Рис. 1. Вид участка лунной поверхности. Отчетливо заметны цирки или кратеры
С точки зрения космогонии интересны следующие особенности солнечной системы:
1. Все небесные тела солнечной системы — за исключением комет — имеют почти сферическую форму.[5] Согласно имеющимся данным, эти небесные тела не состоят из других химических элементов, отличных от тех, какие имеются у нас на Земле.
2. Центры различных планет остаются все время в неизменных плоскостях, проходящих через центр Солнца. Эти плоскости располагаются весьма близко друг к другу. В целях простоты изложения мы будем в дальнейшем предполагать, что все эти плоскости совпадают с плоскостью, в которой движется центр Земли и которая называется плоскостью эклиптики. Кривые, описываемые центрами планет в этой плоскости, представляют собой эллипсы] однако эти эллипсы очень мало вытянуты и, следовательно, очень мало отличаются от окружностей (исключение составляют эллиптические пути некоторых малых планет). Таким образом, если мы вырежем на доске вдоль ряда концентрических окружностей канавки, поместим в центр этих окружностей шарик, и пустим катиться по нашим канавкам шарики гораздо меньших размеров, то мы получим приблизительное представление о расположении планет в их движении вокруг Солнца. Если мы захотим оживить нашу модель с целью копировать настоящие движения планет, то обнаружится исключительно важный факт: необходимо заставить катиться все шарики, представляющие планеты, в одном и том же направлении вокруг центра. Действительно, все планеты обращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении.
3. Каждая планета вращается вокруг оси, проходящей через ее центр. Направления осей вращения планет в общем мало отличаются от направления перпендикуляра к плоскости эклиптики, и, кроме того, все планеты вращаются в одну и ту же сторону (два последних замечания не применимы к Урану). Например, Земля вращается вокруг оси, составляющей угол в 23° с перпендикуляром к плоскости эклиптики и делает полный оборот менее чем за одни солнечные сутки.
Рис. 2. План солнечной системы
Ось вращения Земли проходит через полюсы Земли; если бы наблюдатель, находящийся на северном полюсе, сам не участвовал бы во вращении Земли, то он бы заметил, что Земля поворачивается против часовой стрелки. Это направление собственного вращения, которое является общим почти для всех планет, называется прямым. Именно в прямом направлении обращаются вокруг Солнца планеты. (В нашей модели, описанной выше, следует предположить, что наблюдатель стоит на доске, а планеты и Земля расположены так, что северный полюс Земли виден над столом.) Направление, противоположное прямому, называется обратным; оно совпадает с направлением вращения стрелок часов.
Солнце также обладает собственным вращением в прямом направлении; его ось вращения составляет 5–6° с перпендикуляром к плоскости эклиптики.
4. Движение большинства спутников планет обладает теми же свойствами, которые перечислены выше. Другими словами, центры спутников перемещаются вокруг своих планет почти по окружностям, оставаясь в плоскостях, наклоненных довольно мало к плоскости эклиптики (за исключением спутников Урана). Направление обращения спутников также прямое. Спутники также обладают собственным вращением в прямом направлении. Однако у спутников далеких от Солнца планет мы встречаемся с существенными отклонениями от этих правил.
5. Близкие к Солнцу планеты имеют примерно ту же среднюю плотность, что и Земля. Более далекие планеты (начиная с Юпитера) имеют гораздо меньшую плотность, хотя по массе они гораздо больше Земли.
6. Каждая комета движется в плоскости, проходящем через центр Солнца, однако в отличие от планет плоскости движения комет располагаются как угодно по отношению к плоскости эклиптики.
Траектории комет, как правило, очень вытянуты; встречаются движения как в прямом, так и в обратном направлении. Сопоставляя эти факты со сделанным выше замечанием об отличии комет от планет в отношении физического строения, мы можем сразу предположить, что и условия происхождения комет были также иными.
7. Все небесные тела солнечной системы подчиняются в своем движении трем законам, открытым Кеплером и сведенным к единому принципу — закону всемирного тяготения — Ньютоном.[6]
Размеры солнечной системы
Прежде чем расстаться с солнечной системой, мы приведем некоторые числа, позволяющие составить представление о ее размерах.
