Научно-популярная статья академика В. Г. Фесенкова посвящена полному солнечному затмению 21 сентября 1941 года и научным исследованиям, связанным с его наблюдением. Автор подробно объясняет природу солнечного затмения, описывает явления, сопровождающие полную фазу, и рассказывает о значении таких наблюдений для изучения солнечной короны, хромосферы, ионосферы и межпланетного пространства. В статье рассматриваются программы советских научных экспедиций, новые астрономические приборы и методы исследования, подготовленные для наблюдений. Особое внимание уделено задачам, связанным с изучением строения Солнца, распространения излучения, влияния солнечной активности на Землю и проверкой некоторых положений теории относительности. Материал также содержит рекомендации для астрономов-любителей, способных внести вклад в наблюдение редкого природного явления.
21 сентября 1941 года произойдёт полное солнечное затмение, которое будет видимо в очень удобных условиях на территории Казахской ССР. Тень от Луны коснётся земной поверхности на Северном Кавказе при восходе Солнца, пробежит по направлению к востоку через Аральское море, станцию Кзыл-Орда, город Алма-Ата, гористые части Советского Туркестана, вступит затем на территорию Китая, пересечёт его восточное побережье и, покрыв один из мелких островов Тихого океана, сойдёт с его водных просторов при заходе Солнца.
Это затмение весьма благоприятно для наблюдений. Оно произойдёт в ясное, сухое время года и будет видимо во многих населённых местностях СССР. Средняя продолжительность полного покрытия Солнца в течение двух минут вполне достаточна для регистрации ряда разнообразных явлений.
Как известно, сущность солнечного затмения заключается в том, что Солнце закрывается непрозрачным экраном — Луной, находящейся далеко за пределами земной атмосферы. Видимый поперечник Луны лишь немного превышает поперечник Солнца. Но Луна находится далеко от Земли и благодаря этому затемняет земную атмосферу на весьма большом протяжении, доходящем иногда до сотен километров. Освещённость небесного фона уменьшается при этом настолько, что оказывается возможным наблюдать невооружённым глазом наиболее яркие звезды.
Однако освещение земной атмосферы выключается далеко не полностью. За пределами лунной тени, падающей на Землю, атмосфера освещена Солнцем, и поэтому у горизонта небо представляется сравнительно ярким. Этот свет, рассеиваясь в атмосфере, создаёт весьма заметную освещённость неба, примерно такую же, какая бывает во время летнего солнцестояния на широте Москвы в полночь.
Значительная удалённость Луны от Земли создаёт и другое преимущество наблюдения — отсутствие так называемой дифракции. Как известно, под дифракцией подразумевается загибание световых волн на границе встреченного ими любого препятствия. Если, например, солнечный диск закрыть чуть большим круглым экраном, то края этого экрана окажутся окружёнными яркой каёмкой. Она обусловлена тем, что солнечные лучи загибаются внутрь конуса тени, отбрасываемой экраном. Но это явление дифракции при затмении Солнца совершенно незаметно именно из-за большого расстояния от нас нашего спутника. На подобном расстоянии лучи, отклонённые краем Луны внутрь конуса лунной тени, распределяются на столь значительную площадь земной поверхности, что количество дифракционного света, улавливаемого зрачком наблюдателя или объективом зрительной трубы, оказывается совершенно ничтожным.
Таким образом, солнечное затмение представляет собой явление, которое никакими средствами не может быть воспроизведено. Очевидно, что во время затмения следует ставить именно те проблемы, разрешение которых при обычных условиях затруднено наличием рассеянного света в земной атмосфере.
Любопытно, что даже спустя значительное время после начала затмения, когда Луна уже надвинулась на Солнце, так что последнее приняло вид серпа, затмение может ещё остаться незамеченным. Правда, тени от остроконечных объектов принимают несколько странный вид; светлые пятна, получающиеся на земле от просветов между листьями деревьев, оказываются в форме серпов, но общая освещённость кажется неизменной, хотя Солнце уже в значительной степени закрыто Луной. Это объясняется тем, что при медленном течении явления глаз успевает приспособиться к новым условиям освещения. Однако за полчаса до наступления полной фазы общее потемнение, сначала едва заметное, начинает прогрессировать с возрастающей быстротой. Небо принимает, далее, пепельный оттенок, температура понижается, от Солнца остаётся лишь узкий серп, который разбивается затем на ряд отдельных ярких точек — точек Бейли. По белым однородным предметам всё интенсивнее начинают бегать извилистые теневые полосы. Спустя несколько секунд исчезают последние лучи Солнца, внезапно налетает тень Луны, и вокруг лунного диска вспыхивает корона жемчужного цвета.
К краю тёмного лунного диска непосредственно примыкает тонкая оболочка розоватого цвета — хромосфера, из которой вырываются как бы отдельные языки пламени — выступы, или протуберанцы.
На небе появляются звезды, и в окрестностях Солнца часто бывают видны ближайшие к нему планеты — Меркурий и Венера. Но первый же луч Солнца мгновенно изменяет эту картину. Тень скрывается, следы короны несколько секунд ещё продолжают быть слабо видимыми со стороны, противоположной появившемуся серпу. Однако солнечный свет быстро прибывает, и вскоре затмением никто, кроме астрономов, не интересуется.
