Как найти расстояние от венеры до солнца

Прохождение Венеры по диску Солнца и определение расстояния между ними

Рис. 1: Земля (синяя), Венера (серая) и Солнце (оранженвое), не в масштабе.

По поводу прохождения Венеры по диску Солнца 2012 года написано уже много статей. О том, как редко случается это событие, и почему именно: по идее, Венера, движущаяся вокруг Солнца чаще, чем Земля, должна проходить между Землёй и Солнцем во время каждого своего оборота (рис. 1), но из-за того, что орбиты двух планет не выровнены (не находятся в одной плоскости, см. рис. 2), Венера часто проходит выше или ниже Солнца с точки зрения Земли.

Но вместо того, чтобы повторять слова других, я хочу добавить несколько деталей, которые не так легко найти в интернете.

Вы, возможно, читали, что при помощи техники, основанной на рассуждениях астронома Эдмунда Галлея (известного кометой Галлея), сделанных им с 1678 по 1716 года, а также Джеймса Грегори до него, прохождение Венеры 1716 года был использован для определения расстояния от Земли до Солнца (и до Венеры, и всех остальных планет) с погрешностью в 2% — высочайшая из достигнутых на то время. Надеялись, что точность будет в 10 раз выше, но в процесс вмешался неожиданный оптический эффект под названием «эффект чёрной капли» — по поводу точных причин его возникновения до сих пор идут споры. Но вы могли не прочесть, что это измерение — и множество других измерений расстояний в астрономии, вплоть до достаточно близко расположенных звёзд — основано на принципе параллакса, на том же геометрическом факте, который используется нашими глазами и мозгом для восприятия глубины, или нашей способности чувствовать, насколько далеко от нас находятся объекты, просто взглянув на них.

Рис. 2: Земля (синяя), Венера (серая) и Солнце (оранжевое), не в масштабе. Орбита Венеры (чёрный круг в сером прямоугольнике) наклонена относительно орбиты Земли (синий круг в голубом прямоугольнике). Градус наклона сильно преувеличен. Поскольку Земля и Венера вращаются вокруг Солнца с разными скоростями, они могут проходить мимо друг друга в любых точках орбит.

Без параллакса тоже несложно определить относительное расстояние от Венеры до Солнца — то есть, отношение радиуса орбиты Венеры L_V к радиусу орбиты Земли L_E. Поэтому в астрономии эпохи Возрождения довольно рано были высчитаны относительные расстояния от планет до Земли и Солнца. Но чтобы определить L_V и L_E отдельно, необходимо измерить параллакс, и прохождение Венеры может его обеспечить. Прохождение Венеры в 1760-х дало довольно точное измерение величины L_E — L_V, «абсолютного» расстояния от Земли до Венеры; это позволило узнать L_E, L_V, и расстояния до всех остальных планет с погрешностью в пару процентов. До этого, в конце XVII в, было сделано измерение расстояния от Земли до Марса, имевшее погрешность около 10%; оно тоже было основано на параллаксе, но это совсем другая история.

Предварительное замечание: Земля и Венера, и даже Солнце очень малы по сравнению с расстояниями между ними, поэтому нарисовать точные изображения практически невозможно. На иллюстрациях всё время приходится рисовать планеты большими, чем они есть на самом деле, по отношению к расстояниям между ними, просто чтобы вы смогли понять концепцию. Имейте это в виду! Все мои иллюстрации сделаны не в масштабе.

Относительные размеры орбит Венеры и Земли

Рис. 3

Чтобы понять основную причину простоты определения L_V/L_E, предположим, что орбиты Земли и Венеры круговые и выровненные — они лежат в одной плоскости (как показано на рис. 1, изометрически, и на рис. 3 — вид «сверху»). На самом деле, орбиты Земли и Венеры немного вытянутые и не выровнены (рис. 2). Но эллиптичность и несовпадение плоскостей не сильно важны для наших рассуждений, поэтому сперва мы сможем их проигнорировать, а потом вновь вспомнить, чтобы получить более точные ответы.

Здесь мы применим классическую для физики технологию: сделаем приближение, достаточное для текущей задачи, и не будем углубляться больше, чем нужно. Это очень мощный способ размышления о науке и о знании вообще — на любой вопрос достаточно ответить с определённым уровнем точности, поэтому можно использовать простейшую технику из тех, что дадут вам нужный уровень точности. Этот метод прекрасно используется столетиями и применим не только к физике.

