Для чего астрономы наблюдают затмения?

Благодаря сейчас отмеченной случайности длинный конус тени, которую постоянно влачит за собой наш спутник, доходит как раз до земной поверхности (рис. 55). Собственно говоря, средняя длина конуса лунной тени меньше среднего расстояния Луны от Земли, и если бы мы имели дело только со средними величинами, то пришли бы к выводу, что полных солнечных затмений у нас никогда не бывает. Они случают-

Рис. 55. Конец конуса лунной тени скользит по земной поверхности; в покрытых им местах наблюдается солнечное затмение.

ся в действительности потому, что Луна движется около Земли по эллипсу и в одних частях орбиты бывает на 42 200 км ближе к поверхности Земли, чем в других: расстояние Луны меняется от 356 900 до 399 100 км.

Скользя по земной поверхности, конец лунной тени чертит на ней «полосу видимости солнечного затмения». Полоса эта не шире 300 км, так что чиело населённых мест, награждаемых зрелищем солнечного затмения, каждый раз довольно ограничено. Если прибавить к этому, что продолжительность полного солнечного затмения исчисляется минутами (не более восьми), то станет понятным, что полное солнечное затмение – зрелище чрезвычайно редкое. Для каждого данного пункта земного шара оно случается один раз в два-три столетия.

Учёные буквально охотятся поэтому за солнечными затмениями, снаряжая специальные экспедиции в те, иной раз весьма отдалённые для них, места земного шара, откуда это явление можно наблюдать. Затмение Солнца 1936 г. (19 июня) видно было как полное только в пределах Советского Союза, и ради двухминутного наблюдения его к нам приехало 70 иностранных учёных из десяти различных государств. При этом труды четырёх экспедиций пропали даром из-за пасмурной погоды. Размах работ советских астрономов по наблюдению этого затмения был чрезвычайно большим. Советских экспедиций в полосу полного затмения было послано около 30.

В 1941 г., несмотря на войну, Советское правительство организовало ряд экспедиций, расположившихся вдоль полосы полного затмения от Ладожского озера до Алма-Аты. А в 1947 г. советская экспедиция отпра-

70

вилась в Бразилию для наблюдения полного затмения 20 мая. Особенно большой размах приняли в СССР наблюдения полных солнечных затмений 25 февраля 1952 г. и 30 июня 1954 г.

Затмения лунные хотя и случаются в полтора раза реже солнечных, но наблюдаются гораздо чаще. Этот астрономический парадокс объясняется очень просто.

Солнечное затмение можно наблюдать на нашей планете лишь в ограниченной зоне, для которой Солнце заслоняется Луной; в пределах этой узкой полосы оно для одних точек – полное, для других – частное (т. е. Солнце заслоняется лишь частично). Момент наступления солнечного затмения также неодинаков для различных пунктов полосы не потому, что существует различие в счёте времени, а потому, что лунная тень перемещается по земной поверхности и разные точки покрываются ею в разное время.

Совсем иначе протекает затмение лунное. Оно наблюдается сразу на всей половине земного шара, где в это время Луна видна, т. е. стоит над горизонтом. Последовательные фазы лунного затмения наступают для всех точек земной поверхности в один и тот же момент; разница обусловлена лишь различием в счёте времени.

Вот почему за лунными затмениями астроному не надо «охотиться»: они являются к нему сами. Но, чтобы «поймать» затмение солнечное, приходится совершать иной раз весьма далёкие путешествия. Астрономы снаряжают экспедиции на тропические острова, далеко на запад или на восток для того только, чтобы в течение нескольких минут наблюдать покрытие солнечного диска чёрным кругом Луны.

Есть ли смысл ради столь быстротечных наблюдений снаряжать дорого стоящие экспедиции? Разве нельзя производить те же наблюдения, не дожидаясь случайного заслонения Солнца Луной? Почему астрономы не производят солнечного затмения искусственно, заслоняя в телескопе изображение Солнца непрозрачным кружком? Тогда можно будет, казалось бы, наблюдать без хлопот те окрестности Солнца, которые так интересуют астрономов во время затмений.

