Тем не менее во всем этом есть и толика грусти: в какой‐то момент источник энергии Солнца истощится. Дозаправиться топливом в данном случае не получится. Ядерный реактор на Солнце выгорит, а вместе с ним конечно, если человечество столько протянет закончится и жизнь на Земле. Но это событие пока еще далеко. Современные прогнозы дают Солнцу от пяти до шести миллиардов лет, и у нас достаточно времени, чтобы создать побольше солнечных батарей!
Небесные божества: тайна планетных орбит
Как только мы покидаем Солнце и обращаем свой взор на планеты, движущиеся вокруг него, расстояния, о которых мы собираемся говорить, быстро превращаются из световых минут в световые часы. Здесь, в движении планет, лежит ключ к тому, как мы пришли к пониманию гравитации и развитию нашего современного представления о мире. Космические корабли, построенные людьми, уже долетели до планет и даже залетели чуть дальше. Но все, что находится за пределами нашей Солнечной системы, мы можем наблюдать только в телескопы.
В то время как Меркурий, ближайшая к Солнцу планета, находится от него всего в 60 миллионах километров, Нептун, самая дальняя планета Солнечной системы, движется по своей орбите на расстоянии 4,5 миллиарда километров, или четырех световых часов, от Солнца. Нептуну требуется 165 земных лет, чтобы совершить один оборот. На протяжении тысячелетий наши предки наблюдали за планетами и восхищались их правильными и в то же время нерегулярными движениями. Неподвижные звезды занимают фиксированные места на небосводе, и мы крутимся под ними, а планеты как бы блуждают среди звезд. Отсюда и их название: планета в переводе с греческого означает странник.
На нашем небе планеты, а также Солнце и Луна перемещаются вдоль узкой полосы они будто движутся по планетному велотреку. Мы называем эту невидимую линию эклиптикой (от греческого слова, значащего отсутствие, исчезновение, темнота). Как следует из этимологии этого слова, эклиптика связана с солнечными затмениями, которые происходят именно здесь.
Эклиптика существует потому, что все планеты обращаются вокруг Солнца в одной плоскости и, соответственно, траектории планет формируют в плоскости виртуальный диск астрономических размеров. Земная орбита тоже лежит на этом диске, и, поскольку мы находимся на нем, он представляется нам узкой полоской неба так выглядит старая виниловая пластинка, если смотреть на нее сбоку. Чем ближе к Солнцу, тем сильнее чувствуется его гравитация: планеты, находящиеся ближе к Солнцу, обращаются вокруг него быстрее, чем Земля, так как их центробежная сила должна уравновесить гораздо более сильное гравитационное притяжение Солнца, а планеты, более удаленные от Солнца, чем Земля, движутся медленнее, чем она, поскольку гравитация там слабее. Если бы они обращались быстрее, то сошли бы со своих околосолнечных орбит.
Наблюдая с Земли, мы видим, что планеты движутся причудливым образом относительно неподвижных звезд на небе. Они представляются нам спринтерами на легкоатлетическом стадионе, где мы участвуем в забеге вместе с ними. Спринтерам на крайних дорожках приходится преодолевать большие расстояния, и бегут они значительно медленнее. Планеты Меркурий и Венера это лучшие спринтеры на внутренних дорожках. Они самые быстрые и всегда находятся близко к Солнцу. Вот почему их можно увидеть только утром и вечером. Чаще всего по вечерам и утрам мы видим Венеру утреннюю звезду. А большие планеты на дальних дорожках движутся более медленно как любители побегать трусцой по выходным, и наша Земля регулярно их обгоняет. В это время нам с Земли кажется, что они начинают пятиться. А когда наша планета их минует, переместившись на противоположную сторону околосолнечного трека, мы увидим, что они движутся с нами в одном направлении. Иными словами, в этом месте Земли на солнечном треке они для нас меняют направление своего видимого движения с попятного на прямое.
Нам, людям, потребовались тысячи лет, чтобы сделать это открытие. Движения планет, видимых невооруженным глазом Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна, оставались загадкой на протяжении многих веков. Неудивительно, что они повлияли на наши религиозные взгляды и различные модели мироустройства.
