Темная сторона Меркурия

Так уж устроена Солнечная система, что только две планеты в ней расположены к Солнцу ближе, чем Земля — Меркурий (самая маленькая) и Венера (самая яркая). Соответственно только их наземные наблюдатели могут иногда видеть на фоне солнечного диска. Такие явления астрономы называют «транзитами».

Если бы орбиты всех планет лежали в одной плоскости, транзиты Меркурия происходили бы в среднем каждые 116 суток, а Венеры — каждые 584 дня. Эти числа соответствуют так называемым синодическим периодам обращения небесных тел, то есть интервалам, по прошествии которых примерно повторяется их положение относительно Солнца и Земли. Однако картина усложняется взаимным наклоном планетных орбит, из-за чего, в частности, прохождения Венеры по солнечному диску наблюдаются крайне редко: в нашу эпоху они повторяются с 243-летним периодом, на протяжении которого происходят всего 2 пары транзитов. Последняя такая пара имела место в 2004 и 2012 гг., а следующая будет в 2117 и 2125 гг.

В случае с Меркурием ситуация, с одной стороны, усугубляется большим наклоном его орбиты к плоскости эклиптики (7° — вдвое больше, чем у Венеры), а с другой — облегчается его наиболее коротким синодическим периодом, благодаря чему нижние соединения этого объекта, при которых он оказывается вблизи условной прямой между центрами Земли и Солнца, наступают впятеро чаще, чем у «Утренней звезды» — в среднем, как уже было сказано, интервал между ними равен 116 дням, но на самом деле он колеблется в пределах от 105 до 129 суток из-за высокой эллиптичности орбиты планеты. Поэтому на протяжении 700 лет (с 1601 до 2300 г.) произойдет 94 меркурианских транзита и всего 12 венерианских. В XXI веке Меркурий пройдет по солнечному диску 14 раз.

Осознание того факта, что на фоне диска Солнца может быть видно еще какое-то небесное тело, кроме Луны, пришло к астрономам после того, как получила признание гелиоцентрическая система Коперника. Ее горячим сторонником был, в частности, Иоганн Кеплер (Johannes Kepler), который в 1627 г. сделал первую попытку рассчитать моменты транзитов внутренних планет. Выяснилось, что обе они «затмят» светило довольно скоро — через четыре года, с интервалом в месяц, причем Меркурий сделает это первым. Вычисления великого астронома указывали на дату 7 ноября 1631 г. с возможной ошибкой в сутки, связанной с тем, что элементы планетных орбит в то время были известны с невысокой точностью. Тем не менее, именно в этот день французский священник и астроном Пьер Гассенди (Pierre Gassendi) действительно смог увидеть на Солнце крохотный диск самой маленькой планеты, спроектировав его изображение на лист бумаги с помощью простейшей камеры-обскуры — через маленькое круглое отверстие в стене темной комнаты. Сам Кеплер не дожил до осуществления своего предсказания чуть меньше года.

С тех пор Меркурий появлялся на «лике Солнца» уже полсотни раз. Все подобные события, начиная с 1661 г., кем-нибудь обязательно наблюдались, тем более что техника вычислений быстро совершенствовалась, позволяя предсказывать их все точнее. Улучшалось и качество астрономических инструментов. Наблюдения транзита 5 ноября 1743 г. впервые были организованы в глобальном масштабе (насколько позволяли тогдашние средства коммуникации). Позже их результаты использовали для определения среднего расстояния между Землей и Солнцем — базовой величины, известной как «астрономическая единица».

В 1769 г. транзит Меркурия снова произошел в том же году, что и транзит Венеры. Английский астроном Чарльз Грин (Charles Green) — участник первой экспедиции легендарного капитана Кука (James Cook) — наблюдал это явление в Новой Зеландии, став первым человеком, увидевшим прохождения по солнечному диску обеих внутренних планет с интервалом менее полугода. Кстати, по данным своих наблюдений Грин сделал совершенно правильный вывод об отсутствии у Меркурия плотной атмосферы. К сожалению, вернуться на родину из экспедиции отважному астроному было не суждено: в январе 1771 г. он умер от какой-то тропической инфекции на борту корабля Endeavour.