Поэтому мы примем приближение, по которому орбиты круговые и выровнены, и получим примерно правильные ответы, с погрешностью в несколько процентов. Этого будет достаточно для того, чтобы продемонстрировать основные концепции, чего я и добиваюсь. Поверьте мне, что можно сделать гораздо более точные вычисления — или же можете самостоятельно стать экспертом в этом вопросе. Но наше приближение не только даст очень неплохой ответ, но и сможет показать, почему так легко вычислить отношение L_V к L_E, но не сами значения L_V и L_E.

В течение года, когда Земля и Венера вращаются вокруг Солнца с разными скоростями, относительное положение Земли и Венеры по отношению к Солнцу меняется. Если в определённый день (день, месяц, год) я решу нарисовать картинку с Солнцем в центре и с Землёй слева, как на рис. 2, тогда Венера может оказаться в любом месте своей орбиты. Это значит, что с точки зрения Земли, угол между Венерой и Солнцем в небе будет меняться в зависимости от даты. Это показано на рис. 3, где угол назван γ. Угол легко измерить; найдите Венеру в небе после заката или перед восходом и измерьте угол между Венерой и Солнцем; см. рис. 4.

Рис. 4

Из рис. 3 видно, что у γ есть максимальный размер — угол между оранжевой и фиолетовой линиями. Перемещаясь по орбите, Венера с каждым закатом будет появляться в другом месте; некоторое время она будет несколько ночей подряд подниматься всё выше над горизонтом, а затем постепенно начнёт появляться ниже. Наблюдая за Венерой несколько ночей подряд и измеряя γ, мы можем определить максимальное значение γ, которое я назову γ_max.

Из рис. 3 очевидно, что (как показано на рис. 4) γ_max меньше 90°, поскольку фиолетовая линия должна лежать между оранжевой и красной, перпендикуляром. Геометрически это следствие того, что Венера всегда находится ближе к Солнцу, чем Земля. Эти углы объясняют, почему Венера всегда видна либо сразу после захода или перед рассветом (за исключением тех дней, когда она расположена за Солнцем). Венера не может быть в зените после наступления темноты, поскольку для этого ей надо было бы находиться слева от красной линии.

Рис. 5

Теперь мы можем определить отношение радиусов двух орбит — L_V к L_E — используя γ_max. Это простейшая геометрия, см. рис. 5. Суть в том, что когда Венера находится на максимальном угле от Солнца, линия между Солнцем и Венерой перпендикулярна линии между Землёй и Венерой, поэтому линии, соединяющие эти три объекта, образуют прямоугольный треугольник. Отсюда получаем при помощи стандартной тригонометрии:

И отсюда же, при помощи других простейших геометрических формул, мы получаем отношения между расстояниями до других планет.

Это не совсем точно, по причинам, указанным в начале; орбиты планет — эллипсы, и не лежат водной плоскости. Иначе говоря, L_V и L_E не сохраняются в течение года, а γ_max применяется немного сложнее, в трёх измерениях, как на рис. 2, а не в двух, как на рис. 1, 3 и 5. Но при помощи точных измерений положения Венеры и Солнца в небе возможно определить точные орбиты Венеры и Земли вокруг Солнца и улучшить расчёты. Смысл тот же; все измерения положения Венеры и Солнца в небе позволяют лишь измерить относительные размеры орбит Венеры и Земли. Но точные величины L_V и L_E так определить нельзя. Тут нужен другой подход.

Прохождение Венеры, параллакс и расстояние до Солнца

Причина, по которой прохождение Венеры позволяет измерить абсолютные величины орбит Земли и Венеры — этот процесс можно наблюдать с высокой точностью с разных мест земного шара, в результате чего у вас будут две перспективы видимого местонахождения Венеры по отношению к Солнцу, измеренные из разных мест с известным расстоянием между ними. Измерение параллакса позволяет определить абсолютную величину расстояние от Земли до Венеры из угла параллакса и расстояния между двумя точками измерения на Земле — точно так же, как разный вид объекта для левого и правого глаза позволяет нашему мозгу выдавать для нас ощущение глубины — чувство расстояния до объектов.