До того, как были поняты причины этих космических явлений, астрономия выполняла самые разные функции. Перед звездами и небесными объектами благоговели представители практически всех религий. Еще бы: ведь звезды упорядочивали повседневную жизнь и задавали циклы года. Солнце доминировало днем, а положения точек его восхода и захода соответствовали определенным дням года и сезонам. По фазам Луны мы стали отмерять месяцы, которые по неизвестным причинам примерно соответствуют женским менструальным циклам. В древности люди верили, что Солнце и Луна управляют фертильностью, а также человеческими удачами и несчастьями. Поэтому неудивительно, что наши предки преклонялись перед этими божественными силами.
Истоки астрономии
Первые археологические находки, связанные с изучением неба, насчитывают десятки тысяч лет[18]. Как только люди поняли, что дни, ночи и времена года регулярно чередуются, они стали создавать календари. Сначала для отсчета времени использовался лунный цикл, а позднее по той же методике время начали соотносить с движением Солнца. Самым ранним европейским свидетельством этого является знаменитый небесный диск Небры бронзовая пластина возрастом около 3 700 лет, считающаяся древнейшим реальным изображением неба[19].
Люди смогли использовать эти открытия и в сельском хозяйстве, и в навигации при плавании по морю (что в то время было чрезвычайно рискованным и опасным предприятием). Сегодня у нас есть навигационные спутники, но их координаты по‐прежнему зависят от астрономических наблюдений правда, уже не звезд, а радиоизлучения далеких черных дыр, которые мы стали использовать в качестве космических ориентиров[20].
Примерно в третьем тысячелетии до Рождества Христова в том месте, где позже будет основан город Вавилон в Месопотамии, образованные священники стали регулярно отслеживать положение Луны. Они использовали ее фазы для составления календаря и определения праздничных дней, а также времени сбора урожая и налогов. В месяце было 30 дней, а в году 360 (недостающие дни добавлялись раз в несколько лет в виде дополнительных месяцев). В основе вавилонской системы исчисления лежало число шестьдесят, а не десять, как у нас. Вероятно, подражая вавилонянам, мы и делим сутки на двадцать четыре часа, а круг на 360 градусов.
С развитием клинописи появилась возможность сравнивать космическую информацию, полученную в разные моменты наблюдений. А примерно в первом тысячелетии до Рождества Христова появилась чрезвычайно хорошо продуманная программа организации наблюдений. Кроме того, к этому времени впечатляющих успехов добилась математика. На землях между Тигром и Евфратом появились группы ученых, занятых исключительно астрономическими наблюдениями и расчетами, связанными с небесными объектами. К сегодняшнему дню найдены многие тысячи клинописных табличек, заполненных астрономическими данными. Таким образом, стало возможным анализировать не только те астрономические события, которые сохранялись в памяти отдельных людей, но и те, что происходили в течение жизни разных поколений. Это положило начало традиции тщательного протоколирования, архивирования и анализа данных, и такой процесс, вероятно, уже можно назвать научными исследованиями, даже если они служили главным образом религиозным целям.
Примечания
1
Прямая трансляция конференции в Брюсселе: https://youtu.be/Dr20f19czeE. Пресс-релиз ESO: https://www.eso.org/public/germany/news/eso1907. Запись зум-конференции по черным дырам: https://www.eso.org/public/germany/videos/eso1907c. Пресс-конференция Nsf: https://www.youtube.com/watch?v=lnJi0Jy692w.
2
См. фото на цветной вкладке: рис. 1.
3
Плотность воздуха на низких околоземных орбитах составляет 5 х 109г/см3, а нормальная плотность воздуха на Земле составляет 1,204 кг/м3 (103 г/см3): Kh. I. Khalil and S. W. Samwel. Effect of Air Drag Force on Low Earth Orbit Satellites During Maximum and Minimum Solar Activity. // Space Research Journal 9 (2016): 19. https://scialert.net/fulltext/?doi=srj.2016.1.9.
4
Ethan Siegel. The Hubble Space Telescope Is Falling. // Starts with a Bang. Forbes, October 18, 2017. https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2017/10/18/the-hubble-space-telescope-is-falling/#71ac8b1b7f04. Mike Wall. How Will the Hubble Space Telescope Die? // Space.com, April 24, 2015. https://www.space.com/29206‐how-will-hubble-space-telescope-die.html.
5
Иов: 26:7 (Библия короля Иакова).
