Изложение системы мира

Лаплас Пьер Симон

Видимый диаметр кольца при среднем расстоянии до планеты, по точным измерениям Араго, равен 118.^сс58 [38."42]. Видимая ширина кольца 17.^сс858 [5."786]. Его поверхность не сплошная. Чёрная концентрическая полоса разделяет его на две части, которые, по-видимому, образуют два разных кольца, из которых внешнее уже внутреннего. Несколько чёрных полос, замеченных некоторыми наблюдателями, как будто даже указывают на большее число этих колец. Наблюдение нескольких блестящих точек на кольце позволило Гершелю узнать, что оно вращается с запада на восток с периодом в 0.437 суток вокруг оси, перпендикулярной его плоскости и проходящей через центр Сатурна.

Вокруг этой планеты видны семь спутников, движущихся с запада на восток по почти круговым орбитам. Шесть первых движутся почти в плоскости кольца. Орбита седьмого ближе к плоскости эклиптики. Когда этот спутник находится к востоку от Сатурна, его яркость ослабляется настолько, что он делается едва различимым. Это может происходить только из-за пятен, покрывающих ту полусферу, которая обращена к нам. Но для постоянного повторения этого явления при том же положении

необходимо, чтобы этот спутник, похожий в этом на Луну и на спутники Юпитера, вращался вокруг своей оси за время, равное его обращению вокруг Сатурна. Таким образом, равенство продолжительности вращения и обращения представляется общим законом движения спутников.

Диаметры Сатурна не равны между собой: тот, который перпендикулярен плоскости кольца по крайней мере на 1/11 короче диаметра, лежащего в его плоскости. Сравнивая это сжатие с сжатием Юпитера, можно с большой долей вероятности заключить, что Сатурн быстро вращается вокруг меньшего из своих диаметров и что кольцо движется в плоскости его экватора. Гершель подтвердил этот вывод путём непосредственных наблюдений, которые показали, что вращение Сатурна, как и все движения планетной системы, направлено с запада на восток, и продолжительность одного оборота равна 0.428 суток, что мало отличается от времени вращения Юпитера. Замечательно, что время оборота этих двух самых больших планет почти одинаково, оно меньше половины суток, тогда как меньшие планеты вращаются с периодом, очень близким к одним суткам.

Гершель наблюдал ещё на поверхности Сатурна пять полос, приблизительно параллельных его экватору.

Глава IX ОБ УРАНЕ И ЕГО СПУТНИКАХ

Планета Уран из-за своей малости ускользнула от древних астрономов. Флемстид в конце позапрошлого века, Майер и Лемонье в прошлом веке уже наблюдали её как маленькую звезду. Но только в 1781 г. Гершель обнаружил её движение, и немного позже, тщательно следя за этим светилом, установили, что это настоящая планета. Как Марс, Юпитер и Сатурн, Уран движется с запада на восток вокруг Земли. Время его сидерического обращения около 30 687 суток. Его движение, которое происходит весьма близко к плоскости эклиптики, становится попятным, когда перед противостоянием планета находится на расстоянии 115^g [104°] от Солнца. Оно перестаёт быть таким, когда после противостояния планета, приближаясь к Солнцу, удалена от него не более чем на 115^g [104°]. Продолжительность обратного движения около 151 суток, и дуга его равна 4^g

Если судить об удалённости Урана по медленности его движения, оп должен быть на границе планетной системы. Его видимый диаметр очень мал и едва достигает 12^сс [4"]. По наблюдениям Гершеля, вокруг него движутся шесть спутников по почти круговым орбитам, приблизительно перпендикулярным к плоскости эклиптики. Чтобы их обнаружить, необходимы очень сильные телескопы. Только два из них — второй и четвёртый— были опознаны другими наблюдателями. Опубликованные Гершелем наблюдения над остальными четырьмя спутниками слишком малочисленны, чтобы определить элементы их орбит и даже бесспорно подтвердить их существование.⁵

Глава X О ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИХ ПЛАНЕТАХ ЦЕРЕРЕ, ПАЛЛАДЕ, ЮНОНЕ И ВЕСТЕ

Эти четыре планеты так малы, что их можно увидеть только в сильные телескопы. Первый день этого века замечателен открытием планеты Цереры, сделанным Пиацци в Палермо. Паллада была обнаружена в 1802 г. Ольберсом, Юнону в 1803 г. открыл Хардинг и, наконец, в 1807 г. Ольберс заметил Весту. Как и у других планет, движение этих светил происходит с запада на восток; они также движутся попеременно в прямом и обратном направлениях, но недостаточность времени, прошедшего с их открытия, не позволяет с точностью установить продолжительность их обращения и законы движения. Известно только, что периоды их сидерических обращений близки между собой и у первых трёх приблизительно равны 4 годам с двумя третями, а продолжительность обращения Весты представляется на год более короткой.