Такое искусственное солнечное затмение не может, однако, дать того, что наблюдается при заслонении Солнца Луной. Дело в том, что лучи Солнца, прежде чем достигнуть нашего глаза, проходят через земную атмосферу и рассеиваются здесь частицами воздуха. Оттого-то небо днём и кажется нам светлым голубым сводом, а не чёрным, усеянным звёздами, каким представлялось бы оно нам даже днём при отсутствии атмосферы. Закрыв Солнце кружком, но оставаясь на дне воздушного океана, мы хотя и защищаем глаз от прямых лучей дневного светила, однако атмосфера над нами по-прежнему залита солнечным светом и продолжает рассеивать лучи, затмевая звёзды. Этого не бывает, если заслоняющий экран находится за пределами атмосферы. Луна есть именно такой экран, помещённый от нас в тысячу раз дальше крайней

71

границы атмосферы. Лучи Солнца задерживаются этим экраном до того, как проникают в земную атмосферу, и рассеивания света в затенённой полосе поэтому не происходит. Правда, не полностью: в область тени проникают всё же немногие лучи, рассеиваемые окружающими светлыми областями, и потому небо в момент полного солнечного затмения никогда не бывает так черно, как в полночь; звёзды видны только самые яркие.

Какие задачи ставят себе астрономы при наблюдении полного солнечного затмения? Отметим главные из них.

Первая – наблюдение так называемого «обращения» спектральных линий в наружной оболочке Солнца. Линии солнечного спектра, при обычных условиях тёмные на светлой ленте спектра, на несколько секунд становятся светлыми на тёмном фоне после момента полного покрытия Солнца диском Луны: спектр поглощения превращается в спектр испускания. Это так называемый «спектр вспышки». Хотя это явление, дающее драгоценный материал для суждения о природе наружной оболочки Солнца, может при известных условиях наблюдаться и не только во время затмения, оно обнаруживается при затмениях настолько чётко, что астрономы стремятся не упускать подобного случая.

Вторая задача – исследование солнечной короны. Корона – самое замечательное из явлений, наблюдаемых в моменты полного солнечного затмения: вокруг совершенно чёрного круга Луны, окаймлённого огненными выступами («протуберанцами») наружной оболочки Солнца, сияет жемчужный ореол различных размеров и формы в разные затмения (рис. 56).

Длинные лучи этого сияния нередко в несколько раз больше солнечного поперечника, а яркость составляет обычно лишь половину яркости полной Луны.

Во время затмения 1936 г. солнечная корона оказалась исключительной яркости, ярче полной Луны, что бывает редко. Длинные, не-

сколько размытые, лучи короны простирались на три и более солнечных диаметра; вся корона представлялась в виде пятиконечной звезды, центр которой был занят тёмным диском Луны.

Природа солнечной короны до сих пор ещё не выяснена окончательно. Астрономы во время затмений фотографируют корону, измеряют её яркость, исследуют её спектр. Всё это помогает изучению её физического строения.

Третья задача, выдвинутая только в последние десятилетия, состоит в проверке одного из следствий общей теории относительности. Согласно теории относительности лучи звёзд, проходя мимо Солнца, испытывают влияние его могучего притяжения и претерпевают отклонение, ко-

72

торое должно обнаружиться в кажущемся смещении звёзд близ солнечного диска (рис. 57). Проверка этого следствия возможна только в моменты полного солнечного затмения.

Рис. 57. Одно из следствий общей теории относительности – отклонение световых лучей под влиянием силы тяготения Солнца. Согласно теории относительности земной наблюдатель в Т видит звезду в точке Е' по направлению прямой TDFE', между тем как в действительности звезда находится в точке Е и посылает свои лучи по искривлённому пути EFDT. При отсутствии Солнца световой луч от

звезды Е к Земле Т направлялся бы по прямой ЕТ.

Измерения во время затмений 1919, 1922, 1926 и 1936 гг. не дали, строго говоря, решающих результатов, и вопрос об опытном подтверждении указанного следствия из теории относительности остаётся до сих пор открытым1)

Таковы главные цели, ради которых астрономы покидают свои обсерватории и отправляются в отдалённые, иногда весьма негостеприимные места для наблюдения солнечных затмений.

Что касается самой картины полного солнечного затмения, то в нашей художественной литературе имеется прекрасное описание этого редкого явления природы (В. Г. Короленко «На затмении»; описание относится к затмению в августе 1887 г.; наблюдение производилось на берегу Волги, в городе Юрьевце). Приводим выдержку из рассказа Короленко с несущественными пропусками:

«Солнце тонет на минуту в широком мглистом пятне и показывается из облака уже значительно ущерблённым...

