Вызывало вопросы и изменение яркости Марса, связанное с его удалением от Земли. В рамках геоцентрической картины мира (Земля в центре Вселенной), которой придерживались астрономы эллинской культуры, трудно было понять, почему так происходит. Но зато это явление находило отличное объяснение после принятия гелиоцентрической концепции (Солнце в центре Вселенной), которую сформулировал древнегреческий астроном Аристарх Самосский в 250 году до нашей эры. Однако на долгое время гелиоцентрический взгляд на мир был похоронен (в том числе и поздними греческими философами) и возродился в Европе только благодаря усилиям польского каноника Николая Коперника в XVI веке. В своем знаменитом сочинении «Об обращениях небесных сфер» («Revolutionibus Orbium Caelestium», 1543) он приводит пример «попятного» движения Марса в периоды противостояния как доказательство гелиоцентрической картины мира.

Учение Коперника официально осудила церковь, однако практикующим астрономам оно пришлось по душе. Огромный вклад в подтверждение нового взгляда на устройство Вселенной внес датский ученый Тихо Браге. За свою долгую жизнь он созерцал десять противостояний Марса, накопив непрерывный ряд наблюдений за 22 года. Этот ценнейший материал попал после смерти ученого в руки Иоганна Кеплера, прекрасного вычислителя и человека широких взглядов, не связывавшего себя распространенными в те времена представлениями о движении планет по идеальным окружностям – ведь именно так описал Солнечную систему Коперник. Обработка наблюдений положений Марса, выполненных Тихо Браге, привела Кеплера к открытию трех знаменитых законов движения планет. Истинной формой планетных орбит оказался эллипс, а Солнце находилось в одном из фокусов этого эллипса – общем для всех планет.

Выбор Марса для анализа планетарных орбит оказался удачен. Орбита Марса имеет эксцентриситет 0,093, тогда как орбита Венеры – только 0,007, что в 13 раз меньше. Быть может, имея дело с наблюдениями Венеры или Юпитера, Кеплер не открыл бы свой первый закон, не обнаружил бы отличия орбиты планеты от идеальной окружности.

Элементы орбиты Марса, вычисленные Кеплером, мало отличаются от современных. Например, большая полуось орбиты по Кеплеру равнялась 1,5264 астрономической единицы (а. е.), тогда как современное ее значение – 1,5237 а. е. Эксцентриситет орбиты Марса по Кеплеру равен 0,0926, а современное его значение – 0,0934.

Пятна на Марсе

Когда оптические инструменты позволили астрономам различать детали на поверхности Марса, уже была хорошо известна продолжительность марсианского года – 687 земных дней. Но оставался открытым вопрос о скорости вращения красной планеты вокруг собственной оси, то есть о продолжительности марсианских суток. Чтобы определить их, необходимо было выявить на Марсе некую заметную деталь и засечь время между ее первым и вторым наблюдениями.

Еще Галилео Галилей, итальянский профессор математики, на своем примитивном телескопе проводил в 1610 году наблюдения Марса и установил, что красная планета имеет такие же фазы, как Луна и Венера.

Интересная деталь. В те времена открытие, которое требовало подтверждения в ходе дальнейших продолжительных наблюдений, шифровали анаграммами (перестановкой букв в послании, при котором утрачивается исходный смысл), чтобы позднее можно было восстановить и отстоять приоритет. По результатам очередной серии наблюдений планет Галилей составил такую анаграмму: «s m a i s m r m i l m e p o e t a l e u m i b u n e n u g t t a u i r a s». Иоганн Кеплер, получивший эту шифровку в Праге, тут же поспешил поздравить ученого с обнаружением двух спутников Марса. Дело в том, что великий математик после открытия четырех спутников Юпитера (сделанного тем же Галилеем в январе 1610 года) решил, что существует определенная зависимость («пропорция») в распределении спутников у планет по Солнечной системе. От практиков он ждал подтверждения своей гипотезе, то есть открытия одного спутника у Венеры, двух спутников – у Марса и шести или восьми спутников – у Сатурна. Однако Кеплер ошибся не только в своем предположении, но и в расшифровке анаграммы. На самом деле послание имело отношение не к Марсу, а к Сатурну и звучало так: «Altissimum planetam tergeminum observavi» («Высочайшую планету тройною наблюдал»). Кстати, объяснение этому странному наблюдению дали только через полстолетия, когда нидерландский ученый Христиан Гюйгенс открыл у Сатурна кольца.

Но вернемся к Марсу. Честь называться первым, кто различил детали на красной планете, видимые как темные пятна, принадлежит неаполитанскому адвокату Франческо Фонтане, увлекавшемуся любительской астрономией. Работая с собственноручно построенным телескопом, Фонтана в 1636 году зарисовал диск Марса, на котором мы видим темное пятно, названное астрономом «черной пилюлей». Сегодня никто не осмелился бы подставить под сомнение приоритет Фонтаны, однако он зарисовал такую же «пилюлю» и для Венеры, что говорит не об открытии, а о дефекте прибора.