Шла первая половина XVI века. Он был священником католической церкви, в свободное от работы время занимаясь математикой и астрономией. Как трудно было наблюдать небо в то время! Приборы для определения углов, которыми распоряжались ученые-схоласты, монахи и мореплаватели были примитивны и зачастую крайне плохо сделаны. О телескопах никто и не мечтал. Почти все были уверены в правоте учения Аристотеля, согласно которому Земля покоится в центре Вселенной, а вокруг нее день и ночь описывают круги Солнце, Луна, планеты и звезды.

Николай Коперник — так звали нашего священника — в молодости также был сторонником учения Аристотеля. Всем была прекрасна теория: стройна, логически непротиворечива и согласована с наблюдениями. Но один момент не давал покоя Копернику — очень уж теория была сложна. Даже избыточно сложна! Чтобы согласовать с ней сложное петлеобразное движение Марса, Юпитера и Сатурна на фоне звезд, астрономы были вынуждены придумать эпициклы и деференты, многократно усложнив круговые орбиты планет вокруг Земли. А почему Венера и Меркурий всегда находятся на небе рядом с Солнцем и находятся то справа, то слева от светила? Не потому ли, что они вращаются вокруг Солнца, которое, впрочем, если верить Аристотелю, само вращается вокруг Земли?

Как все сложно! А не проще ли предположить, что в центре мира находится не Земля, но Солнце, и все планеты, включая Землю, вращаются по орбитам вокруг Солнца?! Эта мысль настолько поразила Коперника, что он решил провести необходимые расчеты с целью ее проверки. Итогом многолетней работы скромного каноника стала книга «Об обращении небесных сфер».

Эта, без всякого сомнения, революционная книга навсегда изменила наше представление о мире и о нашем месте в нем. Во-первых, мы узнали, что обитаем на такой же планете, как Марс, Юпитер или Сатурн! (До Коперника Земля не считалась планетой!) Во-вторых, оказалось, что все планеты вращаются вокруг Солнца в определенном порядке: ближе всего находится Меркурий, затем Венера, затем Земля и вращающаяся вокруг нее Луна, потом Марс, Юпитер и, наконец, Сатурн. Стало возможным даже вычислить расстояния до этих планет! В-третьих, если Венера и Меркурий находятся ближе к Солнцу, чем Земля, то они должны иметь фазы освещенности, подобные лунным, то есть выглядеть в разное время, как тонкий серп, полудиск или же полный диск!

Предсказание Коперника о фазах внутренних планет нельзя было проверить без телескопа, ведь и Меркурий и Венера находятся от нас далеко и потому выглядят на небе, как звездообразные объекты. Только спустя 70 лет после смерти Коперника, когда был изобретен телескоп, это следствие из его теории блестяще подтвердилось!

Почему вообще Меркурий и Венера имеют фазы? Для этого взгляните на рисунок ниже.

почему Венера меняет фазы

Объяснение фаз Венеры. Рисунок: Большая Вселенная

Данный рисунок представлен не в масштабе (планеты слишком крупные и расположены слишком близко к Солнцу), но для наших целей это не важно. Земля движется по орбите вокруг Солнца, но Венера, которая расположена ближе к Солнцу и двигается по орбите меньшего радиуса, догоняет и обгоняет Землю.

В момент, когда Венера находится между Солнцем и Землей, мы ее не видим, так как к нам повернута не освещенная Солнцем, ночная сторона планеты. (Кроме того, Венера в это время находится на дневном небе очень близко к Солнцу!) Обгоняя Землю, Венера становится видна на небе справа от Солнца в виде тонкого серпика. Ясно, что справа от Солнца, значит к западу от него. Так как суточное вращение небесных светил происходит с востока на запад, Венера наблюдается перед восходом Солнца, то есть на утреннем небе.

серп Венеры

Серп Венеры вблизи ее нижнего соединения с Солнцем. Источник: skyandtelescope.com

По мере того, как Венера все дальше убегает от Земли, ее фаза растет: из тонкого серпа она превращается в полудиск, затем в вытянутый эллипс и, наконец, оказавшись для нас за Солнцем, ее фаза становится полной. При этом видимый диаметр Венеры на небе уменьшается! Конечно, находясь в самой дальней от нас точке своей орбиты и вблизи нее Венера опять-таки не видна, так как находится на небе рядом с Солнцем (чуть выше или чуть ниже светила).

Второй этап — вечерняя видимость Венеры, когда планета «выныривает» из-за Солнца и начинает догонять Землю. В это время планета видна слева — к востоку — от нашей дневной звезды. Угловые размеры Венеры растут, а фаза убывает: из полностью освещенного диска планета превращается в узкий серпик, похожий на букву С. Полный цикл от «новой» Венеры через фазу полной освещенности до «новой» Венеры составляет 584 дня.

фазы Венеры

Фаза Венеры и ее угловые размеры тесно связаны. Чем ближе планета к Земле, тем больше она похожа на серп и тем больше ее видимый диаметр. В фазе очень узкого серпа видимый диаметр Венеры составляет одну угловую минуту или 1/30 видимого диаметра Луны на небе. Не раз поступали сообщения, что люди с очень острым зрением наблюдали серп Венеры невооруженным глазом! Фото: Daniel Herron/APOD

Та же самая картина наблюдается и в случае с Меркурием. Отличие состоит в том, что Меркурий меняет фазы гораздо быстрее Венеры (его орбита еще меньше), а серпик Меркурия в несколько раз меньше серпа Венеры.

Сегодня убедиться в том, что Меркурий и Венера меняют фазы освещенности, может каждый. Для этого достаточно иметь небольшой любительский телескоп. Наблюдая за планетами в течение нескольких дней (в случае с Меркурием) или недель (в случае с Венерой) можно убедиться в том, что форма освещенной Солнцем поверхности планеты меняется.

Подробнее о том, когда и где наблюдать Венеру и Меркурий в марте 2018 года, вы можете прочитать здесь.