Радиус Земли равен 6370 км. Расстояние Луны от Земли составляет 60 земных радиусов, т. е. около 380 000 км. Расстояние Земли от Солнца составляет 23 000 земных радиусов или 150 млн. км. Свет, пробегая 300 000 километров в секунду, затрачивает на путь от Солнца до Земли восемь минут. Поэтому говорят также, что Земля находится на расстоянии восьми световых минут от Солнца.[7]
Расстояние Плутона от Солнца, определяющее внешнюю границу планетной системы (на сегодняшнем уровне наших знаний), в 40 раз больше. Оно составляет примерно шесть миллиардов километров или несколько более пяти световых часов.
По сравнению с этими числами радиус Солнца, составляющий 700 000 км (109 земных радиусов), покажется весьма малым. Юпитер, следующее по своей величине тело солнечной системы, лишь в 11 раз больше, чем Земля.
Если мы захотим, возвращаясь к нашей модели, воспроизвести солнечную систему, сохраняя правильный масштаб расстояний и размеров, то при расстоянии Плутона до Солнца в 60 см Солнце должно представляться маленьким зернышком диаметром в 1/7 миллиметра. Земля же выглядела бы как микроскопическая пылинка размером в сто раз меньше, помещенная на расстоянии полутора сантиметров от Солнца. Глядя на эту модель, можно понять, насколько невелика плотность материи в солнечной системе, которая является, однако, одной из наиболее «занятых» областей вселенной.
II. Звезды
Звезды являются небесными телами, подобными нашему Солнцу, однако вследствие их очень большой удаленности от нас они даже в самые мощные телескопы кажутся светящимися точками. При наблюдениях невооруженным глазом можно видеть несколько тысяч звезд, и кажется, что они движутся по небесному своду в обратном направлении вокруг некоторой точки, близкой к Полярной звезде. Однако при этом звезды всегда сохраняют одни и те же положения относительно друг друга, образуя различные созвездия (Большая Медведица, Малая Медведица, созвездия Кассиопеи, Андромеды и т. д.), которые были известны с глубокой древности. Древние народы полагали, что звезды неподвижно прикреплены к хрустальной сфере, которая вращается вокруг оси, проходящей через Землю и Полярную звезду.
Мы знаем теперь, что эта знаменитая хрустальная сфера в действительности не существует и что движутся не звезды, а сама Земля, совершающая полный оборот вокруг своей оси за одни звездные сутки (несколько меньшие, чем обычные наши сутки).[8] Видимое движение звезд представляет собой, следовательно, оптическую иллюзию, обязанную вращению Земли в прямом направлении. В самом деле, всякий знает, что когда он из поезда видит, как соседний поезд движется, то (если он не смотрит на рельсы и не ощущает сотрясений) он не в состоянии решить, движется ли в самом деле этот чужой поезд, или же это движется его поезд в обратном направлении.
Число звезд и расстояния до них
С помощью современных мощных телескопов и фотографирования с большой выдержкой мы можем непосредственно наблюдать более миллиарда звезд. Их имеется, конечно, гораздо больше, и можно вычислить, что Млечный путь, эта светлая полоса, пересекающая все ночное небо, состоит примерно из 100 миллиардов звезд.
В некоторых случаях можно определить довольно точно расстояния звезд от Земли. Эти расстояния для различных звезд весьма отличаются друг от друга, но все они чрезвычайно велики. Самая близкая к нам звезда находится на расстоянии, равном примерно четырем световым годам или 40 триллионам километров. Если бы мы захотели изобразить эту звезду на доске с нашей моделью солнечной системы, то надо было бы поместить эту звезду (при сохранении того же масштаба) на расстоянии около четырех километров от центра. Таким образом, наша планетная система действительно является одной из наиболее «занятых» областей вселенной.
Мы говорили выше, что положения звезд относительно друг друга неизменны. Однако в действительности это совсем не так. Было обнаружено, что звезды слегка перемещаются по отношению друг к другу, хотя в силу большой удаленности звезд их видимые перемещения происходят очень медленно. Были вычислены скорости звезд по отношению к солнечной системе, предполагаемой неподвижной. Полученные для скоростей значения составляют около нескольких десятков километров в секунду (скорость Земли в ее движении вокруг Солнца равна 30 км/сек, т. е. примерно 10 000 км/час). Детальное изучение движений звезд показывает, что звезды движутся не как попало и что их скорости по отношению к Солнцу распределяются не случайным образом.
