КАК УСТРОЕНА ВСЕЛЕННАЯ

ВСЕМИРНОЕ ТЯГОТЕНИЕ

На Земле мы не встречаем движений, похожих на дви­жение планет и их спутников. Поэтому даже после откры­тия Коперника ещё долгое время думали, что небесные тела движутся не по тем правилам или, как говорят, зако­нам механики, по которым происходят движения на Земле. Думали, что в небесном пространстве действуют какие-то особенные законы, которые, может быть, навсегда для людей останутся непонятными. Только в 1687 году Ньютон объяснил движения небесных тел и притом чрез­вычайно просто. Он показал, что небесные тела движутся по тем же правилам, по которым движутся предметы и на Земле.

Зададим себе такой вопрос: если где-нибудь в безвоз­душном мировом пространстве, далеко от Земли и от Солнца, выстрелить из пушки, то как полетит снаряд? Остановится ли он сразу? Очевидно, нет, так как ему не с чем столкнуться. Или, может быть, его движение будет постепенно замедляться и, наконец, он остановится, как останавливается шар, если его покатить по ровному полу? Но шар останавливается от трения об пол и от сопротив­ления воздуха. А если бы трения и сопротивления не было? Тогда шар не остановился бы совсем, он всё время катился бы с одинаковой скоростью или, как говорят, равномерно.

Очевидно, и снаряд в безвоздушном пространстве должен двигаться равномерно, не изменяя свсей скорости.

Прямо ли полетит наш снаряд или по кривой ли­нии? Если выстрелить на Земле или близко от неё, то снаряд, конечно, упадёт на Землю по кривой линии и скорость падения будет всё время увеличиваться. Отчего это происходит? Оттого, что Земля притягивает снаряд. Но если выстрел произведён в безвоздуш­ном пространстве, очень далеко от Земли и от дру­гих мировых тел, то летящий там снаряд почти не испы­тывает ни с какой стороны никакого притяжения; по­этому ни в какую сторону он не отклонится, будет всё время лететь по прямой с одной и той же скоростью.

Можно сказать, что планеты и представляют со­бой такие снаряды, летящие в безвоздушном простран­стве. Но почему же они летят не по прямой линии? Потому, ответил Ньютон, что есть сила, которая всё время отклоняет планету от её прямого пути. С помощью математических вычислений Ньютон доказал, что эта сила постоянно отклоняет или тянет планету по направле­нию к Солнцу, что это есть сила притяжения Солнца. В этом и состоит великое открытие Ньютона.

Не только Земля притягивает к себе предметы, но и все предметы, все тела Вселенной притягивают друг друга. Притяжение между телами тем сильнее, чем больше массы тел, то-есть чем больше и плотнее тела, и чем они ближе друг к другу. Все окружающие нас предметы, например, в комнате, притягиваются между собой, притягивают нас, и мы, в свою очередь, их притягиваем. Но мы всех этих притяжений не замечаем, так как вблизи нас находится тело с несравненно большей силой притяжения — это наша Земля, и её притяжение только и заметно. Сила этого притяжения и есть вес тела.

Сила притяжения действует во всём мире, и поэтому её называют всемирным притяжением, или всемирным тяготением. Созревшее яблоко па­дает с дерева вниз потому, что его притягивает Земля. Луна кружится около Земли, а не летит по прямой линии потому, что её удерживает притяжение Земли. Все пла­неты, в том числе и наша Земля, не улетают в беспре­дельное пространство потому, что Солнце своим притяже­нием отклоняет их от прямых путей и заставляет обра­щаться вокруг него.

Самая близкая к Солнцу планета называется Мер­курий. Она лишь немного больше Луны. Как видно из рисунка 6, орбита Меркурия значительно меньше земной

Орбиты, и летит он по ней быстрее Земли, так что полное обращение вокруг Солнца эта планета совершает меньше, чем за три месяца.

На Меркурии вряд ли есть жизнь. Наблюдая Мерку­рий в зрительные трубы, астрономы пришли к выводу, что на нём не бывает смены дня и ночи. Одно полушарие этой планеты всё время обращено к Солнцу; на нём вечный день и вечное лето. Другое полушарие, наоборот, никогда

Солнца не видит; на нём вечная ночь и вечная зима. Понятно, что на этом ночном полушарии растения и жи­вотные, подобные земным, жить не могут. Они не могут жить и на другом, дневном полушарии, так как оно почти раскалено лучами никогда не заходящего Солнца,— ведь Меркурий в два с половиной раза ближе к Солнцу, чем Земля. Кроме того, вокруг Меркурия, как и вокруг Луны, нет атмосферы, необходимой для дыхания живых существ.

