Обычно Марс движется на фоне созвездий вдоль эклиптики с запада на восток – как и Луна. Лишь в периоды противостояний (непосредственного сближения) красная планета внезапно останавливается и на два-три месяца изменяет направление своего движения («обратное движение», «попятное движение», «ретроградное движение»), чтобы через некоторое время вновь вернуться «на круги своя». Об особенностях этого движения пишет в своих трудах римлянин Плиний-старший (он называет Марс «Inobservabile sidus» – «Незаметное светило»), но не находит объяснения феномену.
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