*
Полное солнечное затмение — явление весьма редкое. Даже на обширной территории нашей страны за последние десятки лет это явление наблюдалось всего лишь несколько раз. Упомянем, например, затмение 1914 года, наблюдавшееся на Украине и в Крыму; далее, затмение 1920 года, которое можно было видеть на севере СССР, и, наконец, в 1936 году, когда лунная тень, коснувшись земной поверхности на Кавказе, пронеслась через всю Сибирь — Кустанай, Омск, Томск, Красноярск, Александровск.
В одной и той же местности полное затмение можно наблюдать не чаще чем один раз в 400 лет. Поэтому астрономы, изучающие солнечные затмения, каждый раз выезжают в те места земного шара, где это явление наблюдается. Однако не всегда и не всюду условия для наблюдения благоприятны. Под тропиками, например, высокая температура и большая влажность создают очень тяжёлые условия для применения фотографического метода наблюдения; в пустыне же, напротив, приходится защищаться от пыли, от сухости и резких колебаний температуры.
Общая продолжительность наблюдения затмений за последние 100 лет едва ли превосходит один-два часа. Таким образом, все наши сведения о наружных слоях Солнца — короне, хромосфере — и даже о нижней части солнечной атмосферы получены только из наблюдений за столь короткое время.
Между тем изучение наружных слоёв Солнца особенно важно для суждения о силах, действующих в его массе. Наблюдаемое нами излучение испускается поверхностными слоями Солнца. В этих слоях разыгрываются удивительные явления — взрывы изверженной материи, скачкообразно перемещающиеся по разным направлениям, и свечение таких элементов, как, например, гелий. Эти явления наблюдаются в обычных условиях только на особенно горячих звёздах.
В наружных слоях солнечной атмосферы обнаружены также неизвестные до сих пор состояния материи, замечены огромные потоки быстро летящих электронов. Эти электроны рассеиваются постепенно в межпланетном пространстве, попадая по пути в атмосферы различных планет, в том числе и нашей Земли.
Изучение всех этих явлений, которое может производиться только во время солнечных затмений, позволит судить о природе внутренних сил на Солнце. А это будет иметь большое значение для раскрытия механизма воздействия Солнца на Землю, в особенности на наиболее высокие слои земной атмосферы — ионосферу.
*
Во время затмения 1941 года предполагается применить наиболее современные средства исследования. Создаётся значительное количество новых приборов, а также совершенствуется аппаратура, оставшаяся после наблюдения затмения 1936 года.
Совнарком СССР утвердил план работ по наблюдению предстоящего солнечного затмения и ассигновал значительные средства на осуществление этого плана. Различные заводы и мастерские изготовляют всевозможную аппаратуру. В Ленинграде уже изготовлен так называемый небулярный спектрограф. Другой инструмент того же типа строится в Москве. Эти приборы предназначены для исследования энергии очень слабых спектральных линий в различных частях короны.
Для Симеизской обсерватории изготовляется весьма сложный трёхпризменный корональный спектрограф из особого сорта стекла. Исследование солнечной короны будет также вестись с помощью специальных приборов, оборудованных фотоэлементами и термоэлементами вместо фотографических пластинок. Впервые будут применены интерферометры для исследования линий, характеризующих излучения различных химических элементов, содержащихся в солнечной атмосфере. А это позволит судить о скорости упорядоченного и неупорядоченного движения молекул различных газов, о напряжённости электрического поля вблизи Солнца.
Специальный автоматический прибор будет применён для исследования предельных солнечных серпов на самом краю диска, наблюдаемых в последние минуты перед началом полного затмения. Эти исследования должны показать, как меняется поглощение в разных газах, через которые мы наблюдаем поверхность Солнца.
Все эти наблюдения помогут выяснить механизм взаимодействия лучистой энергии и материи на Солнце и вместе с тем позволят уточнить наши представления о составе и строении солнечного вещества.
Наиболее крупный прибор — громадный спектрограф длиной в несколько метров, строящийся на одном из больших ленинградских заводов — предназначен для детального исследования энергии, излучаемой различными элементами на разных высотах над солнечной поверхностью. Этот прибор представляет собой сложную машину. Она состоит из двух агрегатов — питающего и анализирующего. Солнечный свет улавливается питающим агрегатом, и на экране прибора образуется изображение Солнца. Анализирующий агрегат разлагает это изображение на отдельные излучения и регистрирует их. При этом соответствующие моменты времени отмечаются на ленте хронографа.
Нет надобности описывать здесь все приборы, подготовляемые для наблюдения солнечного затмения. Всего в распоряжении экспедиций будет 74 всевозможных прибора. Из этого количества лишь 19 инструментов были уже ранее в работе при затмении 1936 года. Остальные изготовлены заново или же реконструированы.
В настоящее время уже сформированы 34 экспедиции из специалистов — астрономов, физиков и геофизиков, с общим числом участников в 204 человека.
