Курс на Марс. Самый реалистичный проект полета к Красной планете - Ричард Вагнер

Со времен Аристотеля астрономы незатейливо полагали, что планеты движутся по неизменным круговым орбитам, поскольку, как утверждал сам Аристотель, круг – идеальная форма и только круговое движение может быть бесконечным. Как Кеплер ни старался, он не мог подобрать такую круговую орбиту, которая бы соответствовала наблюдениям Тихо Браге. Он мог бы прибегнуть к эпициклам, однако отказывался это делать. Система эпициклов выглядела тут совершенно неприменимой, но где же тогда решение? Что это могло быть, если не круговые орбиты? Кеплеру понадобились восемь лет напряженной работы, чтобы осознать, что показывают наблюдения: Марс движется по эллиптической орбите, в одном из фокусов которой находится Солнце. Сейчас мы знаем, что орбита Марса наиболее эллиптичная во всей Солнечной системе,[8] если не считать орбиту Плутона,[9] который был открыт только в XX веке, став лакмусовой бумажкой для любой астрономической теории. Действительно, если бы орбита Марса была круговой, теория Аристарха и Коперника, вероятно, быстро прошла бы проверку, и никто бы не обратил внимания на детали.

Кеплер опубликовал результаты своих трудов в 1609 году в работе, озаглавленной как «Новая астрономия, причинно обоснованная, или небесная физика, следующая из исследований движений звезды Марса, опирающихся на наблюдения достопочтенного Тихо Браге». В отличие от многих предшественников, астрономов и философов, Кеплер объявил свою новую астрономию не просто математической концепцией, которая объясняет движение небесных тел. Напротив, это был трактат об «истинной реальности» небес, грандиозная работа, которая ниспровергала догму, существовавшую две тысячи лет, – на ее место приходила астрономия, основанная на причинах и доказательствах. В этой работе ученый изложил то, что мы сейчас знаем как первый и второй закон Кеплера о движении планет. Согласно этим законам, каждая планета движется по эллиптической орбите, в одном из фокусов которой находится Солнце, а радиус-вектор, соединяющий Солнце и планету, за равное количество времени описывает равные площади. Эти законы верны, и их можно найти в любом современном учебном пособии по астрономии и звездной динамике. Однако не менее важна и ошибочная гипотеза Кеплера о том, что планеты движутся вокруг Солнца за счет исходящей от него «магнитной» силы, распространяющейся «подобно свету». Когда оппоненты обвинили его в смешении физики и астрономии, Кеплер ответил: «По моему мнению, обе науки так тесно связаны, что одна не сможет достичь совершенства без другой». Другими словами, Кеплер не описывал модель Вселенной, чья геометрия совершенна по умолчанию, он изучал Вселенную, в которой причинно-следственные связи могут быть понятны человеку. Тем самым Кеплер резко изменил статус человечества во Вселенной. Хотя люди перестали быть центром мироздания, у них появилась возможность его постичь. Поэтому, согласно словам Кеплера, адресованным Галилею и ставшим эпиграфом для этой главы, Вселенная была доступна не только человеческой мысли, но и для непосредственного изучения.

Труды последующих десяти лет позволили Кеплеру опубликовать его важнейшее сочинение «Гармония мира». В нем он изложил свое последнее великое открытие – третий закон движения планет: квадрат периодов обращения планет пропорционален кубу расстояния от планет до Солнца. Применяя этот закон, достаточно просто математически вывести выражение, которое сейчас известно как закон всемирного тяготения Ньютона. Законы Ньютона легли в основу классической физики, новой мощной науки, которая сделала возможной промышленную революцию XVIII–XIX веков. Исследования Кеплера ознаменовали окончание Темных веков, и начались научная и промышленная революции – первая встреча с Марсом принесла богатые плоды.

Путешествия с телескопом

Кеплер использовал Марс, чтобы доказать что Земля – тоже планета. Следовательно, планеты, те маленькие движущиеся огоньки в небе, на самом деле были огромными мирами, похожими на Землю. Но как исследовать эти невероятные небесные тела? Вскоре инструмент оказался под рукой. Меньше чем через год после того, как Кеплер опубликовал свою «Новую астрономию», Галилей обратил в небо новый инструмент – телескоп. Открытые им за несколько недель наблюдений горы на Луне и «три маленькие звездочки», танцующие вокруг Юпитера, стали дополнительным подтверждением кеплеровой модели мира. Довольно скоро линзы множества телескопов были устремлены к Марсу.