Теперь уже это видно простым глазом, чему помогает тонкий пар, который всё ещё курится в воздухе, смягчая ослепительный блеск.

Тишина. Кое-где слышно нервное, тяжёлое дыхание...

Проходит полчаса. День сияет почти всё так же, облачка закрывают и открывают солнце, теперь плывущее в вышине в виде серпа.

Среди молодёжи царит беспечное оживление и любопытство. Старики вздыхают, старухи как-то истерически охают, а кто даже

вскрикивает и стонет, точно от зубной боли.

День начинает заметно бледнеть. Лица людей принимают испуганный оттенок, тени человеческих фигур лежат на земле бледные, неясные. Пароход, идущий вниз, проплывает каким-то призраком. Его очертания стали легче, потеряли определённость красок. Количество света, видимо,

1) Самый факт отклонения подтвердился, но полного количественного согласия с теорией не установлено. Наблюдения проф. А. А. Михайлова привели к необходимости пересмотра в некоторых отношениях самой теории этого явления.

73

убывает, но так как нет сгущённых теней вечера, нет игры отражённого на низших слоях атмосферы света, то эти сумерки кажутся необычными

истранными. Пейзаж будто расплывается в чём-то; трава теряет зелень, горы как бы лишаются своей тяжёлой плотности.

Однако пока остаётся тонкий серповидный ободок солнца, всё ещё царит впечатление сильно побледневшего дня, и мне казалось, что рассказы о темноте во время затмения преувеличены. «Неужели, – думалось мне, – эта остающаяся ещё ничтожная искорка солнца, горящая, как последняя забытая свечка в огромном мире, так много значит?.. Неужели, когда она потухнет, вдруг должна наступить ночь?»

Но вот эта искра исчезла. Она как-то порывисто, будто вырвавшись с усилием из-за тёмной заслонки, сверкнула ещё золотой брызгой и погасла. И вместе с этим пролилась на землю густая тьма. Я уловил мгновение, когда среди сумрака набежала полная тень. Она появилась на юге и, точно громадное покрывало, быстро пролетела по горам, по рекам, по полям, обмахнув всё небесное пространство, укутала нас и в одно мгновение сомкнулась на севере. Я стоял теперь внизу, на береговой отмели,

иоглянулся на толпу. В ней царило гробовое молчание... Фигуры людей сливались в одну тёмную массу...

Но это не была обыкновенная ночь. Было настолько светло, что глаз невольно искал серебристого лунного сияния, пронизывающего насквозь синюю тьму обычной ночи. Но нигде не было сияния, не было синевы. Казалось, тонкий, неразличимый для глаза пепел рассыпался сверху над землёй или будто тончайшая и густая сетка повисла в воздухе. А там, где-то по бокам, в верхних слоях чувствуется озарённая воздушная даль, которая сквозит в нашу тьму, сливая тени, лишая темноту её формы и густоты. И над всею смущённою природой чудной панорамой бегут тучи, а среди них происходит захватывающая борьба... Круглое, тёмное, враждебное тело, точно паук, впилось в яркое солнце, и они несутся вместе в заоблачной вышине. Какое-то сияние, льющееся изменчивыми переливами из-за тёмного щита, придаёт зрелищу движение и жизнь, а облака ещё усиливают иллюзию своим тревожным бесшумным бегом».

Затмения лунные не представляют для современных астрономов того исключительного интереса, какой связан с солнечными. Наши предки видели в затмениях Луны удобные случаи убедиться в шарообразной форме Земли. Поучительно напомнить о той роли, какую сыграло это доказательство в истории кругосветного плавания Магеллана. Когда после утомительного долгого путешествия по пустынным водам Тихого океана матросы пришли в отчаяние, решив, что они безвозвратно удалились от твёрдой земли в водный простор, которому не будет конца, один Магеллан не терял мужества. «Хотя церковь постоянно твердила на основании священного писания, что Земля – обширная равнина, окружённая водами, – рассказывает спутник великого мореплавателя, – Магеллан черпал твёрдость в следующем соображении: при затмениях Луны тень,

74