*
Помимо исследования самого Солнца, программа наблюдений предусматривает также исследования различных сопутствующих явлений в земной атмосфере и в межпланетном пространстве. Так, например, интересно исследовать во время затмения отдельные излучения небесного свода и сравнить их с такими же излучениями ночного неба. Известно, что на ночном небе всегда присутствует зелёная линия полярных сияний, которая постепенно разгорается после захода Солнца и достигает максимума яркости около 1 часа пополуночи. Красное излучение атомного кислорода, напротив того, всего ярче в первые часы ночи и непрерывно ослабевает с погружением Солнца под горизонт.
Для выяснения механизма взаимодействия между Солнцем и Землёй очень важно выяснить, как ведут себя эти излучения в дневных условиях или же во время кратковременного затемнения лунной тенью.
Точно так же интересно установить, как образуется в земной атмосфере прослойка озона. Несмотря на свою малую массу, она имеет очень большое значение для земного шара благодаря некоторым своим свойствам. Атмосферный озон поглощает крайнюю ультрафиолетовую радиацию Солнца, которая гибельно действовала бы на живые организмы. Очень важно проследить, как на этот слой озона влияет выключение солнечного света хотя бы на короткое время.
Известно, что Солнце действует на проводящие свойства верхних атмосферных слоёв, в которых распространяются радиосигналы. Это влияние зависит, с одной стороны, от освещения атмосферы крайними ультрафиолетовыми лучами. С другой стороны, возможно непосредственное проникновение в нашу атмосферу так называемых корпускулярных лучей, состоящих из заряженных частиц, постоянно выбрасываемых Солнцем. Эти частицы распространяются со скоростью, гораздо меньшей скорости света, примерно 1000 километров в секунду. Поэтому световое затмение Солнца не совпадает с его, так сказать, корпускулярным затмением. Таким образом, есть возможность изучить раздельное влияние этих явлений на ионосферу.
Из других проблем специального характера отметим проверку величины отклонения световых лучей, проходящих вблизи Солнца. Согласно теории относительности световые лучи, проходя около самого Солнца, слегка загибаются, именно на угол в 1,75 секунды. Поэтому каждая звезда в окрестностях Солнца должна казаться несколько дальше от него, чем это имеет место на самом деле. В первый раз подобное отклонение, предсказанное теорией относительности, было обнаружено из наблюдений во время затмения 1919 года и подтверждено в 1922 и 1929 годах. В последний раз оно было определено во время затмения 1936 года. Интересно, что каждый раз угол отклонения световых лучей оказывался всё больше и дошёл до 2,6 секунды. Несомненно, что действительное отклонение световых лучей около самого края Солнца превосходит величину, предсказанную теорией относительности. Причина этого явления ещё не установлена. Очень важно, пользуясь затмением 1941 года, определить окончательно расхождение с этой теорией в том виде, как она была сформулирована Эйнштейном.
*
Все перечисленные выше проблемы требуют довольно сложной аппаратуры и совершенно недоступны для любителя с обычной фотографической камерой, биноклем или небольшой зрительной трубой.
Можно, однако, указать на одно явление, недавно обратившее на себя внимание, наблюдение которого не требует никаких громоздких и дорогих приборов. Это так называемый зодиакальный свет, хорошо известный обитателям южных районов СССР. Так называется сияние, расположенное вдоль круга зодиака, опоясывающего весь небесный свод. Ширина этого сияния и яркость его быстро увеличиваются по мере приближения к Солнцу. До сих пор зодиакальный свет мог наблюдаться только на ночном небе, причём на значительном удалении от Солнца. Каков зодиакальный свет вблизи самого Солнца, не переходит ли он постепенно в солнечную корону, этого никто не знал до последнего времени. Только во время затмения 1936 года было обнаружено, что зодиакальный свет достаточно ярок; он заметен в виде широкой полосы, в центре которой находится Солнце. Но чтобы его увидеть, наблюдателю нужно было специально подготовить свои глаза; для этого пришлось вплоть до момента полного затмения находиться в тёмном помещении.
Было бы очень интересно сфотографировать зодиакальный свет во время затмения с помощью широкоугольной камеры или же, например, при помощи нескольких камер «ФЭД», смонтированных на одной доске таким образом, чтобы их объективы в совокупности охватывали область неба вокруг Солнца вдоль и поперёк эклиптики со взаимным перекрытием отдельных полей.
Интересно также попробовать фотографировать солнечную корону при помощи обычной небольшой камеры, фокусное расстояние которой равно 10—15 сантиметрам. Фотографирование следует производить с различными экспозициями и с быстрой сменой кассет посредством какого-либо механического приспособления. Таким путём, возможно, удастся заснять форму самой крайней части короны.
*
Любители, не связанные со сложной аппаратурой, имеют возможность следить за всем, что происходит вокруг них на земле и на небе, в непосредственной близости к Солнцу, на небесном своде, в заревом кольце вдоль горизонта. Быть может, кое-кому удастся обнаружить какие-либо новые, совершенно непредвиденные явления. История науки богата подобными примерами.
Комментариев нет:
Отправить комментарий