Паллада может удаляться от плоскости эклиптики гораздо больше, чем планеты, известные с древности, и чтобы охватить это отклонение, надо значительно расширить Зодиак.⁶

Глава XI О ДВИЖЕНИИ ПЛАНЕТ ВОКРУГ СОЛНЦА

Если бы человек ограничился лишь собиранием фактов, наука была бы только их бесплодным перечнем, и никогда не смог бы он познать великие законы природы. Сравнивая факты между собой, постигая их взаимоотношения и восходя таким путём ко всё более и более обширным явлениям, он наконец пришёл к открытию этих законов, запечатлённых в их самых разнообразных проявлениях. Раскрываясь, природа показала человеку небольшое число причин, рождающих множество наблюдавшихся им явлений, и он смог определить, что ещё они должны произвести. Когда он убедился, что ничто не нарушает связь причин и их проявлений, он обратил взгляды в будущее, и перед его взором предстали те явления, которые природа произведёт со временем.

До сих пор только в теории системы мира после длинного ряда счастливых усилий человеческий разум поднялся до такой высоты. Первая гипотеза, придуманная для объяснения видимых планетных движений, оказалась только несовершенным эскизом этой теории. Но искусным образом представив видимые явления, она сделала их доступными для расчётов, и мы увидим, что, подвергнувшись изменениям, которые одно за другим диктовались наблюдениями, она превратилась в истинную систему мира.

Самое замечательное из того, что являют нам движения планет, — это смена их прямых и обратных движений, которая может быть только результатом сложения двух движений, попеременно то совпадающих, то противоположных по направлению. Наиболее естественная гипотеза для их объяснения была придумана древними астрономами. Она заключалась в том, что три верхние планеты они предполагали движущимися в прямом направлении по эпициклам,

центры которых в том же направлении описывают окружности вокруг Земли. Тогда если рассматривать планету в самой низкой точке её эпицикла, или самой близкой к Земле, ясно, что она в этом положении движется в сторону, противоположную движению эпицикла, который всегда переносится параллельно самому себе. Поэтому если предположить, что первое из этих движений превалирует над вторым, видимое движение планеты будет попятным и максимальным. Напротив, если планета находится в самой высокой точке эпицикла, оба движения совпадают, и видимое движение оказывается прямым и наибольшим. Идя от первого из этих положений ко второму, можно считать, что планета продолжает иметь обратное видимое движение, которое непрерывно уменьшается, становится равным нулю и затем превращается в прямое. Но наблюдения показывают, что максимальное обратное движение всегда имеет место в моменты противостояния планеты с Солнцем. Поэтому необходимо, чтобы каждый эпицикл описывался за время, равное времени обращения этого светила, и чтобы планета оказывалась в своей самой низшей точке во время противостояния с Солнцем. Из этого понятно, почему во время противостояния видимый диаметр планеты максимален. Что касается двух нижних планет, которые никогда не отдаляются от Солнца дальше некоторого предела, то их попеременно прямое и обратное движения можно объяснить, предположив, что они движутся в прямом направлении по эпициклам, центры которых описывают каждый год, и в том же направлении окружности вокруг Земли и, кроме того, в тот момент, когда планеты достигают самой нижней точки своего эпицикла, они оказываются в соединении с Солнцем. Такова наиболее древняя астрономическая гипотеза, принятая и улучшенная Птолемеем и получившая имя этого астронома.

