osi. Na Marsie występuje dzień i noc, a długość cyklu dziennego i nocnego na nim jest prawie identyczna z 24-godzinnym cyklem dobowym Ziemi.
Okres rotacji Marsa nie musiał wynosić 24 godzin. W końcu okresy rotacji planet w naszym Układzie Słonecznym różnią się w zakresie od kilku godzin do setek dni. Jowisz obraca się w czasie 9,9 godzin. „Dzień” na Neptunie trwa 16,1 godziny. Okres obrotu Plutona to 6,4 dnia, natomiast Wenus potrzebuje 243 ziemskich dni, by wykonać jeden obrót wokół własnej osi. (Żaden z tych okresów rotacji nie był znany astronomom w 1659 r.). Dlaczego 24 godziny Marsa? Dla astronomów w XVII w. odpowiedź była oczywista: Mars jest podobny Ziemi. Wraz z tym odkryciem rozkwitł urok Marsa jako ważnej planety do badań.
W 1666 r. włoski i papieski astronom Giovanni Domenico Cassini urządzał się w Paryżu jako Jean Dominique Cassini, pierwszy dyrektor Obserwatorium Paryskiego, mianowany przez króla Ludwika XIV. Jednak obserwatorium w Paryżu nie zostało jeszcze ukończone. W rezultacie w lutym i marcu Cassini pozostał w Bolonii, gdzie przeprowadzał serię obserwacji Marsa. Cassini dostrzegł ciemne plamy na Marsie i to, jak poruszają się z dnia na dzień ze wschodu na zachód wzdłuż widocznego dysku planety.
Rys. 3.3 | Szkic Marsa wykonany przez Giovanniego Cassiniego na początku 1666 r. Obraz z Flammarion, La Planète Mars, 1892.
Co ciekawe, te ciemne plamy nie powróciły do swoich pozycji dokładnie 24 godziny później. Zamiast tego osiągnęły tę samą pozycję po 24 godzinach i 40 minutach. Cassini doszedł do poprawnego wniosku, że Mars dokonuje jednego obrotu wokół własnej osi w czasie 24 godzin 40 minut, a nie dokładnie 24 godzin44.
W 1686 r. francuski intelektualista Bernard Le Bovier de Fontenelle opublikował jedną z najpopularniejszych książek na temat astronomii w XVII w., Rozmowy o wielości światów (Entretiens sur la pluralité des mondes). Do 1800 r. Rozmowy, w których żywe istoty istniały, przynajmniej w wyobraźni Fontenella, na każdej planecie, zostały przetłumaczone na język duński, holenderski, niemiecki, grecki, włoski, polski, rosyjski, hiszpański i szwedzki. Książka trafiła też do katolickiego Indeksu ksiąg zakazanych, gdzie pozostała do 1825 r. Mimo że Fontenelle nie zaludnił Marsa inteligentnymi Marsjanami, opisał spektakularną i olśniewającą planetę z olbrzymimi skałami, które gromadzą światło dzienne, a później świecą w nocy. W wyobraźni Fontenelle’a te fluorescencyjne skały, wraz z wielką ilością świecących ptaków, rozświetlały marsjańskie ciemności. Życie na Marsie Fontenelle’a jest niepodobne do życia na Merkurym i Wenus. Zarówno mieszkańcy Merkurego, jak i Wenus są wypaleni Słońcem. Marsjańskie ptaki żyją zaś w cudownym świecie piękna: „nikt nie może sobie wyobrazić przyjemniejszych scen niż skały rozświetlające krajobraz po zachodzie Słońca i zapewniające wspaniałe światło bez niedogodnego ciepła”45. Społeczeństwo nauczyło się od Fontenelle’a, że Mars jest pięknym, przyjemnym światem, podobnym do Ziemi i bogato zapełnionym żywymi istotami.
Obserwacje dokonane przez bratanka wielkiego Cassiniego – Giacomo Filippo Maraldiego przyczyniły się do znacznego rozwoju naszej wiedzy o Marsie, sprawiły też, że wydawał się on jeszcze bardziej podobny do Ziemi. Cassini zatrudnił Maraldiego jako asystenta astronoma w obserwatorium Uniwersytetu Paryskiego, gdzie zajmował się obserwacją planet. Maraldi dokonał czterech znaczących odkryć w 1704 r., podczas opozycji Marsa. Następnie czekał cierpliwie przez 15 lat i potwierdził te wyniki podczas kolejnej bliskiej opozycji w 1719 r. Maraldi nieznacznie poprawił naszą wiedzę na temat okresu rotacji Marsa. Wyznaczył, że Mars obraca się w czasie 24 godzin i 39 minut, a nie 24 godzin i 40 minut. Ustalił również, że Mars ma ciemne plamy, lecz w przeciwieństwie do ciemnych plam na Księżycu, marsjańskie mają różne kształty i położenie na globie. Co więcej, Maraldi odkrył, że Mars na biegunie północnym i południowym ma jasne plamy, które zmieniają swój wygląd w miarę upływu czasu. W rzeczywistości jasna plama na południu, która była nieco przesunięta względem dokładnego położenia bieguna południowego, podobnie jak jasna plama na północy, czasami znikała całkowicie. Maraldi dołożył starań, by uniknąć spekulacji dotyczących jasnych polarnych plam, choć doszedł do wniosku, że zmiany w ich wyglądzie następują z powodu jakiś rzeczywistych fizycznych procesów zachodzących na powierzchni Marsa46. Ówcześni astronomowie nie potrzebowali wiele wyobraźni, by przypuszczać, że te jasne obszary były czapami lodowymi podobnymi do tych na Ziemi.
Przez większość XVIII w. wiedza na temat Marsa przyrastała powoli, lecz gwałtowny zwrot nastąpił w 1780 r. wraz z pracami Williama Herschela. Lista ważnych osiągnięć naukowych Herschela, prawie wszystkich dokonanych z pomocą jego siostry Caroline, jest długa. Odkrył planetę Uran. Dowiódł, że niektóre gwiazdy krążą wokół innych w tak zwanych systemach gwiazd podwójnych oraz że wszystkie gwiazdy nie mają takiej samej jasności, niektóre z nich świecą słabiej, a inne w naturalny sposób jaśniej. To odkrycie wydaje się oczywiste i nieciekawe dla współczesnego studenta astronomii, ale przed 1800 r., poza niewielką liczbą gwiazd, które były znane z tego, że ich jasność się zmienia, nie istniał definitywny dowód tego, że pewne gwiazdy są jaśniejsze od innych. Herschel stworzył również mapę całego nieba, notując przy tym położenie oraz pozorną odległość każdej gwiazdy, którą był w stanie zobaczyć. Myśląc, że najsłabsze widoczne gwiazdy na niebie zaznaczają odległy brzeg wszechświata, uważał, że wytyczył mapę całego kosmosu. Jednak wszechświat Herschela okazał się mapą części naszej galaktyki, Drogi Mlecznej, a nie całego wszechświata. Astronomowie nie rozumieli tego aż do lat dwudziestych, kiedy Edwin 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