Итальянский астроном Франческо Фонтана в 1636 году сделал первый набросок Марса, видимого в телескоп, хотя сегодня узнаваемые детали на этом рисунке найти не удается. В 1659 году нидерландский астроном Христиан Гюйгенс создал первое изображение Марса, где такая деталь была: похожее на треугольник темное пятно, которое выделяется на диске планеты, сейчас известно как Большой Сирт. Тщательно наблюдая Сирт и другие детали, астрономы прошлого определили, что марсианский день, или сол, близок по продолжительности к земному. В 1666 году итальянец Джованни Кассини измерил продолжительность марсианских суток, которая оказалась равна 24 часам, 37 минутам и 22 секундам. Хотя Кассини, по-видимому, также был первым, кто заметил полярные шапки Марса, первый набросок одной из шапок в 1672 году сделал Гюйгенс. Используя наблюдения, сделанные в 1770–1783 годах, Уильям Гершель, открыватель Урана, заметил, что на Марсе должны меняться времена года, так как его полярная ось имеет наклон в 30 градусов (современное значение – 24 градуса).

Наблюдения Марса продолжались десятилетиями, особенно в периоды противостояний, когда Марс (строго говоря, любая планета, находящаяся дальше от Солнца, чем наша) находится предельно близко к Земле, формируя линию «Марс – Земля – Солнце». В такое время Марс светит в небе особенно ярко. К началу XIX века астрономы накопили множество сведений о Марсе: орбитальный период, продолжительность суток, массу и плотность планеты, расстояние до Солнца и силу тяжести на поверхности. Но больше всего исследователей сбивал с толку изменчивый вид марсианского диска. Годами в окуляры телескопов можно было видеть, как на нем со временем то появляются, то исчезают небольшие темные пятна, похожие на рябь. Точно так же яркие белые пятна, которые были замечены наблюдателями у полюсов планеты, меняли форму, расширяясь и уменьшаясь в течение марсианского года. По всей видимости, у Марса была атмосфера, поскольку некоторые наблюдатели заметили смутные намеки на облака.

Противостояние 1877 года оказалось особенно удачным для наблюдателей и исследователей Марса. Асаф Холл из старой военно-морской обсерватории США открыл два маленьких спутника Марса и в скором времени назвал их Фобосом и Деймосом – страхом и ужасом. Подобающая свита для планеты, названной в честь бога войны. Но, если задуматься, 1877 год, вероятно, больше всего запомнился благодаря серии наблюдений, которые послужили отправной точкой для одного беспокойного эпизода в истории изучения Марса и одной из самых странных глав в истории астрономии.

Среди тех, кто обратил вооруженный глаз к Марсу в 1877 году, был итальянский астроном Джованни Скиапарелли, директор Брерской обсерватории в Милане. В сообщениях Скиапарелли о его наблюдениях фигурировали более шестидесяти объектов, обнаруженных на диске Красной планеты. Но помимо прочего среди них были линейные отметины, пересекающие диск Марса крест-накрест. Скиапарелли назвал их в честь земных рек – Инда, Ганга, – но в своих письмах именовал «canali», что по-итальянски означает каналы или ручьи. Он был не первым, кто обратил внимание на эти странные отметины, но первым идентифицировал их как обширную сеть «каналов». Через десять с небольшим лет воодушевление Персиваля Лоуэлла сделает Марс и его «каналы» самой популярной темой для обсуждения во всем мире.

Лоуэлл родился в Новой Англии в семье известных поэтов, просветителей, государственных деятелей и промышленников (великая поэтесса Эми Лоуэлл была его сестрой, а его брат Эббот стал президентом Гарвардского университета), а Марсом заинтересовался ближе к сорока годам, особенно его привлекли наблюдения Скиапарелли. Для Лоуэлла существовала только одна интерпретация: в «canali» он видел не русла рек или природные углубления, а дороги или искусственно созданные канавы. А значит, они должны были служить отражением коллективной работы ума, жизни. По непонятным причинам Лоуэлл решил, что Марс требует его внимания, и он посвятил себя Марсу с такой страстью и финансовой щедростью, на какие способны немногие.

Для своих исследований Лоуэлл построил обсерваторию в аризонском Флагстаффе, которая открылась в апреле 1894 года, то есть за несколько недель до очередного противостояния Марса. Лоуэлл и его подчиненные провели на Марсианском холме во Флагстаффе более десяти лет, изучая и картографируя Красную планету. Лоуэлл вместе с ассистентами нанес на карту сотни каналов. В их нумерации и структуре Персиваль Лоуэлл видел историю инопланетной расы, пытающейся выжить в засушливом, обреченном на смерть мире.