Движение планет по небу

Наверное, Луна — это первое небесное тело, перемещение которого на фоне постоянного узора созвездий было отмечено людьми. Это неудивительно: движется Луна довольно быстро, так что её движение можно заметить буквально в течение одной ночи. Каждый час Луна смещается относительно звёзд на величину своего поперечника, разумеется участвуя вместе с ними и в суточном вращении вокруг полюса мира. Направление перемещения среди звёзд противоположно направлению её суточного вращения.
Труднее заметить подобное движение Солнца — ведь оно светит днём, «когда и так светло», как говаривал незабвенный Козьма Прутков, и когда (что для нас сейчас важнее) на небе не видны другие светила. Фон дневного неба слишком ярок, чтобы на нём можно было заметить слабые источники света — звёзды (хотя они там присутствуют!). Поэтому и нельзя прямо наблюдать перемещение Солнца среди них. Однако наблюдая сезонные изменения ночного неба, люди поняли, что Солнце тоже перемещается относительно звёзд — в ту же сторону, что и Луна, но гораздо медленнее.
Но ещё до этого открытия были обнаружены светила, и притом весьма яркие, чьё движение среди звёзд было несомненным. Их назвали планетами (от греч. «астер планетес» — «блуждающая звезда»). Уже в римскую эпоху они получили имена богов и богинь римского пантеона — в полном соответствии с особенностями своего облика и движения.
«Эти движения в связи с блеском планет внушили людям мысль дать им те имена, которые они носят, соединять с ними некоторые представления, приписывать им влияние на судьбу людей, видеть в них символы божеств, а то и самые божества. Венера, сияющая своими белыми, яркими лучами, стала богиней звёзд и красоты; величественный Юпитер считался главнейшим божеством; окружённый красными лучами Марс сделался богом войны; Сатурн, самый медлительный из обитателей небес, стал символом времени и судьбы; лёгкий мелькающий Меркурий, то появляющийся после Аполлона, то предвещающий его, оказался божественным посланником» — так писал знаменитый французский популяризатор астрономии Камилл Фламмарион в своей книге «Популярная астрономия».
Движение планет среди звёзд выглядит более сложным, чем перемещение Солнца и Луны. Двигаясь в том же направлении, что и наши главные светила, через некоторое время планета замедляет ход, затем останавливается, смещается в обратном направлении и после очередной остановки снова меняет направление движения на первоначальное. Движение с запада на восток называется прямым, с востока на запад — попятным, а моменты смены направления — стояниями. Если нанести этот путь на карту, получится петля.
Есть некоторое различие в движении Венеры и Меркурия, которые расположены ближе к Солнцу, чем Земля, и называются нижними планетами, и остальных планет, именуемых верхними. Следует присмотреться к этим петлям повнимательнее.
Венера сначала движется среди звёзд в ту же сторону, что и Солнце, но быстрее его. Она обгоняет дневное светило и начинает удаляться от него к востоку. В такие периоды она находится на небе левее Солнца и видна по вечерам после его захода за горизонт.
Впрочем, Венера — самое яркое светило нашего неба после Солнца и Луны. Она бывает видна на голубом небе и до захода Солнца. Очень далеко от Солнца Венере «не убежать», наибольшее возможное угловое расстояние между ними составляет 47°. Достигнув максимального удаления, Венера останавливается, затем начинает двигаться в обратную сторону, сближаясь с Солнцем. Она исчезает в лучах дневного светила, а затем, продолжая попятное движение, появляется уже справа от него и перемещается к западу. Теперь она видна на небе уже по утрам, перед восходом Солнца. Удалившись (опять-таки не более чем на 47°) к западу от Солнца, Венера снова проходит стояние, после которого начинает прямое движение, сближаясь с Солнцем, исчезая в его ярком блеске и появляясь опять слева от него.
Подобным же образом перемещается и Меркурий. Разница в том, что размах его удалений от Солнца меньше: он не превосходит 28°. Поэтому Меркурий трудно наблюдать на небе: он постоянно находится где-то недалеко от Солнца и скрывается в его слепящих лучах. Лишь в моменты наибольших удалений он виден либо на западе после захода Солнца, либо на востоке до его восхода.
Другая картина получится, если следить за движением верхней планеты, например Марса. Допустим, в данный момент Марс находится в той же стороне неба, что и Солнце, и не виден в его лучах. При этом он движется среди звёзд в ту же сторону, что и Солнце (с запада на восток), но медленнее его, постепенно отставая. Таким образом, он удаляется всё дальше и дальше на запад от дневного светила, и его можно наблюдать в утренние часы перед восходом Солнца. Расстояние между Марсом и Солнцем на небе растёт, наконец он оказывается в противоположной Солнцу стороне неба и виден почти всю ночь. Именно в это время наступает стояние, сменяющееся попятным движением, ещё одним стоянием и снова прямым движением, теперь уже приближающим планету к Солнцу на небе. Далее всё повторяется.
Движение остальных планет — Юпитера, Сатурна и открытых в Новое время при помощи телескопов Урана, Нептуна и Плутона — происходит так же. Только размер петель, описываемых планетами в перечисленной последовательности, становится всё меньше и меньше.
Для объяснения таких необычных движений в своё время были придуманы весьма сложные механические системы. Над умами долго довлели религиозно-философские идеи об устройстве мира и его гармонии. В частности, совершенным движением, единственно достойным приложения к небесным объектам, считалось равномерное движение по окружности. Поэтому система александрийца Клавдия Птолемея, господствовавшая в науке много столетий, пыталась описать видимые движения планет как комбинацию таких равномерных движений по окружности. К тому же система эта была геоцентрической: в центре Вселенной помещалась неподвижная Земля; вокруг неё вращались даже не планеты, а центры окружностей, по которым равномерно двигались планеты. Но такая схема не могла точно описать видимое движение планет, и её пришлось усложнять введением новых кругов. Потребовался гений Коперника и Кеплера, чтобы описать истинные движения планет вокруг Солнца.
Видимые с Земли движения планет обусловлены двумя основными факторами:
1. Мы наблюдаем перемещение на фоне звёзд тех планет, которые обращаются вокруг Солнца, и притом мы сами находимся на планете, обращающейся вокруг Солнца.
2. Скорость движения по орбите тем больше, чем ближе планета к Солнцу.
Таким образом, когда Венера и Земля находятся примерно на одной прямой с Солнцем и по одну сторону от него, Венера обгоняет Землю в орбитальном движении и на небе Земли перемещается среди звёзд попятным движением. Когда в такой ситуации оказываются Земля и Марс, уже Земля обгоняет своего внешнего соседа, и тот получает попятное движение на небе.
Размеры петли зависят от расстояния между планетой и Землёй: чем оно больше, тем петля меньше. Отметим ещё, что планеты описывают петли, а не просто движутся туда-обратно по одной линии исключительно из-за того, что плоскости их орбит не совпадают с плоскостью эклиптики (т. е. плоскостью земной орбиты).