Астрономия. Популярные лекции - Владимир Георгиевич Сурдин

небесных объектов. Диаметры звезд мы вообще не различаем даже в лучшие телескопы: они слишком малы, намного меньше одной угловой секунды. Но если Луна, двигаясь по небу, своим краем закрывает какую-нибудь звездочку, та меркнет, но ее потемнение происходит не моментально, а в соответствии с теорией дифракции: когда источник света закрывают краем плоского экрана, его яркость для удаленного наблюдателя испытывает несколько колебаний и лишь затем окончательно обнуляется. Наблюдая покрытие звезды темным краем лунного диска, можно подобрать теоретическую кривую, подходящую к измеренным колебаниям яркости звезды, и вывести из этого угловой размер объекта. В Государственном астрономическом институте им. П. К. Штернберга (ГАИШ МГУ), где я работаю, мои коллеги этим занимаются и получают при измерении размеров звездных дисков разрешение до 0,003 угловой секунды. Это очень высокая точность, которой каким-либо другим способом не достичь. К сожалению, Луна ходит не по всему небу, поэтому измерить размеры всех звезд методом покрытий мы не можем. Луна движется вблизи плоскости эклиптики, примерно в пределах ±5° от нее, и именно в этой полосе угловые размеры звезд хорошо измерены.

Рис. 1.12. Кривая покрытия звезды 61 Тельца темным краем Луны. Получена 2 марта 1982 г. на 0,5-м телескопе в Тянь-Шанской высокогорной экспедиции (ГАИШ МГУ). Угловой диаметр звезды составляет 0,003″. Уровень сигнала после покрытия определяется рассеянным светом Луны.

В нынешнем веке мы можем не только наблюдать за поведением Земли и Луны, но и видеть затмения-покрытия любых объектов Солнечной системы. Например, в 2015 г. мимо Плутона пролетал первый космический аппарат — «New Horizons» (NASA). Он сфотографировал планету с ночной стороны, и мы впервые увидели атмосферу Плутона. В этом положении диск Плутона закрывает собой Солнце, но солнечные лучи высвечивают по краям планетного диска плутонианскую атмосферу, про свойства которой мы почти ничего не знали. Если повысить контраст, то в атмосфере даже видны слои. И это очень многое говорит нам о том, из чего состоит и как устроена газовая оболочка этой далекой карликовой планеты. Оказалось, что Плутон — маленькая, но очень интересная планета. Недавно в журнале Nature появились две статьи, в которых весьма убедительно показано, что под ледяной корой Плутона есть жидкий водный океан. Абсолютно неожиданная вещь! Мы предполагали, что подледный океан есть у спутников Юпитера и Сатурна, но Плутон — он так далеко от Солнца, там так холодно и рядом с ним нет гигантской планеты, которая могла бы его согреть. Там все должно было замерзнуть давно и навсегда. Но оказалось, есть признаки того, что под корой Плутона — океан. Он не совсем пригоден для жизни; вероятно, там много аммиака, но все же это океан — и это очень интересно.

Рис. 1.13. Атмосфера Плутона. Справа усилен контраст. Фото: «New Horizons».

А вот еще один замечательный пример — покрытие Солнца Сатурном (рис. 1.14). Обычно мы видим Сатурн так, как в верхней части картинки, когда он вблизи противостояния с Солнцем. Лучи Солнца освещают далекую планету «в лоб», и мы видим ее анфас. Мы давно знали о существовании этого красивого ободка — кольца Сатурна — и всегда думали, что между ним и планетой пустота — ничего нет. Когда первый искусственный спутник Сатурна «Кассини» (NASA) залетел за ночную сторону планеты, мы увидели, что между внутренним краем наблюдаемого с Земли кольца и планетой, напротив, довольно много вещества и что оно тянется до самой атмосферы. То, что это вещество незаметно в отраженном свете, но видно в рассеянном свете при контровом освещении, свидетельствует, что это очень мелкие частицы, размер которых сравним с длиной волны света. Такие частицы, как известно, плохо отражают свет, но эффективно рассеивают его вперед, по ходу падающего на них излучения, и немного в сторону. Поэтому в отраженном свете они почти не видны, а при контровом освещении отчетливо проявляются.

Рис. 1.14. Вверху: Сатурн в прямом освещении солнечными лучами, каким мы видим его от Земли с помощью космического телескопа «Хаббл» (NASA). Внизу: Сатурн в контровом освещении (т. е. Солнце располагается за диском планеты), сфотографированный зондом «Кассини» (NASA). На нижнем фото контраст и яркость усилены, чтобы лучше были видны внешние кольца G и E. В делении Кассини (темной «щели» между двумя яркими кольцами А и В, видимыми с Земли) и внутри яркого кольца B движутся мелкие и довольно темные частицы, которые плохо отражают свет, но хорошо рассеивают его вперед, поэтому они видны только в контровом освещении и остаются незаметными при наблюдении со стороны Солнца и Земли.

Пока непонятно, каким образом в кольце происходит сепарация частиц вещества по их размеру и почему мелкие частицы оказались ближе к планете. Простая физическая логика подсказывает, что должно быть наоборот: вблизи границы атмосферы планеты лучше сохраняются крупные частицы, поскольку у них отношение площади сечения к массе меньше, а значит, они слабее тормозятся в верхних слоях атмосферы. В природе же все оказалось не так.

Эту новую информацию о кольцах Сатурна мы получили именно благодаря тому, что использовали ситуацию затмения (покрытия) как прибор для исследования. Контровое освещение выявило много новых деталей в структуре колец.

Лунные затмения

Теперь мы вернемся к лунным и солнечным затмениям. Каждое небесное тело, освещенное Солнцем, отбрасывает сужающийся конус тени и расширяющийся конус полутени. Тень — это область пространства, попадая в которую наблюдатель не видит поверхность Солнца; в области полутени он видит часть поверхности Солнца. В соответствии с этим лунные затмения делят на теневые и полутеневые. В первом случае хотя бы часть лунного диска проходит через область земной тени, во втором случае — через область полутени. В обоих случаях затмение может быть полным или частным, в зависимости от того, полный диск Луны скрывается в земной тени (полутени) или только его часть. То же и с Солнцем: если наблюдатель попадает в тень Луны, он видит полное солнечное затмение, если в полутень — частное. Полное затмение Солнца не заметить нельзя: днем на несколько минут наступает почти ночная темнота. Но неглубокое частное затмение Солнца, если заранее о нем не знать, вполне можно не заметить. То же и с лунными затмениями: