменениях марсианской погоды, а также о наличии песчаных бурь на обратной стороне планеты.
Астрономы часто используют при наблюдениях Марса различные светофильтры, повышающие контрастность определенных деталей. Облака, находящихся на значительной высоте, целесообразно наблюдать с фиолетовым, на средних высотах — с синим, а на небольших — с зеленым или желтым фильтром. Собственно марсианскую поверхность лучше изучать с оранжевым или красным фильтром (они помогают рассмотреть более мелкие поверхностные детали, в том числе границы регионов песчаных бурь). Для изучения туманов используют синий и зеленый фильтры. В нормальных условиях атмосфера непрозрачна Марса в фиолетовой и ультрафиолетовой части спектра (на длинах волн от 425 до 455 нм). Но по неизвестным причинам в некоторые моменты именно эти фильтры демонстрируют наиболее интересные подробности.
Основные детали марсианской поверхности, видимые в достаточно мощные любительские инструменты. Источник: Sky & Telescope
Владельцы больших телескопов могут попытаться рассмотреть спутники Марса. Несмотря на то, что в противостояниях они имеют блеск чуть выше 12-й звездной величины, увидеть их непросто. Световой поток от планеты оказывается настолько интенсивным, что в ореоле вокруг нее безнадежно «тонут» все слабые объекты. Но если вы все-таки решили повторить подвиг Асафа Холла и найти марсианские луны (считается, что заметить Деймос чуть проще благодаря большему расстоянию от диска Марса), лучше воспользоваться хитростью — вывести яркую планету за пределы поля зрения. Для этого воспользуйтесь окуляром с небольшим углом обзора. Затем заранее определите время, когда спутники будут на максимальном удалении от центрального тела (в восточной или западной элонгации). Такую информацию можно получить с помощью электронных программ-планетариев. В нужное время направьте телескоп на Марс и осторожно «уведите» его из поля зрения, чтобы его яркий свет не мешал наблюдениям. После того, как вам удастся увидеть Фобос и Деймос, попробуйте вернуть планету в поле — может случиться так, что спутники после этого «не пропадут».
Удачных вам наблюдений Красной планеты!