Рис. 6

Для демонстрации позвольте мне нарисовать то, как это будет выглядеть с крупной планеты. На рис. 6 показана планета, с которой мы будем наблюдать прохождение (это будет Земля) и проходящая перед звездой планета (это будет Венера). Я представлю упрощённую ситуацию (просто чтобы геометрия стала более простой и основную концепцию было проще увидеть), в которой планеты и звезда выровнены, поэтому с точки зрения наблюдателя на экваторе проходящая планета будет проходить по экватору звезды. Сверху на рис. 6 показан вид «сбоку»; обратите внимание на красную линию, идущую от экватора наблюдающей планеты к звезде через экватор планеты, проходящей по диску звезды.

В случае идеального выравнивания, наблюдатель на экваторе внешней планеты увидит, как внутренняя планета проходит по экватору звезды. Это показано в виде красной линии внизу рис. 6. Но наблюдатель с южного полюса внешней планеты увидит, как внутренняя планета проходит звезду по пути (фиолетовая линия) к северу от экватора звезды (в случае северного полюса всё будет наоборот). Если измерить угол α в небе между путями, по которым двигается проходящая планета, и знать радиус R наблюдающей планеты, мы сможем нарисовать прямоугольный треугольник, соединяющий проходящую планету, центр наблюдающей планеты и полюс наблюдающей планеты, с малым углом &alpha. Простая тригонометрия даст нам расстояние D между планетами во время прохождения, где

Рис. 7

То же верно для Земли, Венеры и Солнца, кроме того, что Земля и Венера так малы по сравнению с расстоянием между ними и Солнцем, что угол α окажется равным порядка 1/20°! (Это довольно малая величина, но вполне измеримая, хотя для точного измерения расстояния до Солнца, которое хотели получить астрономы XVIII века, потребовалось бы довольно сложное технически точное измерение величины небольшого угла). Такой маленький угол я не нарисую, поэтому придётся вам поверить мне на слово, что происходящее является доведённой до предела версией того, что я изобразил на рис. 6, с планетами и звездой (Солнцем) гораздо меньшими, чем нарисованы там, по отношению к расстояниям. Даже изображение на рис. 7 делает планеты гораздо больше, чем они есть. Но идея остаётся неизменной: расстояние D_EV между Землёй и Венерой во время прохождения можно определить, измерив угол параллакса α (внизу рис. 7; отметьте, что угловой диаметр Солнца равен порядка 1/2°).

Однако осталось ещё много вопросов:

• Я рассказал, как измерить D_EV, расстояние от Земли до Венеры во время прохождения. Но разве нашей целью было не измерить L_E и L_V, расстояние от Земли до Солнца и от Венеры до Солнца?
• Никто не отправлялся на южный полюс Земли, чтобы наблюдать прохождение Венеры в 1761 или 1769 году.
• Я предположил идеально выровненные орбиты Земли, Венеры и положение Солнца, такие, что из точки на экваторе Земли можно было бы видеть Венеру, двигающуюся по экватору Солнца. Но это на самом деле не так, и даже близко не похоже на типичное прохождение (и в 2012-м такого тоже не было).
• Угол α достаточно мал, чтобы его можно было точно измерить — особенно во времена до фотографии и мгновенных сообщений, в отсутствие чётких указаний на местоположение северного полюса Солнца, из-за чего сложно точно сравнить измерения пути Венеры, сделанные с двух разных точек Земли. Однако первичной целью было измерить угол не хуже, чем 1 часть из 500 (0,2%) (хотя из-за эффекта чёрной капли результат получился ближе к 1 части из 50 (2%)).

Как же справиться с этими проблемами?

Первое, как пройти от измерения D_EV до измерения нужных величин, L_E и L_V? Это просто — все взаимоотношения нам уже известны, в частности, мы уже знаем L_E/L_V (примерно, из рис. 4, или, если подойти к вопросу более тщательно, можно подсчитать и точнее) из максимального угла γ_max между Венерой и Солнцем с точки зрения Земли. Нам также известно D_EV = L_E — L_V = L_E (1 — L_V/L_E) из рис. 7. Поэтому мы можем получить приближённое значение L_E при помощи:

где α — угол параллакса, измеренный во время транзита, а γ_max — максимальный угол между Венерой и Солнцем (рис. 5). Более точные измерения требуют более сложной геометрии, однако с той же основной идеей.

Второе, даже если бы орбиты планет были идеально выровнены, два измерения пути Венеры не нужно измерять с экватора и полюса Земли. Их можно измерить с двух любых широт. Геометрия становится немного сложнее, но не сильно, а принцип остаётся (см. рис. 8).

