В просторы космоса, в глубины атома [Пособие для учащихся] - Рудольф Сворень

Сейчас, как медные пятаки на ладони, мы считаем оставшиеся на Земле запасы угля и нефти, в то время как где-то в наших карманах лежит банкнота миллионного достоинства. Вот несколько цифр: если бы Солнце светило за счет сжигания химического топлива и целиком состояло из чистого кислорода и лучших сортов угля, то всей солнечной массы хватило бы лишь на 1500 лет горения. В то же время термоядерные реакции, израсходовав лишь 1 % солнечной массы, могли бы поддерживать нынешнюю яркость нашей звезды на протяжении 10 млрд. лет.

Изучение солнечного термояда, проникновение в недра других звезд, в их термоядерные реакторы — это не только прорисовка важнейших деталей в нашей картине мира. Вполне вероятно, что это еще и шаги к решению первейшей житейской задачи — к изысканию новых источников энергии.

Экспедиция за короной

Природа как будто специально по заказу астрономов подогнала размеры Солнца и Луны, открыв тем самым возможность важных исследований во время солнечных затмений.

Мы всегда торопимся, люди атомного века. Мы всегда торопимся, нам всегда некогда. Мы годами не можем выкроить нескольких минут, чтобы поднять голову и взглянуть на звездное небо — на эту бесконечную арену, где Миры разыгрывают свой фантастический спектакль, или чтобы проводить взглядом уходящий за горизонт огненный шар — пылающую звезду Солнце, которая дает нам жизнь. Только сенсационные сообщения о грозных шутках природы — о кометах, о столкновении галактик, о падении гигантских метеоритов на какое-то мгновение отодвигают в нашем сознании земные дела на второй план и заставляют вспомнить о большом космосе, в котором песчинкой несется планета Земля.

Удобный, во всяком случае, необременительный повод для обращения к космической тематике — солнечные затмения. Необременительный потому, что полное солнечное затмение в данном географическом районе — явление довольно редкое. Даже для такой огромной страны, как наша, перерывы между затмениями достаточно велики — на территории Советского Союза полные затмения наблюдаются обычно лишь раз в несколько лет.

Если для большинства людей затмение — это красивое зрелище и повод к размышлениям, то для астрономов оно хотя и очень редкий, но зато очень и очень удачный объект исследований. Несколько слов об этом самом «очень и очень».

Когда вам понадобится пример поразительного случайного совпадения, можете смело обратиться к схеме солнечного затмения. Хорошо известно, что затмение происходит тогда, когда Луна становится между Землей и Солнцем и закрывает для земного наблюдателя солнечный диск. Луна в этом случае напоминает картонную заслонку, которую вы держите недалеко от глаз для того, чтобы прикрыть очень далекий яркий источник света. И вот что поразительно: сам этот источник (Солнце) и прикрывающая его картонка (Луна) видятся вам одинаковыми, хотя в действительности они резко различаются по размерам. Диаметр Солнца dс составляет примерно 1,4 млн. км, диаметр Луны dл — всего около 3,5 тыс. км, т. е. соотношение dс:dл примерно равно 400. Приблизительно таким же получается соотношение между средними расстояниями Земля — Солнце (lзс ~= 150 000 000 км) и Земля — Луна (lзл ~= 380 000 км). В том-то и состоит поразительное, почти неправдоподобное совпадение, что в процессе эволюции Солнечной системы все перечисленные величины непонятно почему оказались связанными равенством

dс:dл = lзc:lзл

Итак, Солнце примерно в 400 раз больше Луны (по диаметру), но во столько же раз дальше от Земли, и поэтому оба объекта видятся нам одинаковыми. Именно поэтому Солнце во время затмения очень и очень удачный объект исследований: Луна аккуратно закрывает его, оставляя в чистом виде лишь корону. (Здесь необходима оговорка: расстояния lзc и lзл в некоторых пределах меняются. Поэтому в ряде случаев наблюдается так называемое кольцеобразное затмение, когда Солнце закрыто Луной не полностью и видно узкое — толщиной не более 2 % от закрытой части — яркое кольцо солнечного диска.)

