Н. Коперник первым постиг действительные законы строения Солнечной системы. Наше Солнце — одна из многих звезд Вселенной, вокруг которой вращаются большие и малые планеты. Среди планет Земля и Марс совершают свое бесконечное кружение по соседним орбитам.
Николай Коперник был и одним из первых, кто начал наблюдения Марса. Целью его наблюдений было определение точных, по тем временам конечно, положений планеты среди звезд. Этими наблюдениями Коперник старался подтвердить правильность построенной им гелиоцентрической системы мира, согласно которой Марс оказывался непосредственным соседом Земли по удалению от Солнца.
Наблюдения положений Марса относительно звезд были продолжены другим очень знаменитым астрономом Тихо Браге. В течение более чем двадцати лет непрерывно наблюдал Тихо Браге перемещения Марса по звездному небу.
Обработка этих данных позволила другому великому астроному, Иоганну Кеплеру, вывести три основных закона движения планет вокруг Солнца. Он установил, что орбиты, по которым движутся планеты, являются не окружностями, а эллипсами. Солнце находится в одном из фокусов такого эллипса.
Элементы орбиты, вычисленные Кеплером, почти не отличаются от современных.
Обращаясь вокруг Солнца, Земля и Марс периодически оказываются на одной прямой, проходящей через центр Солнца и центр обеих планет. В это время планетами самое короткое расстояние.
Марс расположен от Солнца в полтора раза дальше нашей Земли и движется по орбите, значительно более вытянутой, чем у нашей планеты. Среднее расстояние Марса от Солнца составляет 228 миллионов километров. В ближайшей точке к Солнцу Марс находится от него на расстоянии на 21 миллион километров меньше среднего, а в самой дальней точке орбиты расстояние увеличивается на 21 миллион километров относительно средней величины.
На преодоление столь длинного пути вокруг Солнца Марс тратит почти вдвое больше времени, чем Земля. Марсианский год длится 687 суток. Каждые 780 дней Земля «нагоняет» Марс, и обе планеты оказываются на близком расстоянии друг от друга. Такие сближения планет называют противостояниями. В это время Марс располагается на небе против Солнца. Орбита Марса более вытянута, чем земная, наименьшие расстояния во время противостояний имеют различные величины. В лучшем случае — это 56 миллионов километров, но бывает и больше — до 101 миллиона километров.
Противостояния, при которых планеты сближаются менее чем на 60 миллионов километров, называют великими. В период великих противостояний Марс подходит к наиболее близкой к Солнцу точке своей орбиты — перигелию. Земля появляется вблизи этой области околосолнечного пространства обычно на исходе лета в северном полушарии. Поэтому даты великих противостояний, происходящих каждые 15 или 17 лет, приходятся обычно на август или сентябрь.
Вращаясь вокруг Солнца, обе планеты — Земля и Марс — оказываются в самых различных положениях относительно Солнца и друг друга и на самых разных расстояниях.
Если в моменты великих противостояний луч света пробегает путь от Земли до Марса всего лишь за 3 минуты, то при наибольшем удалении планет друг от друга для этого требуется 21 минута.
Среди девяти больших планет Солнечной системы Марс занимает сравнительно скромное место. Его масса составляет лишь десятую часть массы Земли, а диаметр марсианского шара равен примерно половине земного. При таких размерах и больших расстояниях, разделяющих Землю и Марс, планета предстает земному наблюдателю в виде всего лишь светящейся точки.
Так выглядит петлеобразный путь Марса на фоне звездного неба при наблюдении с поверхности Земли.
В наиболее благоприятные для наблюдений периоды противостояний видимый диаметр Марса достигает в среднем около 1/200 градуса.
Много это или мало? Совсем немного. Под таким же углом выглядит горошина с расстояния 70 метров. Попробуйте ее разглядеть! Человек даже с очень острым зрением не сможет различить столь малый предмет на столь большом расстоянии.
Почему же мы все-таки видим Марс невооруженным глазом? Потому что мы видим на небе не кружок красной планеты, а светящуюся точку. Заменим в нашем воображаемом опыте горошину на лампочку от карманного фонаря, примерно такую же по размерам, но имеющую возможность светиться. Тогда в полной темноте, если рядом не будет мешающих более сильных источников света, мы увидим и на таком большом расстоянии этот маленький огонек.
Марс сам не светится. Через миллионы километров до нас доходит солнечный свет, отраженный поверхностью марсианского шара. Находясь дальше от Солнца, Марс получает в два с лишним раза меньше света и тепла, чем наша планета. И все же света, отраженного всей поверхностью дневного, то есть освещенного Солнцем, полушария, оказывается достаточно, чтобы и без телескопа или бинокля, невооруженным глазом, увидеть на темном ночном небе планету и даже заметить красноватый оттенок блеска.