Рис. 8

Третье, даже без идеального выравнивания появится небольшой угол параллакса при измерении величин с двух разных точек Земли, и если хорошо измерить этот угол, это измерение можно превратить (через чуть более сложные уравнения) в измерение D. Это показано на рис. 8, внизу.

Четвёртый вопрос — исторически сложная проблема измерения углового сдвига пути Венеры во время прохождения на угол α ведёт нас к альтернативной попытке измерения времени — либо времени прохождения, либо просто начала и конца прохождения, а не углов. Первый вариант был предложен Галлеем на основе идей Грегори, а второй, в качестве дальнейшего улучшения, предложил Жозеф Никола Делиль. Метод Галлея не требовал синхронизации часов в разных местах Земли; метод Делиля требовал, поэтому основывался на более передовой часовой технологии.

Даже в XVII или XVIII веке гораздо проще выполнить точное измерение интервала, или моментов начала и завершения затмения, чем точно измерить местоположение Венеры относительно диска Солнца, особенно при отсутствии фотографии. На рис. 9 можно видеть, что фиолетовый и красный пути Венеры, пересекающей Солнце, имеют немного отличные длины из-за того, что они не пересекают его в одном месте, а это значит, что длительность прохождения будет отличаться на время, связанное с углом параллакса. К сожалению, всё оказывается сложнее, чем выглядит на первый взгляд — Земля вертится и движется вокруг Солнца, поэтому наблюдатель проходит довольно значительное расстояние во время прохождения Венеры по диску Солнца. Поэтому требуется много усилий (вычисления довольно сложны, хотя с современными компьютерами они гораздо проще) для определения разницы временных интервалов начала и конца прохождения, наблюдаемого двумя разными наблюдателями на Земле, в зависимости от расстояния до Солнца.

Галлей в начале XVIII века понимал все необходимые геометрические принципы (если вычесть устаревшую английскую фразеологию и стиль из его текстов, вы будете удивлены, как современно звучат его сложные утверждения, и вы увидите, что учёные ещё триста лет назад были очень похожи на сегодняшних учёных, обладали таким же интеллектом и им не хватало только научной технологии сегодняшнего дня).

Рис. 9

Всё это говорит о том, что параллакс — различие в видимом положении, приписываемом Венере по отношению к Солнцу с точки зрения наблюдателей, измеряющих его в одно и то же время но с разных мест на Земле — исторически был очень важным методом, с помощью которого был определён размер Солнечной системы. Сегодня нам доступны и более мощные методы, но вам может быть интересным тот факт, что то, что вы видите сегодня в небе, имеет величайшую историческую важность, или же вы просто можете наслаждаться видом Венеры, величаво движущейся вокруг нашей звезды.

Измерение расстояния до Луны

Способы, применяемые астрономами для определения расстояния до близких к нам небесных тел, в принципе те же самые, которые применяют геодезисты при съемочных работах, землемеры, саперы, артиллеристы и т. д.

Как измерить расстояние до предмета, подойти к которому нельзя, например, до дерева на противоположной стороне реки (рис. 1)?

Топограф или землемер поступит просто. Он отложит на «своем» берегу линию АВ и измерит ее длину. Затем, став на один конец линии в точку А, измерит угол CAB — между направлением своей линии и направлением на предмет С. Перейдя в точку В он измерит угол СВА. А дальше можно поступить двумя способами: можно отложить на бумаге линию АВ в масштабе и построить на ее концах углы CAB и СВА, пересечение сторон которых и дает на плане точку С. Расстояние ее от точек А и В (да и от любой другой точки, отмеченной на плане) представит соответствующее действительное расстояние в том же самом масштабе, в котором изображена линия АВ. Или же можно по формулам тригонометрии, зная одну сторону треугольника и два его угла, вычислить все другие его линии, в том числе и высоту СН — расстояние точки С — далекого дерева до проведенной землемером линии АВ.

Точно так же поступили и астрономы, определяя расстояние до Луны. Если в один и тот же момент два наблюдателя сфотографируют небо с Луной из двух далеких друг от друга мест А и В (рис. 2) и затем сравнят свои снимки, они увидят, что положение Луны относительно звезд несколько различно. Например, звезда Е на снимке наблюдателя А будет видна к северу от Луны, а у наблюдателя В — к югу.

