Солнечные и лунные затмения
Надо заметить, что таких затмений, как наши солнечные, нельзя наблюдать вообще ни в каком другом месте планетной системы. Этим исключительным зрелищем обязаны мы случайному обстоятельству: Луна, заслоняющая от нас Солнце, ровно во столько раз ближе к нам, нежели Солнце, во сколько раз лунный поперечник меньше солнечного, — совпадение, не повторяющееся ни на какой иной планете.
Благодаря сейчас отмеченной случайности длинный конус тени, которую постоянно влачит за собой наш спутник, доходит как раз до земной поверхности. 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 случаются 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 число 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.
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 скользит 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 границы атмосферы. Лучи Солнца задерживаются этим экраном до того, как проникают в земную атмосферу, и рассеивания света в затенённой полосе тем самым 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 фойе 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. 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, несколько 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, которое должно обнаружиться в кажущемся смещении звёзд близ солнечного диска. Проверка этого следствия возможна только в моменты полного солнечного затмения.
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 открытым.
Таковы главные цели, ради которых астрономы покидают свои обсерватории и отправляются в отдалённые, иногда весьма негостеприимные места для наблюдения солнечных затмений.
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, бросаемая Землёю, — круглая, а какова тень, таков должен быть и предмет, её бросающий...». В старинных книгах по астрономии мы находим даже рисунки, поясняющие зависимость формы лунной тени от формы Земли.
Теперь мы в подобных доказательствах уже не нуждаемся. Зато лунные затмения дают возможность судить о строении верхних слоев земной атмосферы по яркости и окраске Луны. Как известно, Луна не бесследно исчезает в земной тени, а продолжает быть видимой в солнечных лучах, загибающихся внутрь теневого конуса. Сила лунного освещения в эти моменты и его цветовые оттенки представляют для астрономии большой интерес и находятся, как установлено, в неожиданной связи с числом солнечных пятен. Кроме того, в последнее время пользуются явлениями лунных затмений, чтобы измерять быстроту остывания лунной почвы, когда она лишается солнечного тепла (мы ещё вернёмся к этому дальше).
Почему затмения повторяются через 18 лет?
Задолго до нашей эры вавилонские наблюдатели неба подметили, что ряд затмений — и солнечных и лунных — повторяется каждые 18 лет и 10 дней. Период этот называли «саросом». Пользуясь им, древние предсказывали наступление затмений, но они не знали, чем обусловливается столь правильная периодичность и почему «сарос» имеет именно такую, а не иную продолжительность. Обоснование периодичности затмений было найдено гораздо позднее, в результате тщательного изучения движения Луны.
Чему равно время обращения Луны по её орбите? Ответ на этот вопрос может быть различен в зависимости от того, в какой момент считать законченным оборот Луны вокруг Земли. Астрономы различают пять родов месяцев, из которых нас интересуют сейчас только два:
1. Так называемый «синодический» месяц, т. е. промежуток времени, в течение которого Луна совершает по своей орбите полный оборот, если следить за этим движением с Солнца. Это — период времени, протекающий между двумя одинаковыми фазами Луны, например от новолуния до новолуния. Он равен 29,5306 суток.
2. Так называемый «драконический» месяц, т. е. промежуток, по истечении которого Луна возвращается к тому же «узлу» своей орбиты (узел — пересечение лунной орбиты с плоскостью земной орбиты). Продолжительность такого месяца — 27,2123 суток.
Затмения, как легко сообразить, происходят только в моменты, когда Луна в фазе полнолуния или новолуния бывает в одном из своих узлов: тогда её центр находится на одной прямой с центрами Земли и Солнца. Очевидно, что если сегодня случилось затмение, то оно должно наступить вновь через такой промежуток времени, который заключает целое число синодических и что угодно, только не ошибочность расчётов. Это удачно подмечено у Жюля Верна, который в романе «Страна мехов» рассказывает об астрономе, отправившемся в полярное путешествие для наблюдения солнечного затмения. Вопреки предсказанию, оно не произошло. Какой же вывод сделал из этого астроном? Он объявил окружающим, что ледяное поле, на котором они находятся, есть не материк, а пловучая льдина, вынесенная морским течением за полосу затмения. Утверждение это вскоре оправдалось. Вот пример глубокой веры в силу науки!
Возможно ли?
Очевидцы рассказывают, что во время лунного затмения им случалось наблюдать на одной стороне неба у горизонта диск Солнца и одновременно на другой стороне — затемнённый диск Луны.
Картина в самом деле загадочная: хотя, вопреки убеждению чеховской девицы, нельзя сквозь закопчённое стекло «увидеть линию, соединяющую центр Солнца и Луны», но мысленно провести её мимо Земли при таком расположении вполне возможно. Может ли наступить затмение, если Земля не заслоняет Луны от Солнца? Можно ли верить такому свидетельству очевидца?
В действительности, однако, в подобном наблюдении нет ничего невероятного. То, что Солнце и затемнённая Луна видны на небе одновременно, обусловлено искривлением лучей света в земной атмосфере. Благодаря такому искривлению, называемому «атмосферной рефракцией», каждое светило кажется нам выше своего истинного положения. Когда мы видим Солнце или Луну близ самого горизонта, они геометрически находятся ниже горизонта. Ничего нет поэтому невозможного в том, что диск Солнца и затемнённая Луна видны оба над горизонтом в одно время.
|
|
Читайте в рубрике «Планета Земля»: |