Экспедиция за короной

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 d_с составляет примерно 1,4 млн. км, диаметр Луны d_л — всего около 3,5 тыс. км, т. е. соотношение d_с:d_л примерно равно 400. Приблизительно таким же получается соотношение между средними расстояниями Земля — Солнце (l_зс ~= 150 000 000 км) и Земля — Луна (l_зл ~= 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

d_с:d_л = l_зc:l_зл

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 l_зc и l_зл 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 ?) от некоторых участков короны как бы усиливается интерферометром, а от других участков — ослабляется.

Можно представить себе, какой была бы эта картина в идеальном случае, если бы вся корона представляла собой во всех отношениях однородный излучатель света. И поэтому, изучая реальную фотографию, можно судить о некоторых процессах в том или ином участке короны. Например, об изменении средней скорости молекул, излучающих волну — 5303 ?, которое за счет эффекта Допплера приводит к некоторому изменению самой этой волны. Таким образом, полученная фотография позволяет как бы сканировать корону, судить о физических процессах в отдельных ее точках.

— А все ли ваши наблюдения были удачны?

— Не совсем. Мы, например, не смогли получить качественных снимков хромосферы, сделанных с интерферометром Фабри — Перо. На этих снимках также получились интерференционные полосы. Однако из-за неудачно выбранной экспозиции полосы эти трудноразличимы. Мы успели сделать два снимка — с экспозицией 5 и 15 с. Первый из них оказался полностью, а второй частично недодержанным. Нужно было бы сделать еще один снимок с большей экспозицией, но на него уже не хватило времени.

— Иными словами, время затмения для наблюдателей очень дорого…

— Это поистине бесценное время. Об этом очень хорошо рассказал известный астроном Д. Мензел в своей книге «Наше Солнце». Вот что он пишет: «Подготовка экспедиции занимает месяцы напряженной работы. Чем неприступнее место (создается впечатление, что затмения упорно выбирают пустынные области), тем больше необходимо застраховать себя от всяких возможных случайностей. Конечно, многие ученые желают только увидеть явление и едут с небольшой фотокамерой. Но полностью снаряженная экспедиция должна везти с собой 10–20 т всевозможного оборудования. Напряженность предварительной работы, неизбежные препятствия, тревоги по поводу возможной непогоды усложняют задачу. В момент полной фазы астроном часто настолько занят, что хорошо, если он может урвать какие-нибудь две свободные секунды, чтобы мельком взглянуть на корону. А если погода во время затмения окажется облачной, то месяцы усилий будут просто потеряны». Думаю, что нарисованная картина справедлива для всех экспедиций.

— Насколько результативны усилия наблюдателей? Дают ли наблюдения затмений какие-либо фундаментальные научные результаты?

— Такие результаты получались неоднократно. Так, например, в свое время затмения позволили определить, что наши земные сутки постепенно удлиняются, правда, на ничтожную величину — на тысячную долю секунды в столетие. Во время затмений удалось установить ряд важных зависимостей между процессами на Солнце и состоянием земной ионосферы, которая в сильнейшей степени влияет на распространение радиоволн. Несомненно, и сейчас ценная информация, которую дают солнечные затмения, складываясь по крупицам, готовит фундамент для новых важных открытий, касающихся физики Солнца.

Звезда, дающая нам жизнь, — наше Солнце… Мы уже многое знаем о нем благодаря изобретательности наблюдателей и смелости теоретиков. В то же время многие солнечные механизмы — от второстепенных до принципиальных, определяющих жизнь всей Солнечной системы, — остаются для нас тайной.

Но что такое тайна?

Как хорошо сказал замечательный физик Вильям Крукс, тайна — это всего лишь задача, которую нужно решить.