В этой гипотезе ничто не указывает на абсолютные величины кругов и эпициклов. То, что мы видим, даёт только отношения их радиусов. По-видимому, Птолемей не занимался также определением относительных расстояний от планет до Земли. Он только полагал, что верхние планеты, у которых период обращения более длинный, находятся дальше; затем он помещал под Солнцем эпицикл Венеры и ещё ниже эпицикл Меркурия. При столь неопределённой гипотезе неясно, почему дуги обратного движения верхних планет тем меньше, чем они дальше удалены, и почему подвижные радиусы верхних эпициклов постоянно параллельны радиусу-вектору Солнца и подвижным радиусам двух нижних кругов. Этот параллелизм, который был введён в гипотезу Птолемея уже Кеплером, ясно проявляется во всех наблюдениях движения планет, параллельного и перпендикулярного эклиптике. Но причина этих явлений делается очевидной, если считать эти эпициклы и круги равными солнечной орбите. Легко убедиться, что рассматриваемая гипотеза, изменённая таким образом, сводится к предположению о том, что все планеты обращаются вокруг Солнца, которое в своём истинном или видимом движении вокруг Земли уносит центры их орбит. Такое простое расположение планет в системе не оставляет больше ничего неопределённого и с очевидностью доказывает связь прямых и обратных движений планет с движением Солнца. Оно исключает из гипотезы Птолемея круги и эпициклы, ежегодно описываемые планетами, а также те, которые он ввёл для объяснения их движений перпендикулярно к эклиптике. Соотношения, которые вывел этот астроном между радиусами двух нижних эпициклов и радиусами кругов, описываемых их центрами, выражают теперь средние расстояния планет от Солнца в долях среднего расстояния от Солнца до Земли. Эти же соотношения, обратные для верхних планет, выражают их средние расстояния от Солнца или от Земли. Простоты этой гипотезы было бы уже достаточно, чтобы её принять, однако наблюдения с телескопами не оставляют никаких сомнений в этом отношении.

Мы уже видели, что затмения спутников Юпитера позволяют определить расстояние этой планеты от Солнца, и из этих определений вытекает, что она описывает вокруг него почти круговую орбиту. Мы видели также, что появления и исчезновения кольца Сатурна дают нам его расстояние до Земли — приблизительно в девять с половиной раз большее, чем расстояние от Земли до Солнца. Это соотношение весьма близко к выведенному Птолемеем отношению радиуса орбиты Сатурна к радиусу его эпицикла. Отсюда следует, что этот эпицикл равен солнечной орбите, и, таким образом, Сатурн описывает почти правильный круг вокруг Солнца. Фазы, наблюдаемые у двух нижних планет, с очевидностью доказывают, что планеты движутся вокруг Солнца. В самом деле, проследим движение Венеры и изменение её видимого диаметра и фаз. Когда по утрам планета начинает выходить из солнечных лучей, она появляется до восхода Солнца в виде серпа, её видимый диаметр максимален. Значит, она ближе к нам, чем Солнце, и почти в соединении с ним. Её серп увеличивается, а видимый диаметр уменьшается по мере того, как она удаляется от Солнца. Отойдя приблизительно на 50^g [45°] от этого светила, она начинает приближаться к нему, всё больше открывая нам освещённое полушарие; её видимый диаметр продолжает уменьшаться до тех пор, пока она не погрузится утром в солнечные лучи. В этот момент Венера представляется нам полной, а её видимый диаметр минимальным. Следовательно, в этом положении она дальше от нас, чем от Солнца. Исчезнув на некоторое время, эта планета вновь появляется вечером и повторяет в обратном порядке все явления, которые она демонстрировала перед исчезновением. Её освещённое полушарие всё больше и больше отворачивается от Земли, её фазы уменьшаются, и в то же время видимый диаметр увеличивается по мере её удаления от Солнца. Достигнув расстояния около 50^g [45°] от этого светила, она снова возвращается к нему. Её фазы продолжают уменьшаться, а диаметр увеличиваться до тех пор, пока она снова не погрузится в солнечные лучи. Иногда, в интервале между её вечерним исчезновением и утренним появлением, можно увидеть её в виде пятна, движущегося по диску Солнца. Из этих явлений ясно, что Солнце находится почти в центре орбиты Венеры, которую оно уносит одновременно со своим движением вокруг Земли. Меркурии показывает нам явления, подобные описанным, и, таким образом, Солнце находится также в центре его орбиты.