Hubble zrewolucjonizował astronomię swoimi odkryciami. Herschel zaobserwował również istnienie światła poza zakresem widzialnym dla naszych oczu, odkrył światło poza kolorem czerwonym, które dzisiaj nazywamy światłem podczerwonym. Dokonał tego, przepuszczając światło słoneczne przez pryzmat oraz mierząc ilość ciepła zaabsorbowanego przez termometry oświetlone wyłącznie światłem odpowiednio niebieskim, żółtym i czerwonym. Następnie umieścił czwarty termometr tuż za czerwonym widzialnym końcem widma, gdzie pozornie nie był bezpośrednio wystawiony na działanie promieni słonecznych. Zaobserwował, że ten termometr mierzy również ciepło, które – jak prawidłowo wydedukował – dociera ze Słońca na Ziemię w formie takiego koloru światła, którego nasze oczy nie dostrzegają. Ta obszerna, ale niewyczerpująca lista ważnych odkryć i pomiarów uzasadnia historyczną pozycję Herschela jako największego astronoma XVIII w.
Herschel przeprowadził również bardzo dokładne obserwacje Marsa. Dzięki jednej z nich astronomowie jego czasów wykonali kolejny krok do uznania Marsa za klona Ziemi. Odkrył on, że rozmiar jasnej plamy na biegunie północnym i południowym, domniemanej pokrywy lodowej widzianej po raz pierwszy przez Maraldiego wiek wcześniej, wzrasta i zanika antysynchronicznie. Kiedy północna plama polarna kurczy się, rozrasta się południowa. Kiedy natomiast rozrasta się północna polarna plama, kurczy się południowa. Zaproponował następujące wyjaśnienie tego zjawiska: pokrywy lodowe zmieniają się wraz z porami roku. Gdyby Herschel mógł udowodnić tę hipotezę, wtedy byłby w stanie wykazać, że na Marsie pory roku nie tylko istnieją, lecz także zmieniają się na północnej i południowej półkuli co pół marsjańskiego roku, podobnie jak na północnej i południowej półkuli Ziemi.
Na podstawie wielu dokładnych obserwacji dokonanych od 1777 do 1783 r. Herschel był w stanie dowieść, że oś rotacji Marsa jest nachylona względem płaszczyzny orbity dookoła Słońca pod kątem 28,7˚ (astronomowie nazywają ten własność planet nachyleniem osi obrotu) i zmierzył okres rotacji o wartości 24 h 39 min 21,67 s. Pomylił się tylko nieznacznie. Nachylenie osi Marsa jest mniejsze – około 25,2˚, a okres obrotu jest dłuższy – 24 h 39 min 35 s. Herschel zasługuje jednak na duże uznanie za dobrze wykonaną pracę. Co istotniejsze, nachylenie osi obrotu Marsa pod kątem 25˚ jest prawie takie same jak nachylenie ziemskiej osi obrotu względem płaszczyzny orbity dookoła Słońca, które wynosi 23,5˚. To nachylenie Ziemi, a nie zmieniająca się odległość Ziemi od Słońca, jest podstawową przyczyną istnienia okresowych zmian pór roku na Ziemi. Zatem Mars, mając oś nachylenia prawie identyczną z ziemską, również musi mieć wiosnę, lato, jesień i zimę. Te pory roku będą występować przeciwnie na północnej i południowej półkuli Marsa, podobnie jak na Ziemi. W Australii jest lato, kiedy na Alasce trwa zima. Odkrycie osi nachylenia Marsa przez Herschela udowodniło niemal z pewnością, że jasne obszary polarne na Marsie to powłoki lodowe. (O tym, jakiego rodzaju był to lód, debatowano jeszcze przez kolejny wiek).
Mars stawał się coraz bardziej podobny do Ziemi z każdym nowym odkryciem. W drugim odczycie wygłoszonym 11 marca 1784 r. przed Towarzystwem Filozoficznym Bath w Anglii Herschel doszedł do wniosku, że analogia pomiędzy Marsem i Ziemią jest z pewnością bardziej ewidentna niż dla każdej innej planety w Układzie Słonecznym. Ich dzienny ruch (długość dnia) jest prawie taki sam. Nachylenie do ekliptyki, będące przyczyną występowania pór roku, jest podobne. Ze wszystkich zewnętrznych planet (tych bardziej oddalonych od Słońca niż Ziemia), odległość Marsa od Słońca najbardziej przypomina ziemski i w rezultacie długość marsjańskiego roku nie jest bardzo różna od naszego47.
Ostatecznie Herschel doszedł do wniosku, że Mars ma atmosferę. Z jednej strony uznał, iż musi jej być dość dużo, dlatego że widać, jak jasność planety zmienia się różnych miejscach, co uzasadnił obecnością chmur i gazów w atmosferze. Z drugiej strony mógł jednak obserwować gwiazdy, które pojawiały się w odległości od 3 do 4 minut łuku (pomiędzy 1/20 i 1/15 średnicy kątowej Księżyca w pełni) od tarczy planety i nie zmieniały swojej jasności, kiedy zbliżały się do Marsa.
