Читать книгу - "Просто космос: Задачи о межпланетных путешествиях - Владимир Георгиевич Сурдин"

«Легко сказать, – подумал приезжий. – Кто же знает, где тут у вас юг?» Время близилось к полудню, поэтому, как опытный турист, он поднял голову в поисках Солнца, но увидел лишь однородно серое небо. Однако, недолго поразмышляв, приезжий уверенно повернул в нужную сторону и отправился к высотному зданию МГУ. Знание астрономии подсказало ему верное направление.

Что же стало для него ориентиром?

Глава 6

О затмениях

Самое темное космическое явление

Нам, жителям Земли, невероятно повезло: время от времени мы наблюдаем солнечные и лунные затмения. Наше везение состоит в том, что видимые размеры лунного диска в точности соответствуют размерам солнечного. Это удивительно, ведь Луна, вообще говоря, понемногу удаляется от Земли. Но почему-то именно в нашу эпоху она находится на таком расстоянии от нас, что ее наблюдаемый размер идеально соответствует видимому размеру Солнца. Луна примерно в 400 раз меньше Солнца по физическому размеру, но и в 400 раз ближе к Земле. Поэтому угловые диаметры их дисков совпадают. И именно поэтому мы можем наблюдать солнечную корону. Для астрономов – настоящая удача!

Вообще говоря, в астрономии есть три разных термина, описывающих ситуацию, когда два объекта в проекции совмещаются на небе. Мы используем тот или иной из этих терминов в зависимости от того, каков относительный угловой размер этих объектов. Если их угловые размеры близки друг к другу, мы называем это затмением; если более крупный объект перекрывает собой более мелкий, то это покрытие; когда же мелкий объект проходит на фоне крупного – это прохождение, или транзит.

Рис. 22. Затмение, покрытие и прохождение.

Темный диск ближе к наблюдателю

Теперь давайте разберемся, чем эти явления могут быть полезны и интересны нам. Покрытия – очень удобный способ измерять размер маленьких небесных объектов. Даже в лучшие телескопы мы вообще не различаем диаметры звезд без особых, очень сложных методов наблюдений: они слишком малы, намного меньше одной угловой секунды. Но если Луна, двигаясь по небу, своим краем закрывает какую-нибудь звездочку, та меркнет. И ее потемнение происходит не моментально, а в соответствии с теорией дифракции: когда источник света закрывают краем плоского экрана, его яркость для удаленного наблюдателя испытывает несколько колебаний и лишь затем окончательно обнуляется. Наблюдая покрытие звезды темным краем лунного диска, можно подобрать теоретическую кривую, подходящую к измеренным колебаниям яркости звезды, и вывести из этого угловой размер объекта.

Астрономы регулярно этим занимаются, используя Луну как часть измерительного прибора, и определяют угловой размер звездных дисков с разрешением до 0,003˝ (под таким углом видна монета достоинством 1 рубль с расстояния 1400 км). Это очень высокая точность, которую каким-либо другим способом очень сложно достичь. К сожалению, Луна ходит не по всему небу, поэтому измерить размеры всех звезд методом покрытий мы не можем. Наш спутник движется вблизи плоскости эклиптики, примерно в пределах ±5° от нее, и именно в этой полосе угловые размеры звезд хорошо измерены.

В нынешнем веке мы можем не только наблюдать за поведением Земли и Луны, но и видеть затмения и покрытия любых объектов Солнечной системы, если рядом с ними пролетают космические аппараты. Например, в 2015 г. мимо Плутона пролетал зонд New Horizons (NASA). Он сфотографировал планету с ночной стороны, и мы впервые увидели ее атмосферу. Когда диск Плутона закрыл собой Солнце, солнечные лучи просветили по краям планетного диска атмосферу этой карликовой планеты, позволив изучить ее свойства.

А вот еще один замечательный пример – покрытие Солнца Сатурном. Обычно мы видим Сатурн вблизи его противостояния с Солнцем. Лучи Солнца освещают далекую планету «в лоб», и мы можем наблюдать ее анфас. При этом прекрасно видны кольца Сатурна, пустота между их внутренним краем и планетой. Но когда первый искусственный спутник Сатурна «Кассини» (NASA) залетел за ночную сторону планеты, астрономы обнаружили, что между внутренним краем наблюдаемого с Земли кольца и планетой довольно много вещества и что оно тянется вплоть до верхней границы атмосферы.

То, что это вещество незаметно в отраженном свете, но видно в рассеянном свете при контровом освещении, свидетельствует, что оно состоит из очень мелких частиц, размер которых сравним с длиной волны света. Такие частицы, как известно, плохо отражают свет, но эффективно рассеивают его вперед, по ходу падающего на них излучения, и немного в сторону. Поэтому в отраженном свете они почти не видны, а при контровом освещении отчетливо проявляются.

Пока непонятно, каким образом в кольце планеты происходит сепарация частиц вещества по их размеру и почему мелкие частицы оказались ближе к ее поверхности. Простая физическая логика подсказывает, что должно быть наоборот: вблизи границы атмосферы планеты лучше сохраняются крупные частицы, поскольку у них отношение площади сечения к массе меньше, а значит, они слабее тормозятся в верхних слоях атмосферы. В природе же все оказалось не так.

Эту новую информацию о кольцах Сатурна мы получили именно благодаря тому, что использовали ситуацию затмения, а точнее, покрытия в качестве «прибора» для исследования. При этом контровое солнечное освещение выявило много новых деталей в структуре колец.

Рис. 23. Взаимное расположение плоскости лунной орбиты и плоскости орбиты Земли. Точки А и В – узлы лунной орбиты

А теперь вернемся к лунным и солнечным затмениям. Если бы Луна двигалась в плоскости эклиптики, то есть в плоскости земной орбиты, то и солнечные, и лунные затмения происходили бы регулярно одно за другим каждые две недели. Однако лунная орбита не лежит в плоскости эклиптики. Затмения как Луны, так и Солнца происходят лишь в те моменты, когда Луна проходит вблизи линии узлов своей орбиты, то есть пересечений ее орбитальной плоскости с плоскостью эклиптики (в которой всегда находится Солнце). Вблизи узлов для земного наблюдателя Луна проходит дважды в месяц, но для затмения нужно, чтобы в эти же моменты и Солнце тоже оказалось вблизи одного из узлов. Если это тот же узел, где находится Луна, то наблюдается солнечное затмение, а если противоположный – то лунное.

Происходит это не так уж часто: максимальное количество лунных затмений всех типов за год – четыре (например, столько их было в 2020 г. и столько же произойдет в 2038 г.), крайне редко – пять; минимальное – два. Солнечные затмения происходят приблизительно с такой же частотой, однако шанс увидеть полное лунное затмение намного выше, чем полное солнечное. Дело в том, что при наличии ясного неба лунное затмение видят все жители ночного полушария Земли. Солнечное же наблюдают