Измеряя снимки или, что проще, определяя положение Луны на небе в двух местах с помощью специальных телескопов, снабженных угломерными приспособлениями, можно по видимому смещению Луны найти и ее расстояние до Земли. Вспомним одну простую теорему из геометрии — сумма углов в четырехугольнике равна 360° — и применим ее к Земле и Луне.

Измерения дадут величину углов z₁ и z₂ — углов между вертикальным направлением в обоих местах и направлением на Луну. Предположим, для простоты, что места А и В лежат на одном меридиане, т. е. на круге, проходящем через оба полюса Земли. ЕЕ — земной экватор и утлы φ ₁ и φ₂ —географические широты обоих мест.

Применяя теорему к четырехугольнику OALB, где О — центр Земли, найдем, что

[(180° — z₁)+φ ₁ + φ ₁₂+ (180°—z₂)[+] p]= 360°

или

р = (z₁+ z₂) — (φ₁+ φ₂)

По известным углам найдем угол р, под которым из центра Луны видна линия АВ. Длина линии АВ известна, так как известен радиус Земли и положение мест наблюдения А и В. По длине этой линии и углу р, так же как и в случае недоступного предмета, можно вычислить расстояние до Луны.

Угол, под которым из центра Луны или другого небесного тела видна линия, длиной равная радиусу Земли, называется параллаксом этого небесного светила. Измерив угол р для любой линии АВ, можно вычислить и параллакс Луны.

Такие измерения были сделаны еще древними греками. Современные точные намерения дают для параллакса Луны на ее среднем расстоянии от Земли величину немного меньше градуса — 57′ 2″,7, т. е. Земля видна с Луны как диск диаметром почти в 2° (в 4 раза больше диаметра видимого нами диска Луны).

Отсюда следует между прочим тесьма интересный вывод: жители Луны (если бы они были там) с большим правом смогли бы сказать, что Земля служит для освещения Луны, чем мы говорим обратное. В самом деле: диск Земли, видимый с Луны, по площади в 14 раз больше видимого нами диска Луны; а так как каждый участок поверхности диска Земли отражает в 6 раз больше света (из-за наличия атмосферы), чем такой же участок диска Луны, то Земля посылает на Луну в 80 раз больше света, чем Луна на Землю (при одинаковых фазах).

По параллаксу Луны сейчас же находим, что расстояние до нее в 60,267 раз больше радиуса Земли или равно 384 400 км.

Однако — это среднее расстояние: путь Луны не точный круг, и Луна, обращаясь вокруг Земли, то подходит к ней на 363000 км, то удаляется на 405 000 км.

Так решается первая, самая простая задача — измерение расстояния до самого близкого к нам небесного тела. Это сравнительно не трудно, потому что видимое смещение Луны велико, и его можно было измерить с помощью даже тех примитивных приборов, которыми пользовались древние астрономы.

Чему равно расстояние до Солнца

Казалось бы, можно применить тот же самый способ и для измерения расстояния: до Солнца — произвести одновременные наблюдения в двух местах, вычислить углы четырехугольников и треугольников, и задача решена. На деле, однако, обнаружилось весьма много трудностей.

Уже древние греки установили, что Солнце во много раз дальше Луны, но во сколько именно — установить не смогли.

Древнегреческий астроном Аристарх нашел, что Солнце в 20 раз дальше Луны; это измерение было неверно. В 1650—1675 гг. голландские и французские астрономы показали, что Солнце дальше Луны примерно в 400 раз. Стало понятным, почему не удавались попытки обнаружить видимое смещение Солнца, как это удалось сделать для Луны. Ведь параллакс Солнца в 400 раз меньше параллакса Луны, всего около 1/400 градуса, или 9 сек. дуги. А это значит, что даже при наблюдении с двух мест Земли, лежащих на противоположных концах диаметра Земли, например с северного и южного полюсов, видимое смещение Солнца было бы равно видимой толщине проволоки в 0,1 мм (человеческий волос) при рассматривании ее с расстояния в 1,5 м. Величина ничтожная, и заметить ее трудно, хотя и возможно с помощью точного угломерного прибора.

Но возникают большие добавочные трудности. Луну наблюдают ночью и ее положение сравнивают с положениями соседних звезд. Днем звезд не видно, и сравнивать положение Солнца не с чем, приходится целиком полагаться на разделенные круги самого прибора. Прибор нагревается лучами Солнца, различные части его деформируются, вызывая появление новых ошибок. Да и сам воздух, нагретый лучами Солнца, неспокоен, край Солнца кажется волнующимся, дрожащим, по небу как бы бегут волны. Погрешности наблюдений будут больше той величины, которую необходимо измерить. От самого простого метода пришлось отказаться и пойти обходными путями.