6
По данным на август 2023 г. более 630. См. https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_space_travellers_by_first_flight. Прим. науч. ред.
7
Псалмы 90:4 (Библия короля Иакова).
8
S. M. Brewer, J.‐S. Chen, A. M. Hankin, E. R. Clements, C. W. Chou, D. J. Wineland, D. B. Hume, and D. R. Leibrandt. 27Al+ Quantum-Logic Clock with a Systematic Uncertainty below 1018. // Physical Review Letters 123 (2019): 033201. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2019PhRvL.123c3201B.
9
Рёмер использовал орбиту спутника Юпитера Ио в качестве часов. Он заметил, что эти часы немного замедляют свой ход, когда Земля на своей околосолнечной орбите находится дальше от Юпитера по сравнению с тем, что было несколькими месяцами ранее. Свет от Юпитера доходил до Земли на несколько минут позже, чем должен был бы: часы Ио отставали.
10
Майкельсон родился в Пруссии и в 2 года вместе с родителями переехал в США: https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1907/michelson/biographical.
11
Достоверно не установлено, что на Эйнштейна существенным образом повлиял эксперимент Майкельсона-Морли. Вероятно, признаки относительности в поведении электромагнетизма были для него более важными. См. Jeroen Van Dongen. On the Role of the Michelson-Morley Experiment: Einstein in Chicago. // Archive for History of Exact Sciences 63 (2009): 65563, https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2009ar Xiv0908.1545V.
12
Andre and Marits Moon bounce wedding. // YouTube, February 15, 2014. https:// www.youtube.com/watch?v=Rh3z8TwGwrY.
13
Adam Hadhazy. Fact or Fiction: The Days (and Nights) Are Getting Longer. // Scientific American, June 14, 2010. https://www.scienti camerican.com/article /earth-rotation-summer-solstice.
14
M. P. Van Haarlem, and 20 °Contributors. Lofar: The Low Frequency Array. // Astronomy and Astrophysics 556 (2013): A2.
15
P. K. Wang and G. L. Siscoe. Ancient Chinese Observations of Physical Phenomena Attending Solar Eclipses. // Solar Physics 66 (1980): 18793. https:// doi.org/10.1007/BF00150528; также см. https://eclipse.gsfc.nasa.gov/Sehistory /Sehistory.html#2136.
16
Yuta Notsu, et al. Do Kepler Superflare Stars Really Include Slowly Rotating Sun-like Stars?: Results Using APO 3.5 m Telescope Spectroscopic Observations and Gaia-Dr2 Data. // The Astrophysical Journal 876 (2019): 58. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2019ApJ87658N.
17
Твит Марка МакКогрина от 5 января 2020 г.: @markmccaughrean, January 5, 2020. https:// twitter.com/markmccaughrean/status/1213827446514036736.
18
Сведения о многих артефактах, относящихcя к каменному веку (пещера Ласко, пластина из кости орла в Дордони c резьбой, Стоунхендж, карта Луны из Наута), остаются расплывчатыми и спорными. См. Karenleigh A. Overmann. The Role of Materiality in Numerical Cognition. // Quaternary International 405 (2016): 4251. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2015.05.026; P. J. Stooke. Neolithic Lunar Maps at Knowth and Baltinglass, Ireland. // Journal for the History of Astronomy 25, no. 1 (1994): 3955. https://doi.org/10.1177/002182869402500103. Тем не менее присущее людям любопытство свидетельствует в пользу того, что наши предки начали интересоваться небом раньше, чем появились достоверные письменные доказательства этого.
19
Jörg Römer. Als den Menschen das Mond eber packet. // Der Spiegel, July 16, 2019. https://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/mond-in-der-achaeologie-zeitmesser-der-steinzeit-a-274766.html.
20
Международная небесная система отсчета (ICRS) представляет собой систему координат, созданную на основе наблюдений квазаров с помощью радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой (РСДБ). Ориентация Земли в пространстве в рамках этой системы определяется в соответствии с параметрами ориентации Земли Международной службы вращения Земли и систем отсчета (IERS). Ее можно использовать, например, для соотнесения координат на Земле в Международной земной системе отсчета (ITRS) с координатами спутника: https://www.iers.org/Iers/En/Science/Icrs/Icrs.html.