Ближайшая к нам спиральная туманность видна в созвездии Андромеды (рис. 2). Она находится от нас на расстоянии более миллиона световых лет и по своим размерам больше нашей Галактики.
Сейчас ученым известны миллионы галактик, целые скопления и облака галактик. Предполагают, что все видимые в настоящее время галактики составляют лишь небольшую часть более грандиозной космической системы — Метагалактики. До ее границ пока не могут проникнуть даже самые мощные телескопы.
Взаимное положение звезд на небе не является неизменным. Все звезды, в том числе и наше Солнце, перемещаются в различных направлениях со скоростями в десятки и сотни километров в секунду. Угловое перемещение звезды на небесной сфере за один год называется собственным движением звезды. Правда, изменение видимых с Земли положений звезд происходит очень медленно, так как расстояния до звезд чрезвычайно большие, и перемещение становится заметным через многие тысячелетия (рис. 3).
Рис. 3. Собственное движение ярких звезд созвездия Большой Медведицы:
а — вид ковша несколько десятков тысяч лет назад; б — в настоящее время; в — через несколько десятков тысяч лет
Рис. 4. Движение Земли и других планет вокруг Солнца
Собственное движение звезд в течение одного года обычно измеряется дугой в доли секунды. Однако за длительное время это перемещение увеличивается, поэтому координаты звезд со временем уточняют.
Солнце вместе со всей солнечной системой движется относительно окружающих звезд по направлению к точке, находящейся на границе созвездий Лиры и Геркулеса, со скоростью около 20 км/сек. Увлекаемая движением Солнца Земля описывает в пространстве винтовую линию.
Движение солнечной системы впервые было установлено В. Гершелем в 1783 г.
Вокруг Солнца на различных от него расстояниях под действием силы притяжения обращаются девять планет, девять больших темных шарообразных тел, одним из которых является наша Земля (рис. 4).
Каждая планета имеет свое название: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Предполагают, что далеко за орбитой Плутона вокруг Солнца обращается еще одна планета — Трансплутон, но пока ее еще никто не видел.
Земля находится от Солнца на расстоянии в среднем 150 млн. км. Меркурий и Венера ближе к Солнцу, чем Земля, а остальные планеты дальше. Самая дальняя планета — Плутон, она примерно в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Некоторые планеты имеют свои спутники.
Между орбитами Марса и Юпитера вокруг Солнца обращается множество малых планет, называемых астероидами. К настоящему времени известно более 1800 таких астероидов. Диаметр большинства астероидов 15—75 км. Самый крупный из них — Церера имеет диаметр до 770 км.
Самые мелкие — неправильной формы глыбы диаметром около 1 км.
Космическая ракета, запущенная в Советском Союзе в январе 1959 г. на орбиту вокруг Солнца, стала первой искусственной планетой солнечной системы. Ее иногда называют «десятой планетой», хотя по размерам она несравненно меньше естественных планет. Орбита космической ракеты проходит между орбитой Земли и орбитой Марса.
Планеты различны по размерам, плотности, количеству спутников и другим данным. Примерно такими же по размеру, как Земля, являются Меркурий, Венера, Марс. У этих планет плотность значительно больше, чем плотность воды. Предполагают, что такого же типа планета Плутон. Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — планеты значительно больших размеров. Все они имеют среднюю плотность, близкую к плотности воды.
Сравнительные размеры Солнца и планет показаны на рис. 5.
Так как размеры орбит планет различны, различны и их периоды обращения вокруг Солнца. Если Земля делает полный оборот вокруг Солнца за год, то Меркурий примерно за 1/4 года, Юпитер — за 12, а Плутон — почти за 250 земных лет.
Невооруженным глазом на небе можно увидеть шесть планет: Уран, Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн; для воздушной навигации применяются последние четыре. От звезд планеты отличаются яркостью. Хотя света они не излучают, но, как и Земля, освещаются Солнцем и отражают солнечные лучи, почему и становятся видимыми.
В отличие от звезд, непрестанно мерцающих и меняющих яркость, особенно морозной ночью, в ветреную погоду и после дождя, планеты всегда сияют ровным светом. Это объясняется тем, что лучи света от звезд, воспринимаемых глазом, как светящиеся точки, проходя через слои атмосферы различной плотности, претерпевают множество отклонений от прямого пути, в результате чего они приходят к нам то ослабленными, то усиленными, и свет звезд как бы вспыхивает, дрожит. Планеты же находятся к нам значительно ближе звезд и представляются нам не светящимися точками, а небольшими дисками, различные точки которых мерцают в разное время, и общая сумма света, отраженного ими, остается почти постоянной. Поэтому их свет воспринимается глазом как ровный и спокойный.
Рис. 5. Сравнительные размеры Солнца и планет
Видимое положение планет относительно звезд непостоянно. Планеты как бы «блуждают» среди звезд. Собственно, и слово планета в переводе с греческого языка означает «блуждаю». В результате сочетания обращения планет вокруг Солнца и движения Земли с движением каждой планеты это перемещение планет относительно звезд происходит то быстрее, то медленнее, то оно направлено в сторону суточного вращения небесной сферы, то в противоположную сторону. Движение планет среди звезд может казаться нам и петлеобразным, так как мы наблюдаем его с Земли, которая сама обращается вокруг Солнца.
Все планеты совершают свой видимый путь вблизи эклиптики, в области так называемого пояса Зодиака. Видимое перемещение планет, как и Солнца, среди звезд происходит в направлении с запада на восток.
На рис. 6 показана схема перемещений по звездному небу планеты Венеры с начала января до 15 августа 1961 г. Как видно из этой схемы, Венера в первой половине января проходит созвездие Водолей, затем в феврале проходит южнее созвездия Пегас и с начала марта до 15 мая совершает петлеобразный путь между созвездиями Андромеды и Кита. В середине июля Венера видна южнее созвездия Овен, в июле проходит через созвездие Тельца, а в августе— через созвездие Близнецы.
Рис. 6. Схема перемещения по звездному небу планеты Венеры с 1.1 по 15.8 1961 г.
В истории развития познаний о планетах большое значение имело открытие немецким ученым Иоганном Кеплером в начале XVII века трех законов движения планет, ставших основой теоретической астрономии. Путем вычислений он доказал, что, во-первых, каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. Отсюда следует, что расстояние между планетой и Солнцем меняется. Ближайшую к Солнцу точку орбиты называют перигелием, а самую отдаленную — афелием.
Во-вторых, Кеплер нашел, что скорость движения планеты вокруг Солнца не всегда одинакова: подходя ближе к Солнцу, планета движется быстрее, а отходя дальше от него — медленнее.
В-третьих, Кеплер установил зависимость между временем обращения планет и их расстоянием от Солнца: квадраты периодов обращения любых двух планет относятся между собой, как кубы их средних расстояний от Солнца. Следовательно, зная из наблюдений периоды обращения планет, можно определить большие полуоси орбит планет и расстояния планет от Солнца.
При движении планет их взаимное расположение все время меняется. Например, внутренняя по отношению к Земле планета, т. е. более близкая к Солнцу, чем Земля, может быть между Землей и Солнцем или за Солнцем. Планеты, находящиеся за Солнцем и между Землей и Солнцем на одной линии, с Земли не видны, так как они скрываются в лучах Солнца.