Из сравнительно недавних событий стоит отметить «последний транзит ХХ века», состоявшийся 15 ноября 1999 г. В ходе него самая маленькая планета прошла почти по касательной к видимому краю Солнца, а для части наблюдателей Южного полушария даже не вступила на него полностью. Интересно, что самое последнее на данный момент наблюдение планетного транзита сделано не с Земли, а с Марса: 3 июня 2014 г. Меркурий на фоне солнечного диска удалось сфотографировать марсоходу Curiosity.

Внимательный читатель уже заметил, что все упомянутые меркурианские транзиты произошли в первой половине ноября. И это не случайно: именно в этот период наша планета проходит через так называемый восходящий узел орбиты Меркурия — условную линию ее пересечения с плоскостью орбиты Земли. Второй такой узел (нисходящий) находится по противоположную сторону от Солнца; соответственно и транзиты в нем наблюдаются в первой половине мая. Однако происходят они почти вдвое реже ноябрьских, и обстоятельства их видимости существенно различаются.

Дело в том, что, как уже говорилось, форма орбиты самой маленькой планеты сильно отличается от круговой: ее эксцентриситет равен 0,20563, то есть в перигелии она находится в полтора раза ближе к нашему светилу, чем в афелии. Во столько же раз большей, согласно второму закону Кеплера, оказывается и скорость ее орбитального движения (вблизи Солнца она превышает 57 км/с, а вдали от него падает до 37,6 км/с). Поскольку ноябрьские транзиты наступают всего за 5-10 суток до прохождения Меркурием перигелия, во время них он движется по солнечному диску с относительной скоростью почти 6 угловых минут в час, и даже если он пересечет его по диаметру — общая продолжительность явления составит около пяти с половиной часов.

Совершенно другая картина наблюдается в ходе майских транзитов, когда видимая скорость движения планеты не превышает 4,2 угловых минуты в час (или 4,2 угловых секунды в минуту). Здесь возможно появление таких «рекордсменов», как прохождение Меркурия по Солнцу 5 мая 1707 г., продолжавшееся 7 часов 56 минут. Транзит, ожидаемый 9 мая текущего года, будет ненамного короче: между началом вступления планеты на солнечный диск (первым контактом) и окончанием ее схождения (четвертым контактом) пройдет ровно семь с половиной часов. Минимальное расстояние между центрами Меркурия и Солнца для условного наблюдателя в центре Земли достигнет 318 угловых секунд. Это произойдет в 14 часов 57 минут по всемирному времени.

Еще одним «плюсом» транзитов у нисходящего узла является больший угловой диаметр диска планеты: поскольку Меркурий в это время находится дальше от Солнца, он закономерно оказывается ближе к Земле и виден как черный кружочек диаметром 12 угловых секунд, заметный уже при 10-кратном увеличении (естественно, глаза и оптика обязательно должны быть защищены специальными темными или зеркальными фильтрами, пропускающими не более 0,1% солнечного света, а также максимально непрозрачными для инфракрасного и ультрафиолетового излучения). В ноябре видимый диаметр меркурианского диска на фоне Солнца немного превышает 10 секунд, и для его уверенных наблюдений требуются инструменты с увеличением 12-15 крат — впрочем, в наше время они вполне доступны любителям астрономии.

…Положения планетных орбит в пространстве постепенно меняются под действием их взаимных гравитационных возмущений. Примерно через 60 тыс. лет линии узлов орбит Меркурия и Венеры сойдутся на угол менее градуса (два видимых диаметра солнечного диска), а 26 июля 69163 г. обе планеты для наземных наблюдателей одновременно окажутся на фоне Солнца. Впрочем, такие «двойные транзиты» уже сейчас можно регулярно фотографировать с помощью космических аппаратов, однако научная ценность подобных наблюдений невелика и явно не оправдывает расходы на организацию специализированной межпланетной миссии.