Увидеть Меркурий очень трудно, так как он всегда стоит на небе близко к Солнцу. Надо заранее рассчитать, в какие дни он будет стоять на небе в положении, удобном для наблюдений, и тогда в течение 7—10 дней его можно легко найти в лучах вечерней или утренней зари, так как он очень ярок. Но этот расчёт можно сделать, конечно, только с помощью специальных книжек, например, астро­номического календаря. На тёмном ночном небе Меркурия мы никогда не видим.

За Меркурием следует планета Венера, всем изве­стная вечерняя и утренняя звезда. Венера ярче всех звёзд и планет. Вокруг Солнца Венера обращается в 772 меся­цев. Большую часть года она находится на небе близко к Солнцу, и поэтому наблюдать её трудно. Затем её можно в течение нескольких месяцев видеть сначала вечерней звездой на западе, потом утренней звездой на востоке. Хотя она отходит от Солнца значительно дальше, чем Меркурий, видеть её поздно ночью, например, около полуночи, случается очень редко. Венера светит так ярко, что её нетрудно увидеть даже днём, при полном солнеч­ном свете, только надо заранее знать место на небе, где она находится.

По своим размерам Венера почти одинакова с Зем­лёю. На Венере должно быть жарче, чем на Земле, но далеко не так жарко, как на Меркурии. Венера, как и Земля, окружена атмосферой. Атмосфера на Венере впер­вые была обнаружена великим русским учёным М. В. Ло­моносовым. Однако относительно жизни на этой планете пока нельзя сказать ничего определённого.

В зрительную трубу поверхность Венеры пред­ставляется очень светлой, совершенно ровной, белой, без всяких пятен. Очевидно, это не твёрдая поверхность самой планеты, а её газовая оболочка, атмосфера. Эта атмосфера постоянно наполнена какими-то непрозрач­ными массами, облаками или туманами, которые мешают нам рассмотреть поверхность Венеры. Поэтому о при­роде этой планеты до сих пор ничего не известно. Мы не здаем даже, ао сколько времени она вращается вокруг оси, то-есть сколько времени на ней продолжается день и ночь. Учёные недавно открыли, что в атмосфере Венеры содержится много углекислоты, но кислорода, без которого на Земле жизнь невозможна, на Венере до сих пор не обнаружено.

Третье место по порядку от Солнца занимает наша Земля с её спутником Луной. Дальше следует четвёр­тая планета — Марс, о котором мы знаем гораздо больше, чем о Венере. Марс в полтора раза дальше от Солнца, чем Земля, и летит он по своей орбите медленнее Земли. Поэтому его обращение вокруг Солнца, то-есть его «год», продолжается почти два наших года. Каждые два года Марс подходит к Земле на самое близкое рас­стояние, в среднем вдвое ближе Солнца. Во время таких приближений к нам Марс на несколько недель становится таким же ярким, как самые яркие звёзды неба, и бро­сается в глаза своим красным цветом.

Марс больше Меркурия, но меньше Земли; его диаметр меньше земного диаметра почти вдвое. В сильную зри­тельную трубу Марс представляется маленьким красно­вато-жёлтым кружочком, на котором заметны пятна (рис. 7), как на Луне. Пятна эти не меняют своего вида, но они всё время передвигаются по диску планеты. Это значит, что Марс вращается вокруг оси, как наша Земля. Время одного обращения вокруг оси (то-есть сутки Мар­са) оказалось длиннее, чем у Земли, только на 40 минут. Притом и ось вращения Марса направлена почти так же наклонно, как земная ось, так что на нём должна проис­ходить такая же смена времён года, как у нас; только каждое время года там продолжается почти вдвое дольше, чем на Земле, так как самый год Марса вдвое длиннее земного года.

В зрительные трубы видно, что, действительно, то в северном, то в южном полушарии Марса наступает то зима, то лето. В тех областях Марса, которые должны быть самыми холодными, заметны два белых пятна, одно против другого: одно вокруг северного полюса, другое вокруг южного. Пятна эти поочерёдно то увеличиваются, то уменьшаются. Например, когда в северном полушарии Марса зима, северное полярное пятно растёт, а южное,

Наоборот, уменьшается и, наконец, совсем исчезает; там в это время лето. Через некоторое время северное пятно начинает уменьшаться; значит, в северном полушарии на­ступила весна; в южном полушарии в это время осень, и полярное пятно там растёт. Эти интересные явления доказывают, что на Марсе есть вода. Белые пятна вокруг полюса — это снега и льды, а также скопления облаков.

