Лекции о Солнце

Весь коротковолновый участок шкалы электромагнитных волн (от гамма- до ультрафиолетового излучения) сквозь атмосферу Земли практически не проходит, – точнее, проходит весьма незначительная его часть. Это, скажем попутно, очень хорошо: коротковолновое излучение губительно для всего живого на поверхности Земли. Исследования этой части излучений Солнца начались сравнительно недавно, когда люди с помощью специальной аппаратуры, вынесенной за пределы земной атмосферы на ракетах и спутниках, начали систематические наблюдения Солнца в новых, недоступных для наземных наблюдений диапазонах длин волн электромагнитного излучения.

К диапазону ультрафиолетовых лучей примыкает участок так называемого видимого света. Излучение в этом диапазоне длин волн практически беспрепятственно достигает поверхности Земли. Именно поэтому глаза обитателей нашей планеты за миллиарды лет эволюции приспособились воспринимать видимый свет. Ультрафиолетовое излучение, например, наши глаза не видят, и это понятно: эволюции не было никакого смысла формировать орган, рассчитанный на чувствительность к излучению, которого на Земле нет…

Зато наши глаза научились великолепно различать видимые излучения по длинам волны. Например, свет, длина волны которого составляет 650 нанометров (1 нанометр – миллиардная доля метра), воспринимается нашими глазами как красный цвет. Если длина волны света около 400 нанометров, мы видим фиолетовый цвет. Поэтому, если зрение человека в порядке (человек не дальтоник), он может довольно точно, в буквальном смысле слова «на глаз» определять длину волны электромагнитного излучения в видимом диапазоне.

Здесь нужно сделать оговорку. Если мы смешаем два цвета (например, красный и желтый), то есть будем рассматривать поток излучения, где присутствуют волны сразу двух типов, – наши глаза нас обманут. Мы увидим оранжевый цвет, хотя на самом деле света с длиной волны около 600 нанометров (соответствующей нашему восприятию оранжевого цвета) в потоке нет. Аналогично, свет, в котором присутствуют все волны видимого диапазона – от красного до фиолетового – мы воспринимаем как белый…

К длинноволновому концу видимого диапазона (мы его воспринимаем как насыщенный красный цвет) примыкает излучение, которое наши глаза уже не могут зафиксировать, – инфракрасное. Но зато мы можем почувствовать это излучение не глазами, а кожей как поток тепла. Это излучение тоже почти без потерь проходит сквозь земную атмосферу.

Еще более длинные волны находятся в радиодиапазоне, и чтобы их зарегистрировать, нам понадобятся специальные устройства – радиоприемники. Солнце излучает и в радиодиапазоне! Но не все радиоволны проходят к нам сквозь атмосферу: некоторые длины волн атмосфера не пропускает, некоторые же проходят практически свободно.

В самом начале XIX века физики начали использовать наработки Ньютона для исследования солнечного света, – конечно же, пока только в видимом диапазоне длин волн. О существовании излучений с длиной волны меньше и больше, чем у видимого света, можно было только догадываться.

Новое устройство, которое получило название «спектроскоп», позволило совершить грандиозный прорыв в физике.

Свет Солнца пропускался через узкую прямолинейную щель, за которым стояла линза, формировавшая параллельный пучок света. Этот свет направлялся сквозь главный элемент прибора – стеклянную призму. Проходя сквозь призму, «белый» свет Солнца разлагался на спектр: красные лучи отклонялись под одним углом, желтые – под другим, и так далее. Спектроскоп позволял развести в разные стороны лучи с разной длиной волны! В результате изображение прямолинейной щели размывалось, и вместо яркой белой линии получался солнечный спектр (разложение по цветам, или, что то же самое, по длинам волн). Спектр выглядит как длинный радужный прямоугольник, где красный цвет плавно переходит в оранжевый, оранжевый – в желтый, желтый – в зеленый, зеленый – в голубой, голубой – в синий, синий – в фиолетовый. Эта радужная полоска получила название «непрерывный спектр Солнца».

Какую информацию о Солнце мог дать его спектр? На первый взгляд, несущественную – можно было сказать лишь одно: в солнечном свете присутствуют излучения с самой разной длиной волны. Но уже в 1802 году Уильям Гайд Волластон (1766–1828) впервые использовал в спектральном приборе прямоугольную щель вместо круглого отверстия, которое со времен Ньютона физики использовали для разложения света в спектр с помощью призмы. Волластон обнаружил, что спектр солнечного света перерезан семью темными линиями. На это удивительное открытие тогда не обратили надлежащего внимания. Волластон решил, что это просто естественные границы различных цветов спектра (радуги)…