Астрономия. Популярные лекции - Владимир Георгиевич Сурдин

А если вы решили наблюдать Солнце в телескоп, то запомните, что дело это крайне опасное. Телескоп собирает свет огромным объективом и весь его направляет в ваш глаз. Астрономы шутят, что на Солнце в телескоп можно посмотреть лишь дважды в жизни: один раз — правым глазом, а второй раз — левым. Чтобы не рисковать зрением, сделали специальный окуляр с зеркальцем (рис. 10.3), которое отбрасывает 99,99 % света вбок, отводя его в ту часть обсерватории, где людей не должно быть. А в глаз попадает совсем чуть-чуть света, и тогда можно безопасно смотреть на солнечную поверхность.

Рис. 10.2. Безопасное наблюдение Солнца сквозь светозащитные очки.

Рис. 10.3. Наблюдение Солнца на рефракторе с солнечным окуляром.

Рис. 10.4. В обсерватории Волгоградского планетария. Автор (спиной к зрителю) снят в том самом пальто, еще не прожженном, поскольку объектив искателя (его тень — на спине) в тот раз был закрыт.

Но если вам когда-нибудь придется подсесть к окуляру большого телескопа, учтите, что это не совсем безопасно: обратите внимание, что параллельно его оси имеется маленький телескопчик — своеобразный оптический прицел, называемый гидом или искателем, у которого свой окуляр. В школьные годы в такой телескоп я наблюдал Солнце в проекции на белом экране (рис. 10.4) — это очень удобный и безопасный способ — и однажды забыл закрыть объектив искателя. Внезапно, почувствовав запах горелого, я догадался и моментально отпрыгнул от телескопа. А потом долго ходил в пальто с прожженной на спине дырой. Так что даже небольшой телескоп, сфокусировав на вашей спине лучи Солнца, может сильно вам навредить.

Рис. 10.5. Схема принципа камеры-обскуры для наблюдения солнечного затмения.

Проще всего наблюдать Солнце вообще без телескопа. Берете маленький листок бумаги или картона, протыкаете в нем дырочку иголкой — и получившаяся камера-обскура дает вам геометрически точный портрет Солнца. Люди таким способом наблюдают затмение, не рискуя.

Если у вас есть небольшая подзорная труба без специальных светофильтров, то можно, удобно расположив у окуляра экран, спроецировать на него изображение Солнца (рис. 10.6). По мере того как Луна «наползает» на Солнце, с экрана вы фотографируете фазы затмения безопасно для глаз.

Рис. 10.6. Наблюдение солнечного затмения 20 марта 2015 г. на крыше ГАИШ МГУ с помощью небольшой зрительной трубы и проекционного экрана. Фото В. Г. Сурдина.

Что видно на Солнце

Глядя на нашу родную звезду с Земли, мы видим хорошо оформленный круг фотосферы, можем измерить его диаметр. Присмотревшись, замечаем любопытный эффект потемнения к краю: в центре солнечный диск ярче, чем по краям. Это легко объяснимо: в середине наш взгляд «протыкает» солнечную атмосферу перпендикулярно и уходит вглубь, в горячие слои, вплоть до предела прозрачности, в то время как на видимом крае (его называют лимбом) луч зрения проходит только сквозь верхние слои атмосферы, а они более холодные и поэтому менее яркие.

Рис. 10.7. Фото солнечных пятен (1998 г.). Прошло всего пять дней — и темные пятна на поверхности Солнца заметно сдвинулись. (Источник — Big Bear Solar Observatory.)

Поверхность Солнца не столь однородна, как кажется на первый взгляд: на светлом фоне мы замечаем какие-то пятнышки. Причем если день ото дня мы фотографируем или зарисовываем Солнце, то отметим перемещение этих пятен (рис. 10.7). Делаем вывод, что, во-первых, Солнце вращается, а во-вторых, на Солнце не все области имеют одинаковую температуру: если обычная температура — около 6000 K, то пятна явно холоднее — до 4000 K, как показывают измерения. Вроде бы разница невелика, но вспомните, что лучеиспускательная способность пропорциональна 4-й степени температуры. Кроме того, спектр смещается из области видимого света в инфракрасный диапазон, а инфракрасные лучи хуже проходят сквозь земную атмосферу и хуже фиксируются фотоприемниками, поэтому пятна выглядят такими черными.

Рис. 10.8. Размеры земного шара в сравнении с размерами солнечных пятен.

Размер солнечных пятен невероятен. Бывают пятна в несколько раз больше земного шара (рис. 10.8). Пятна окружены яркой поверхностью фотосферы, где постоянно всплывают горячие потоки газа. На их фоне явно выделяются более холодные пятна, причем с градацией яркости (рис. 10.9): астрономы говорят, что у солнечного пятна есть «тень» (амбра) и «полутень» (пенамбра). Пятно стабильно, потому что мощное магнитное поле препятствует горизонтальному перемешиванию в нем газа. Частицы горячего газа ионизованы, по существу это плазма, которая в магнитном поле движется своеобразно: вдоль силовых линий может, а поперек — нет, поэтому циркуляция вещества в поперечных направлениях заторможена.

Рис. 10.9. Темные пятна на Солнце крупным планом. Черная сердцевина пятна — тень; окружающая его область с радиальной структурой — полутень. Вокруг пятна — невозмущенная поверхность Солнца, разбитая на мелкие гранулы, указывающие на конвективное движение газа. Размер типичной гранулы — около 1000 км.

Когда мы изучаем фотосферу Солнца с сильным увеличением, то и помимо пятен обнаруживаем много любопытного. Сейчас появилось новое поколение телескопов, в том числе и на спутниках, летающих за пределами атмосферы Земли, так что теперь мы можем наблюдать структуру поверхности очень детально. Оказывается, что даже спокойная, невозмущенная фотосфера неоднородна, она вся состоит как бы из зернышек, гранул (рис. 10.10). Размер этих гранул — порядка угловой секунды, что соответствует примерно 1000 км. Это гигантские потоки плазмы, которые с околозвуковой скоростью выныривают из недр Солнца, остывают и уходят вниз. А в пятнах происходит «водопад»: охлаждаясь, вещество вдоль силовых магнитных линий устремляется вниз, но снизу поток тепла подходит не такой интенсивный. Поэтому вещество охлаждается всё сильнее и сильнее и по контрасту с яркой поверхностью становится для телескопа темным, практически черным.

Рис. 10.10. Слева — внутреннее строение Солнца и схема переноса энергии: фотоны, рождающиеся в ядре, петляя по очень запутанной траектории