Они нарастают осенью и тают весной. Если кто-нибудь смотрит с другой планеты на нашу Землю, он видит вокруг обоих её полюсов такие же белые шапки. Разница только в том, что на Земле эти шапки никогда не исчезают сов­сем, летом они только уменьшаются. Из этого можно заключить, что на Марсе воды, а следовательно, и льда, меньше, чем на Земле. Вот почему летом полярные шапки там совсем могут растаять, хотя на Марсе и холоднее, чем на Земле.

Тёмные пятна на поверхности Марса раньше считались морями. Но теперь мы знаем, что на Марсе нет ни морей, ни даже больших озёр. Красновато-жёлтая поверхность планеты — это выжженная Солнцем каменистая или пес­чаная пустыня, а тёмные пятна — более влажные места, может быть, покрытые растительностью.

В настоящее время, после исследований известного советского астронома Г. Л. Тихова, есть большие основа­ния считать, что на Марсе действительно есть раститель­ность, и даже судить о характере этой растительности.

Так как на Марсе есть вода, то там должна быть и атмосфера,— без неё вода сейчас же вся бы испарилась. И действительно, на Марсе атмосфера есть, но далеко не такая плотная, как на Земле. Кроме того, атмосфера там гораздо суше земной атмосферы; в ней гораздо меньше водяных паров. Это видно из того, что облака на Марсе появляются очень редко. Их можно заметить в зритель­ную трубу в виде маленьких белых пятнышек, которые плавают по поверхности планеты.

Учёным удалось открыть, что в атмосфере Марса есть кислород, но его там приблизительно в тысячу раз меньше, чем в нашей атмосфере. Вообще, атмосфера даже у самой поверхности Марса более разрежённая, чем на вершинах самых высоких гор на Земле.

Удалось приблизительно измерить и температуру на Марсе. Оказалось, что днём поверхность планеты нагре­вается солнечными лучами приблизительно до 10 граду­сов тепла; но когда на Марсе наступает ночь, то и зимой и летом температура очень быстро падает до 70 градусов холода. Такой холод на Земле редко бывает даже в по­лярных областях. Таким образом, климат на Марсе надо признать не подходящим для земных растений и живот­ных. Если там есть живые существа, то они должны сильно отличаться от обитателей Земли.

Вокруг Марса обращаются два спутника, две малень­кие «луны», каждая с диаметром не больше 10 — 20 кило­метров. Они очень близки к своей планете: ближайшая из них раз в 60 ближе к Марсу, чем Луна к Земле, и обра­щается вокруг планеты всего в 7!/2 часов. Несмотря на такую близость, Марс получает от своих маленьких спут­ников гораздо меньше света, чем мы от Луны.

В пространстве между орбитой Марса и орбитой сле­дующей планеты — Юпитера движется вокруг Солнца
множество малых планет — астероидов. Все они видны только в зрительную трубу, и открывать их стали только с начала XIX столетия. Малых планет открыто уже больше полутора тысяч, и каждый год открывают по несколько десятков новых. Большинство их имеет диа­метр всего лишь в не­сколько десятков кило­метров, но есть и не­сколько крупных, с диа­метром до 800 кило­метров.

Если бы все откры­тые до сих пор ма-

Лые планеты можно ^ис> ^ Юпитер и его 4 главных * спутника, как они видны в небольшую

Было слепить вместе, зрительную трубу.

То получился бы шар

По объёму приблизительно в десять раз меньше Луны.

За областью малых планет движется самая большая планета солнечной системы — Юпитер. Она больше всех остальных планет, вместе взятых. Если изобразить Солнце арбузом, а Землю зерном проса, то Юпитер будет крупной вишней, так как его диаметр в 11 раз больше диаметра Земли. После Венеры Юпитер — самая яркая из всех звёзд и планет. Он более, чем в пять раз дальше от Солнца, чем Земля, так что на нём должно быть очень холодно. При наблюдении Юпитера в зрительную трубу самое интересное — его спутники. Теперь их известно одиннадцать. Три из них больше Луны, а один немного меньше. Уже в самуй маленькую зрительную трубу возле Юпитера видны эти четыре звёздочки, которые постоянно меняют своё положение: прячутся за планету и потом появляются с другой её стороны (рис. 8).

Следующая планета — Сатурн — по размерам не­много меньше Юпитера, но так как она почти вдвое дальше, то никогда не кажется нам такой яркой, как Юпитер или Марс. Свой длинный путь вокруг Солнца Сатурн проходит почти в 30 лет. Планета эта — одна из самых интересных. Представим себе картонный круг с круглым отверстием посредине, другими словами — пло­ское кольцо; в середину отверстия кольца вставлен шар. Такой вид имеет Сатурн в зрительную трубу (рис. 9). Кольцо нигде не прикасается к шару планеты, а свободно висит вокруг него и всё время сопровождает планету в её

3

Как устроена Вселенная
полёте вокруг Солнца. В сильные трубы видно, что колец даже три, одно внутри другого.