Как видите, в отношении «согласования» размеров Солнца и Луны и расстояний до них природа неплохо поработала на астрономов. Но она явно не довела своего дела до конца, не совместила плоскости вращения Луны вокруг Земли и Земли вокруг Солнца. Если бы Земля и Луна вращались в одной плоскости, то мы наблюдали бы полное солнечное затмение каждый месяц. Пока же ученые имеют возможность наблюдать это интересное явление, как правило, с перерывами в несколько лет, и практически каждое затмение привлекает большое число научных экспедиций.

О своей работе во время одного из солнечных затмений рассказывает руководитель экспедиции Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга (ГАИШ) профессор Г. Ф. Ситник:

— Скажите, пожалуйста, Григорий Федорович, сохранили ли свое значение наблюдения во время затмений? Не уменьшилась ли их роль в связи с развитием техники наблюдений за «нормальным» Солнцем, не закрытым Луной?

— В последнее время в основном благодаря созданию новой совершенной аппаратуры действительно появились дополнительные возможности исследования незатемненного Солнца. И сейчас в любое время можно проводить ряд важных измерений, которые раньше делались только во время затмений. Однако это не уменьшило роли затмений хотя бы потому, что они нужны для корректировки новых приборов и методов, а также для определения комплексов измерений, которые можно производить в период между затмениями. И еще, конечно, для проверки полученных результатов.

Кроме того, затмения резко улучшают условия наблюдений, позволяют получить результаты, практически недостижимые во внезатменное время. Затмение прежде всего позволяет избавиться от рассеянного света самой фотосферы, т. е. той части Солнца, которая образует его яркую, видимую поверхность, образует то, что мы называем солнечным диском. А избавившись от «подсветки» фотосферы, мы получаем возможность производить очень тонкие исследования солнечной атмосферы, в частности таких ее слоев, как корона и хромосфера. Даже такой популярный прибор, как внезатменный коронограф, лишь сильно ослабляет рассеянный свет фотосферы, в то время как затмение полностью устраняет эту подсветку.

Для большого числа измерений и исследований монополия солнечных затмений неоспорима. В качестве примера, может быть, не очень типичного, но зато наглядного, назову проверку теории относительности. Фотографируя определенный участок звездного неба вблизи «прикрытого» Солнца (при ярком Солнце звезды просто не видны) и ночью, можно по смещению звезд на снимках определить, насколько Солнце отклоняет их лучи — такое отклонение было предсказано Эйнштейном в его теории относительности. В этих исследованиях положительный результат (т. е. доказывающий, что теория относительности верна) был получен еще в 1922 г. и с тех пор неоднократно подтверждался. Однако не сразу удалось устранить значительные количественные расхождения, и эти тонкие и сложные измерения продолжаются.

Еще пример. Уже много лет астрономы пытаются обнаружить гипотетическую планету Вулкан, которая, если она, конечно, существует, находится настолько близко к Солнцу, что может быть замечена только во время затмения.

Возможно, есть еще одно, может быть, не самое важное, но, на наш взгляд, существенное достоинство затменных наблюдений: во время солнечного затмения, особенно после его центральной фазы, несколько понижается температура Земли и ослабляются местные тепловые колебания в земной атмосфере, которые, как известно, сильно искажают результаты астрономических наблюдений.

— Расскажите, пожалуйста, какие измерения производятся во время затмений и, в частности, какие измерения производила ваша экспедиция.

— Полный список конкретных наблюдений и измерений окажется слишком большим. Каждая группа исследователей старается разнообразить свою программу и работает над этим в течение долгого времени. Общие же направления исследований таковы: детальное изучение структуры и спектра различных участков Солнца, радиоастрономические наблюдения и регистрация влияния Солнца на различные процессы в околоземном пространстве.

Наша экспедиция работала лишь в первом направлении и выполнила довольно обширную программу. В качестве примера назову фотографирование короны и хромосферы через интерферометр (иногда говорят «эталон») Фабри — Перо. Основа этого прибора— две идеально обработанные и очень точно установленные полупрозрачные пластинки. Свет, распространяясь между ними, многократно отражается, и в итоге на снимке, сделанном через эталон Фабри — Перо, оказывается сложная интерференционная картина объекта, в нашем случае короны. На этой картине хорошо видны светлые и темные полосы, напоминающие веер, — это, разумеется, не какие-то невидимые наблюдателю выбросы солнечного вещества. Эти полосы появляются потому, что монохроматический свет (с помощью фильтров выделяется только одна световая волна — 5303 Å) от некоторых участков короны как бы усиливается интерферометром, а от других участков — ослабляется.