Искусственное солнце

Дело вот в чем: тела разного цвета неодинаково излучают свет при нагревании. Раскаленный кусочек фарфора сияет слабее и как бы краснее, чем доведенная до той же температуры крупинка сажи. С чем же правильнее сравнить Солнце — с фарфором или с сажей?

Не будем спешить с ответом. Прежде разберемся в том, что такое «черное тело».

«Черное» — значит поглощающее свет. В большой мере таким свойством обладает сажа. Однако и сажа, вопреки поговорке, чуть-чуть бела, ибо небольшую долю света она отражает. Ее хоть и с трудом, но можно осветить.

А есть что-нибудь чернее сажи?

Возьмите какую-нибудь полость — к примеру, бочку из-под бензина —и проделайте в стенке маленькую дырочку. Эта дырочка — чемпион черноты. Осветить ее практически невозможно. Любой луч, направленный в бочку, исчезает в ней, полностью поглощается. Мы получили то, что в физике именуют «абсолютно черным телом».

Начнем теперь любым способом нагревать внутреннюю полость нашей бочки, позаботившись о том, чтобы она не передавала тепло наружу.

Вот температура достаточно высока. Стенки начали изнутри светиться. В полости появилось надежно плененное излучение. Количество его при каждой температуре наибольшее — ведь оно никуда не уходит (то, что выходит из маленькой дырочки, очень мало). В соответствии с температурой меняется при нагреве качество излучения — грубо говоря, его цвет. И яркость и спектр нетрудно исследовать по световому лучу, выходящему из маленького отверстия.

После многочисленных опытов и сложных теоретических изысканий физики раскрыли закон излучения такого абсолютно черного тела. Была выведена точная формула зависимости плотности излучения (количества энергии в кубическом сантиметре) от температуры и цвета, точнее, местоположения максимума энергии в спектре.

Выяснил эту закономерность в начале нашего столетия немецкий ученый Макс Планк, и она послужила первой ласточкой последующего развития науки, называемой квантовой механикой, которой суждено было смести прочь гнетущее наследие «кризиса науки» и о которой нам еще предстоит говорить впереди.

ЧЕРНОЕ СОЛНЦЕ

Мы однажды чуть было не обиделись на астрономов, прозвавших грандиозное Солнце «желтым карликом».

Пожалуй, еще обиднее назвать сверкающее золотом светило черным и даже абсолютно черным.

Но ничего не поделаешь. Физики выяснили, что ряд свойств Солнца заставляет для решения некоторых проблем считать его очень похожим на абсолютно черное тело.

Дело тут вот в чем.

Оказывается, наружные солнечные слои поглощают все излучение, падающее на них изнутри (почему это происходит, вы узнаете позднее). А ведь также вели себя и стенки нашей бочки. Кроме того, как ни велик поток лучистой энергии, уходящей с солнечной поверхности в окружающее пространство, он все же совершенно ничтожен по сравнению с невообразимо огромным количеством излучения, спрятанного внутри светила. Атмосфера Солнца — это как бы гигантское непрозрачное одеяло. Свет и тепло, льющиеся из нее наружу, равносильны тоненькому лучику, который выходил из крошечной дырочки в стенке бочки — модели абсолютно черного тела.

В общем, мы вынуждены, попросив извинения у Солнца, признать его черным.

А теперь приступим к измерению температуры поверхности Солнца.

На пути пучка солнечных лучей поместим трехгранную стеклянную призму. Выйдя из нее, пучок вытягивается в радужную полоску спектра. Волны разной длины, составляющие лучи солнечного света, в нем как бы расставлены «по росту». Самые «рослые» волны — носители красных лучей — оказались на одном фланге, самые коротенькие — фиолетовые — на другом. Почему так происходит? Потому что лучи разного цвета по-разному преломляются в стекле: сильнее всего — фиолетовые, слабее всего—красные.

Теперь «поставим градусник» солнечному спектру.

Возьмем чувствительный термометр и выкрасим черной тушью его шарик с ртутью. Получится прибор, называемый болометром.

Внесем шарик болометра в радужную полоску. Ртутный столбик чуть-чуть поднимется. Это понятно: ведь черная краска поглотила световую энергию, нагрелась, передала тепло ртути, а та расширилась и поднялась вверх по тоненькой трубочке.

Теперь медленно проведем шарик вдоль радужной полоски и будем зорко следить за подъемом ртутного столбика. Мы заметим, что, выше всего столбик поднимается тогда, когда шарик будет находиться в сине-зеленой части спектра. Если для измерения применить не ртутный, а исключительно чуткий электрический болометр, то удастся весьма точно определить место наибольшей энергии солнечного спектра. Оно находится там, где лежат сине-зеленые световые волны длиной 0,47 микрона.

Остается по формуле, выведенной для равновесного излучения абсолютно черного тела, вычислить, какой температуре соответствует найденное положение максимума энергии в спектре. Подсчет приведет нас к ответу: 5700 градусов. Вот как нагрето солнечное «одеяло»!

ЭЛЕКТРОНЫ-ПРЫГУНЫ