Почему же эти кольца от притяжения Сатурна до сих пор не упали на него, не разорвались на куски? Наука ответила на этот вопрос. Никаких твёрдых сплошных колец вокруг Сатурна нет и не может быть. Кольцо Са­турна— это громадное скопление мельчайших спутников, может быть, даже песчинок или пылинок, которые обра­щаются вокруг планеты каждый по своему пути, как

Обыкновенные большие спутники. Это было доказано в 1895 году крупнейшим русским астрофизиком А. А. Бело - польским. Больших спутников, кроме кольца, у Сатурна открыто девять, но в трубу их рассмотреть гораздо труд­нее, чем спутников Юпитера.

Все шесть планет (считая в том числе и Землю), о ко­торых мы рассказали, известны людям с незапамятных времён. В 1781 году была открыта седьмая планета. Ей дали имя Уран. От Солнца она ещё вдвое дальше Са­турна и почти в двадцать раз дальше, чем Земля. Поэтому для невооружённого глаза она представляется едва за­метной звёздочкой, каких на небе тысячи, и наблюдать её можно только в зрительные трубы. Оказалось, что по диаметру Уран в четыре раза больше Земли. В сильные трубы видны пять спутников, обращающихся вокруг Урана. Одно обращение Урана вокруг Солнца продол­жается 84 года.

Восьмая планета, находящаяся за Ураном, была открыта совершенно необыкновенным способом. Учёные заранее рассчитали, на какое место неба надо направить зрительную трубу, чтобы увидеть планету, которой раньше никто не видел. Этот расчёт был сделан на основании того же великого закона тяготения, по которому рассчи­тывают заранее все движения небесных светил. Напомним, что по этому закону все тела притягивают друг друга.

Открытие это было сделано так. Когда, стали вычи­слять движение вновь открытой планеты Уран, то оказа­лось, что в действительности Уран движется не совсем так, как он должен двигаться по закону тяготения, как будто его всё время отклоняет какая-то сила. Учёные пред­положили, что далеко за Ураном должна находиться пла­нета, которой ещё не видели, и эта неизвестная планета своим притяжением производит отклонения в движении Урана.

С помощью математических вычислений было опреде­лено, в каком месте неба должна находиться эта невиди­мая простым глазом планета в сентябре 1846 года. И дей­ствительно, когда направили сильную зрительную трубу на указанный участок неба, то среди сотен уже известных звёзд этой области увидели ещё одну слабую звёздочку, которой раньше здесь не было. Это и была новая планета. Её назвали Нептун.

По своим размерам Нептун лишь немного меньше Урана. Он находится от Солнца в тридцать раз дальше, чем Земля, и на прохождение своей громадной орбиты затрачивает 165 лет. Таким образом, со времени от­крытия Нептун не сделал ещё и одного полного обра­щения вокруг Солнца. У него открыли пока одного спут­ника.

Все четыре далёкие планеты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — в некоторых отношениях очень сходны между собой и совсем не похожи на Землю. По своим орбитам они летят сравнительно медленно, тем медленнее, чем планета дальше от Солнца (как и должно быть по за­кону тяготения). Нептун, например, пролетает в секунду 57г километров, то-есть движется в пять раз медленнее Земли. Но вокруг своих осей они вращаются очень быстро, несмотря на свои громадные размеры. Например, на Юпитере и Сатурне сутки продолжаются всего лишь около 10 наших часов. На всех этих планетах есть атмосфера,
и притом очень густая, но совсем другого состава, чем наша земная атмосфера. В атмосферах этих планет совер­шенно незаметен кислород, но зато там в громадном количестве находятся ядовитые газы: аммиак и метан. Наконец, вследствие большого расстояния от Солнца, на этих планетах должно быть очень холодно, гораздо холод­нее, чем в наших полярных странах. С Нептуна, напри­мер, Солнце должно казаться по диаметру в 30 раз меньше, чем с Земли. Это уже не кружок, а точка; тепла и света даёт она очень мало.

Про девятую, самую далёкую планету Плутон можно пока сказать только, что она находится дальше

Нептуна и совершает одно об­ращение вокруг Солнца в 250 лет. Даже в самые сильные телескопы она видна просто маленькой светлой точкой, на которой ничего нельзя рассмо­треть.

Открыли эту планету только в 1930 году.

Очень может быть, что за Плутоном есть и ещё более да­лёкие планеты, и по мере соору­жения всё более сильных теле­скопов мы постепенно их от­кроем.