Наблюдения видимых движений планет производились еще в глубокой древности. Из сравнения этих наблюдений с современными удалось с очень большой точностью определить время обращения планет вокруг Солнца. Так например, мы знаем что Марс совершает свой оборот в 1,8808 земных года. Но третий закон Кеплера говорит: «Квадраты времен обращения планет относятся, как кубы их средних расстояний от Солнца». Отсюда, принимая за единицу среднее расстояние Земли от Солнца, можно вычислить, что среднее расстояние Марса равно 1,5237. Таким путем можно построить точный «план» солнечной системы, нанести орбиты планет, Земли, комет, но у плана будет не хватать «мелочи» — масштаба. Мы сможем уверенно сказать, что Венера в 1,38 раза ближе к Солнцу, чем Земля, а Марс в 1,52 раз дальше, но ничего не будем знать о том, сколько же километров от Венеры или Земли до Солнца. Достаточно, однако, найти хотя бы одно из расстояний в километрах: мы получим в свои руки масштаб и, пользуясь им, сможем измерить любое расстояние на плане.

Именно этот способ был применен для измерения расстояния от Солнца до Земли. Меркурий и Венера находятся ближе к Солнцу, чем Земля. Может оказаться, что когда Земля и Венера будут находиться по одну сторону от Солнца, — центры Солнца и обеих планет окажутся на одной «прямой линии (рис. 3). Венера будет видна с Земли на диске Солнца. Расстояние от Земли до Венеры будет почти в 4 раза меньше расстояния до Солнца, а параллакс ее почти в 4 раза больше параллакса Солнца. Кроме того, нужно будет определить положение Венеры относительно центра Солнца, что можно сделать гораздо точнее, чем определение видимого положения Солнца (ошибки, присущие инструменту, влияют значительно меньше при определении относительного положения двух небесных тел).

Если бы движение Земли и Венеры происходило в одной и той же плоскости, то «прохождения Венеры по диску Солнца» наблюдались бы каждый раз, когда Венера, движущаяся быстрее Земли, обгоняет ее, т. е. примерно раз в 1 год и 7 мес. Но плоскости путей Земли и Венеры наклонены друг к другу. Обгоняя Землю, Венера проходит выше или ниже Солнца и не может быть наблюдаема, так как она повернута к Земле темной, не освещенной Солнцем стороной. Мы увидим ее на диске Солнца лишь в том случае, если и «обгон» будет происходить вблизи линии пересечения плоскостей орбит обеих планет.

Такое «счастливое совпадение» случается не часто. После одного прохождения второе следует через 8 лет, но зато следующее — лишь через 105—120 лет. Впервые явление наблюдали в 1639 г. Следующие прохождения — 1761, 1769, 1874 и 1882 гг. наблюдались уже весьма тщательно для определения точного расстояния до Солнца. Для наблюдения последних двух прохождений было снаряжено большое число специальных экспедиций. Наблюдатели в далеко расположенных пунктах с наибольшей доступной точностью наблюдали моменты начала и конца явления, а также положение Венеры на диске Солнца. При наблюдениях последних прохождений применялось уже фотографирование Солнца. Видимый путь Венеры по диску Солнца будет несколько смещен у обоих наблюдателей (рис. 3). Из величины смещения можно вычислить расстояние от Земли до Венеры, т. е. найти тот ключ, масштаб, которого недоставало в построенном плане солнечной системы. Наблюдений прохождений Венеры дали для параллакса Солнца величину 8″,86 и для расстояния Солнца — 148 000 000 км.

Два ближайших прохождения Венеры по диску Солнца будут наблюдаться 8 июня 2004 г. и 6 июня 2012 г.

Могут наблюдаться и прохождения по диску Солнца ближайшей к Солнцу планеты — Меркурия. Они бывают значительно чаще, чем прохождения Венеры, но представляют несравненно меньше интереса для определения расстояния до Солнца: в момент прохождения расстояние от Земли до Меркурия составляет около 90 млн. км, и параллакс его лишь в 1,5 раза больше параллакса Солнца.