Rys. 3.4 | Zdjęcie pochodzące z Kosmicznego Teleskopu Hubblea, przedstawiające Mars widziany w 2001 r. z odległości 68 milionów kilometrów od Ziemi. Lód widać na południowej czapie polarnej (na dole), podczas gdy burza pyłowa zasłania północną czapę polarną (na górze). Drugą gigantyczną burzę piaskową można dostrzec w Basenie Hellas (prawy dolny róg). Widoczne są wodne chmury lodowe otaczające północne krańce biegunów, rozciągające się na północ od południowej czapy polarnej i w pobliżu marsjańskiego równika. Zdjęcie dzięki uprzejmości NASA i Zespołu Hubble Heritage (NASA/ESA and The Hubble Heritage Team STScI/AURA).
Na podstawie tych obserwacji uznał, że atmosfera Marsa rozciąga się na niewielką odległość od jego powierzchni. W przeciwnym razie marsjańska atmosfera rozmazywałaby i osłabiałaby światło tych gwiazd, kiedy Mars przechodził w ich pobliżu.
Ostatnie znaczące odkrycia uzupełniające naszą wiedzę o Marsie, które nastąpiły, zanim grupa XIX-wiecznych astronomów zaczęła odwzorowywać powierzchnię Marsa, zostały dokonane przez znakomitego niemieckiego astronoma Johanna Hieronymusa Schrötera. Posiadał on obserwatorium w mieście Lilienthal, gdzie był głównym sędzią. Lista dokonań astronomicznych Schrötera jest długa. Jako pierwszy udowodnił, że Wenus ma atmosferę, i był jednym z sześciu astronomów, którzy sami siebie nazwali Detektywami z Lilienthal albo Niebiańską Policją. Zebrali się, by odnaleźć rzekomo brakującą planetę krążącą wokół Słońca pomiędzy Marsem i Jowiszem. Ostatecznie w ciągu zaledwie siedmiu lat, od 1801 do 1807 r., członkowie tego wybitnego zespołu astronomów odkryli w części Układu Słonecznego znanego obecnie jako pas asteroid, cztery takie obiekty – Ceres, Pallas, Juno i Westę.
Schröter obserwował Marsa prawie nieprzerwanie przez 18 lat, od 1785 do 1803 r., i sporządził 230 różnych jego rysunków. Potwierdził większość odkryć Herschela, otrzymując podobne, ale nieznacznie różniące się wartości dla nachylenia (27,95˚) i okresu rotacji (24 h 39 min 50 s). Najważniejszymi zasługami Schrötera dla naszej wiedzy na temat Marsa były jego obserwacje ciągłych zmian, czasami co godzinę, we wzorach ciemnych plam na Marsie. Te wzory nigdy nie były takie same, zmieniały się z nocy na noc i z roku na rok. Schröter doszedł do wniosku, że to chmury są odpowiedzialne za zmieniające się kolory, które zaobserwował na Marsie. W rzeczywistości uwierzył, że same plamy były raczej zjawiskami atmosferycznymi niż cechami powierzchni48.
Do końca XVIII w., po dwustu latach obserwacji Marsa przez teleskop, uzyskano wiarygodny portret Czerwonej Planety. Astronomowie dokładnie zmierzyli okres rotacji Marsa, nachylenie osi obrotu, zaobserwowali czapy polarne, które narastają i zanikają wraz z porami roku oraz obecność cienkiej atmosfery z chmurami, które czasami zasłaniają część powierzchni planety. To, co wydedukowali, było oczywiste dla astronomów i dla każdego, kto się tym interesował: okres rotacji Marsa jest prawie taki sam jak dobowy okres obrotu Ziemi, nachylenie osi Marsa jest prawie takie samo jak nachylenie osi ziemskiej, zmiany pór roku na Marsie są takie jak pory roku, które obserwujemy na Ziemi oraz cienka atmosfera, która jest czasami przejrzysta, a czasami nieprzejrzysta wraz z chmurami zachowuje się tak samo jak zachmurzona atmosfera ziemska. Ustalili, że Mars i Ziemia to fizyczne bliźnięta.
Rozdział 4
Wyobrażony Mars
Ponieważ odnaleźli tak wiele podobieństw pomiędzy Ziemią i Marsem, astronomowie byli zdeterminowani, by znaleźć ich więcej. Jeśli dni, pory roku, lata, czapy lodowe oraz chmury na Marsie są takie jak na Ziemi, to środowisko musi być podobne ziemskiemu, włączając w to skład oraz temperaturę
W. Herschel,
C. Flammarion,
