Изложение системы мира - Лаплас Пьер Симон - Страница 12

Глава VIII О САТУРНЕ, О ЕГО СПУТНИКАХ И ЕГО КОЛЬЦЕ

Сатурн движется с запада на восток с периодом в 10759 суток. Продолжительность его синодического обращения равна 378 суткам. Его движение, происходящее очень близко к плоскости эклиптики, подчинено неравенствам, похожим на неравенства в движениях Марса и Юпитера. Его движение делается обратным или перестаёт им быть, когда планета перед или после противостояния находится на удалении от Солнца в 121g [109°]. Длительность обратного движения около 139 суток, а длина пути приблизительно равна 7g [6°]. В момент противостояния видимый диаметр Сатурна максимален, а его средняя величина близка к 50сс [16"].

В системе мира Сатурн представляется уникальным в своём роде. Часто его можно увидеть посредине между двумя маленькими телами, которые кажутся примыкающими к нему; их форма и размеры очень изменчивы. Иногда они превращаются в кольцо, которое кажется окружающим планету, в другое время они полностью исчезают, и тогда Сатурн выглядит круглым, как и другие планеты. Тщательно следя за этими странными видоизменениями и сопоставляя их с положениями Сатурна относительно Солнца и Земли, Гюйгенс обнаружил, что они вызываются широким и тонким кольцом, окружающим Сатурн и всюду отделённым от него. Это кольцо, наклонённое под углом 31.g85 [28.°67] к плоскости эклиптики, с Земли видно всегда только наклонно в виде эллипса, самая большая ширина которого равна приблизительно половине длины. Эллипс суживается всё больше и больше по мере того, как луч зрения, проведённый от Сатурна к Земле, опускается к плоскости кольца, причём его задняя дуга наконец скрывается за планетой, а передняя сливается с ней. Но его тень, проектирующаяся на диск Сатурна, образует тёмную полосу, которая видна в сильные телескопы, и доказывает, что Сатурн и его кольцо — непрозрачные тела, освещаемые Солнцем. Тогда можно различить лишь части кольца, выступающие с каждой стороны Сатурна. Толщина этих частей постепенно уменьшается, и они наконец исчезают, когда Земля оказывается в плоскости кольца, толщина которого слишком мала, чтобы её можно было увидеть. Кольцо исчезает ещё в том случае, когда Солнце, оказавшись в его плоскости, освещает его только с ребра. Оно продолжает быть невидимым, пока его плоскость проходит между Солнцем и Землёй, и появляется снова только тогда, когда в силу взаимных движений Сатурна и Солнца Земля и Солнце оказываются по одну сторону от той плоскости.

Так как плоскость кольца встречается с солнечной орбитой в каждый полупериод обращения Сатурна, исчезновение и появление кольца повторяются приблизительно через каждые 15 лет, но часто при разных обстоятельствах. В одном и том же году могут случиться два появления и два исчезновения кольца, но никогда больше.

Во время исчезновения кольца его ребро отражает к нам солнечный свет, но он слишком слаб, чтобы быть заметным. Однако понятно, что для его наблюдения достаточно увеличить силу телескопов. Именно это сделал Гершель: он не переставал видеть его, в то время как оно было невидимым для других наблюдателей.

Наклонность кольца к эклиптике измеряется наибольшим раскрытием видимого нами эллипса. Положение его узлов на плоскости эклиптики легко выводится из положения Сатурна, когда появление или исчезновение кольца зависит от встречи его плоскости с Землёй. Все явления такого рода, происходящие при одинаковых сидерических положениях узлов, обусловлены этой встречей. Другие происходят при встрече этой плоскости с Солнцем. Поэтому по положению Сатурна в моменты, когда кольцо появляется или исчезает, можно определить, зависит ли это от встречи его плоскости с Солнцем или с Землёй. Когда эта плоскость проходит через Солнце, положение узлов даёт положение Сатурна, видимого из центра Солнца, и тогда можно определить расстояние по прямой от Сатурна до Земли так, как определяется расстояние до Юпитера с помощью наблюдения затмений его спутников. В треугольнике, образованном тремя прямыми, соединяющими центры Солнца, Сатурна и Земли, имеем углы при Земле и Солнце, откуда легко вывести расстояние от Солнца до Сатурна в долях радиуса солнечной орбиты. Таким способом находим, что Сатурн, когда его видимый диаметр равен 50сс [16"], приблизительно в девять с половиной раз дальше от нас, чем Солнце.

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 115g [104°] от Солнца. Оно перестаёт быть таким, когда после противостояния планета, приближаясь к Солнцу, удалена от него не более чем на 115g [104°]. Продолжительность обратного движения около 151 суток, и дуга его равна 4g

Если судить об удалённости Урана по медленности его движения, оп должен быть на границе планетной системы. Его видимый диаметр очень мал и едва достигает 12сс [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