Другое удобное расположение планет бывает тогда, когда Земля, двигаясь быстрее Марса, перегоняет его (рис. 4). В это время Марс виден на ночном небе в противоположном от Солнца направлении, почему такие положения его и называются противостояниями. Расстояние между Землей и Марсом уменьшается в среднем до 78 млн. км. Однако орбита Марса сильно отлична от круга, и если сближение Марса и Земли происходит в августе — сентябре, расстояние до Марса может быть всего 56 млн. км. Марс виден всю ночь, и его положение можно очень точно определить, пользуясь как опорными точками близкими звездами.

Наблюдения из двух пунктов дадут параллакс Марса, а отсюда можно вычислить его расстояние и по нему — масштаб к плану солнечной системы. Приближения Марса и Земли — противостояния Марса — повторяются приблизительно через 2 года и 2 мес., а так называемые «великие противостояния», когда Марс ближе всего к Земле, — раз в 15 —17 лет. Последнее «великое противостояние» было 24 августа 1924 г., а следующее будет 23 июля 1939 г. Каждое противостояние используется не только для определения расстояния, но и для физических наблюдений самого Марса.

Еще ближе к Земле может подойти Эрос, одна из семейства малых планет, орбиты большинства которых лежат между орбитам Марса и Юпитера. Орбита Эроса очень сильно отлична от круга, и значительная часть ее лежит даже внутри орбиты Марса (рис. 5). В некоторых случаях расстояние между Землей и Эросом может уменьшаться до 22 млн. км, т. е. до 1/7 расстояния Солнца, довольно близко Эрос подходил к Земле в 1900—1901 гг. (на 48 млн. км) и в 1930— 1931 гг. (на 26 млн. км). Эрос наблюдался в это время, как звездочка, положение которой среди других звезд может быть определено весьма точно.

Нужно заметить, что для определения параллакса по наблюдениям Эроса не нужно обязательно производить наблюдения из двух далеких пунктов. Вращение Земли вокруг оси уносит с собой наблюдателя и, если он находится на экваторе, за 12 час. вращение Земли перенесет его на расстояние, равное диаметру Земли, или 12,7 тыс. км. Наблюдатель, расположенный к северу или к югу от экватора, переместится меньше. И если снимки Эроса произведены в начале и в конце ночи, — они равносильны снимкам, сделанным на большом расстоянии друг от друга. Нужно, конечно, принять во внимание движение Земли и Эроса по орбитам за время между снимками.

Существуют ещё другие способы измерения расстояния до Солнца, но они не являются основными, и рассматривать их мы не имеем возможности. Между прочим такой же метод использовался древними и для определения параллакса Луны.

Сопоставление всех наиболее точных определений дает для параллакса Солнца величину 8″,803 с возможной ошибкой в 0″,001, а отсюда — среднее расстояние Земли равно 149 450 000 км с возможной ошибкой в 17 000 км.

Среднее расстояние Солнца—Земля является основным для выражения других расстояний в солнечной системе и названо «астрономической единицей». Но действительное расстояние до Солнца может отличаться от среднего, так как путь Земли около Солнца — не круг, а эллипс. В июле расстояние до Солнца на 2,5 млн. км больше среднего, а в январе на столько же меньше.

Астрономическая единица есть та мера, которой мы измеряем «не только все расстояния до тел солнечной системы, но и расстояния самых далеких звезд, туманностей и звездных скоплений. Словом, это та мера, при помощи которой мы определяем масштаб строения вселенной. Поэтому на определения ее потрачено много усилий, и известна она современной науке с большой точностью.

Может показаться, что указанная выше ошибка в 17 000 км велика; но не надо забывать, что эта ошибка составляет лишь немногим больше 0,0001 всей астрономической единицы. Представим себе, что мы измерили длину комнаты в 9 м и при этом измерении ошиблись всего лишь на 1 мм. По сравнению с длиной комнаты эта ошибка соответствует точности, с которой известно среднее расстояние Земли от Солнца. Но если попробовать на самом деле измерить длину в 9 м с ошибкой в 1 мм, — это окажется совсем не так просто: потребуется большое внимание и хорошие измерительные инструменты, чтобы обеспечить такую точность при обыкновенном измерении по гладкому полу, во всех точках доступному измерителю. Тем более нужно отдать должное точности, с которой произведено измерение через межпланетное пространство расстояния до Солнца, к которому ни один человек ее приближался ближе чем на 147 млн. км, — расстояние, которое пушечное ядро сможет пролететь, двигаясь со скоростью 1000 м/сек, только в 4,5 года.