Астрономия. Популярные лекции

Еще более замечательное явление — затмения Солнца. Раньше только они позволяли нам увидеть самую внешнюю область солнечной атмосферы — корону Солнца. Физики испытали настоящий шок, когда в середине XX в. была измерена температура этой области, ибо результаты оказались совершенно неожиданными. Что нам говорит нормальная физика? Что по мере удаления от источника тепла температура газа должна понижаться. Мы видим такие примеры сплошь и рядом. Источник тепла на Земле — ее поверхность, нагретая солнечными лучами, поэтому, поднимаясь на самолете, мы наблюдаем, как окружающий воздух становится всё холоднее; на высоте 10 км температура составляет –50 °С. Всё логично.

Рис. 1.20. Солнечное затмение 29 марта 2006 г. Северный Кавказ, Кисловодская солнечная станция ГАО РАН. Слева — Эльбрус. Фото: М. Лисаков, А. Юферев, Е. Казаков.

Энергия Солнца рождается в его ядре и затем просачивается наружу, а значит, снаружи температура должна быть ниже: действительно, в центре Солнца — около 15 000 000 K, а на поверхности — 6000 K: температура падает. И вдруг в области короны она опять начинает стремительно расти — до 2 млн кельвинов. С какой стати? Где источник энергии? В короне чрезвычайно разреженный газ, никакие ядерные реакции там не происходят. Задача была непростая, и решили ее не сразу. Впрочем, и сейчас еще нельзя сказать, что она решена до конца. Большую роль в исследовании солнечной короны сыграли работы советского астрофизика И. С. Шкловского. А начинал он с наблюдения солнечных затмений.

Структура короны, как видите, напоминает картину расположения железных опилок, рассыпанных над двухполюсным магнитом. Явно видно, что у Солнца есть один магнитный полюс сверху и другой снизу, а по бокам — замкнутые структуры (иногда дипольные, иногда многополюсные).

Благодаря затмениям не только были открыты и исследованы солнечная корона и лежащий под ней более плотный и прохладный слой — хромосфера, но состоялись и другие важные открытия и наблюдения. В 1868 г. в спектре хромосферы обнаружились линии неизвестного в ту пору на Земле химического элемента — им оказался гелий. В спектре короны тоже обнаружились неизвестные линии, которые исследователи поторопились приписать еще одному неизвестному элементу, назвав его коронием. Но это оказались линии железа при крайне высокой степени ионизации, недостижимой в ту пору в лаборатории. В 1918 г. затмение помогло подтвердить один из выводов общей теории относительности Эйнштейна: смещение изображений звезд вблизи солнечного диска продемонстрировало искривление лучей света в гравитационном поле.

Рис. 1.21. Эти два момента полного затмения разделены во времени всего несколькими минутами. На левом фото видна восточная часть хромосферы (это тонкий слой атмосферы Солнца между фотосферой и короной), а на правом — ее западная часть.

В обычное время, между затмениями, мы не видим корону Солнца, потому что ее яркость намного меньше яркости дневного неба рядом с солнечным диском. Однако в космосе этой проблемы нет. Телескопы некоторых космических обсерваторий (например, SOHO) снабжены специальным экраном, которым можно закрыть изображение солнечного диска и увидеть околосолнечные окрестности — корону, протуберанцы, плотные потоки солнечного ветра, а также небольшие кометы, которые становятся заметными, только когда пролетают вплотную к Солнцу, и о существовании которых мы ранее даже не догадывались.

Для наблюдателя на Земле лунный диск так точно совпадает по угловому размеру с солнечным, что стоит Луне чуть-чуть сместиться, и она уже открывает нам полоску фотосферы Солнца, т. е. его видимого диска (рис. 1.21). Будь Луна чуть меньше — хотя бы на 2 % — или располагайся она чуть дальше от нас, своим диском она уже не смогла бы закрыть фотосферу, и мы бы никогда не увидели с Земли солнечную корону: стоит появиться маленькому кусочку солнечного диска, как его свет, рассеянный в атмосфере, делает небо ярко-голубым, и никакая корона уже не видна. Эти снимки я показываю с удовольствием, потому что они сделаны современными любителями астрономии. Кто хорошо владеет фотокамерой и Фотошопом, может увидеть то, что раньше нельзя было заметить даже с телескопом.

Один из главных вопросов, встающих перед астрономом при подготовке к наблюдению какого-то небесного явления, в данном случае затмения: куда ехать, чтобы с наибольшей вероятностью получить желаемый результат? Факторов много: и количество ясного дневного неба в сезон наблюдения, и продолжительность явления, и его высота над горизонтом, и стоимость поездки, и политическая стабильность в регионе, и еще много других факторов.