Космос. Иллюстрированная история астрономии и космологии - Джон Норт

этот спектр содержит свидетельства свечения Урана своим собственным светом. Чета Хёггинсов сдержала развитие этой идеи, показав, что его спектр был примерно таким же, как и спектр Солнца, а потому нет причин отказываться от предположения о его свете, как просто отраженном.

Начиная с затмения 1882 г. и далее спектр солнечной короны стал регулярно фотографироваться. Наиболее четкие результаты получались в спектральных линиях, соответствующих водороду, которые нашел Жансен в протуберанцах во время затмения 1868 г. Другое спектроскопическое открытие, сделанное в следующем году, имело гораздо более загадочную природу в том смысле, что у него отсутствовал какой-либо известный лабораторный аналог. 7 августа 1869 г. полоса тени полного солнечного затмения пересекала Северную Америку. Корона изучалась полной энтузиазма армией астрономов. Лучшую работу выполнил в Де-Мойне, штат Айова, Уильям Харкнесс, астроном Военно-морской обсерватории в Вашингтоне. Он получил вполне ожидаемый непрерывный спектр короны, но обнаружил в нем единственную зеленую спектральную линию. То же самое открытие независимо сделал Чарльз Огастес Юнг из Дартмута, который вскоре оказался в Колледже Нью-Джерси, ставшем впоследствии Принстонским университетом. Положение зеленой линии в спектре подсказало физикам Кирхгофу и Андерсу Ангстрему, что ее активным элементом является железо, хотя эта идентификация вызвала серьезные возражения. В 1876 г. Юнгу удалось разрешить зеленую линию на два компонента, один из которых принадлежит железу. Другой приписали неизвестному элементу в корональном газе, пока не выясненному. У него отсутствовал земной эквивалент, и в итоге предполагаемому элементу присвоили наименование короний.

В последующие десятилетия было найдено и измерено гораздо больше характерных для короны спектральных линий, но они не наблюдались ни у одного из земных источников. Однако в 1925 г. некоторые линии спектра новой RR Живописца показались Гарольду Спенсеру Джонсу каким-то образом связанными с линиями в короне; и в 1933 г. часть этих странных линий четко обнаружили при вспышке новой RS Змееносца. Воодушевившись утверждением Спенсера Джонса, Бенгт Эдлен из Упсалы (Швеция) начал проводить лабораторные исследования спектров искрового разряда элементов, и к 1939 г. он и А. С. Боуэн доказали, что и в новых звездах, и в солнечной короне есть одинаковые эмиссионные линии, присущие железу. Они доказали, что «запрещенные линии», как и уже объясненные Боуэном, являются следствием очень малой плотности короны. Почти сразу после этого сотрудник Потсдамской астрофизической обсерватории (одного из важнейших исследовательских центров на юго-западе Берлина) В. Гротриан допустил существование других совпадений у линий, также принадлежащих железу. Не прошло и года, как Эдлен нашел подтверждение этому аргументу и составил список корональных линий, принадлежащих очень сильно ионизированным атомам железа, кальция и никеля, что позволило ему высказать предположение о температуре короны – порядка миллиона градусов по Цельсию. Иными словами, к 1940 г. призрак был низложен, и стало совершенно ясно (по меньшей мере для тех, кто в это военное время имел возможность усваивать новую информацию), что короний оказался иллюзией, и за этим названием нет никакого нового экзотического элемента.

СОЛНЕЧНЫЙ ВЕТЕР

Теоретические рассуждения о возможности света оказывать давление восходят к XVII в. Первым важным приложением этой идеи стала «фонтанная теория» кометных форм Бесселя, выдвинутая после того, как этот немецкий астроном обнаружил при наблюдении кометы Галлея, вновь появившейся в 1835 г., что вещество кометы, выброшенное ядром в направлении Солнца, оттесняется назад, и ее голова выглядит подобно фонтану (ил. 206). В его распоряжении имелось множество исторических зарисовок, которые могли подтвердить идею давления солнечного света. В качестве подтверждения мы можем воспользоваться, например, гравюрой Томаса Райта из Дарема (ил. 207). Бессель не мог сказать ничего определенного о механизме, но то, что это была какая-то сила, связанная с Солнцем, казалось неопровержимым. Он попытался рассчитать воздействие реактивной силы на орбитальный период кометы, но не добился сколько-нибудь значимого результата. К сожалению, кометы нечасто бывают видны в проекции сбоку, поэтому анализ наталкивается на определенные трудности, но Бессель, будучи великолепным математиком, рассчитал, используя разнообразные законы солнечного отталкивания, наиболее вероятные видимые формы. Его теория прошла долгий путь к объяснению форм кометных хвостов. Фонтаноподобная форма оказалась не редкостью. Замечательным примером была в данном случае комета Донати 1858 г., продолжавшая испускать фонтанные огибающие кривые в течение нескольких недель (ил. 208).

206

Фонтанная модель кометы Бесселя. В ней солнечный свет тем или иным образом отталкивает вещество кометы, исходящее из ядра – вещество, из которого в конечном счете формируется хвост. Столетием позже потребовалось разработать гораздо более сложную теорию солнечного ветра для объяснения строения вещества в голове кометы.

Существовало общее (но ошибочное) убеждение, что если удастся провести эксперимент, доказывающий существование светового давления, то это может служить обоснованием правильности корпускулярной теории света. Забавно читать роман Жюля Верна «Из пушки на Луну», опубликованный в 1867 г., где главный герой настаивает: транспортными средствами будущего станут реактивные снаряды, движимые электричеством или светом. Физики не имели единого мнения о существовании этого феномена вплоть до 1873 г., когда Джеймс Клерк Максвелл привел в своем «Трактате об электричестве и магнетизме» формальное доказательство, выводимое из его теории электромагнетизма, на основе которой могло быть установлено точное значение светового давления. В 1900 г. российский физик Петр Николаевич Лебедев наконец экспериментально продемонстрировал едва заметное давление, оказываемое светом на тела. Все это имело многочисленные последствия для астрофизики в долгосрочной перспективе. Совершенно отдельно от его вероятного воздействия на кометные хвосты это означало также следующее: давление света звезд на атомные частицы в межзвездном пространстве больше не может игнорироваться, и это давление играет какую-то роль в ограничении размеров звезд – давление излучения как бы сдувает их внешние слои.

207

Гравюра Томаса Райта с различными кометными ядрами и полным изображением кометы 1680 г. Изображены «ядра» комет 1665 г. (D), 1682 г. (С), 1742 г. (E) и 1744 г. (F), предположительно, в правильной пропорции с размерами Земли (A). Изображая комету 1680 г., Райт фиксирует различие между ее «естественной атмосферой» (aa), «более плотной материей, свивающейся в шлейф» (zzz), и «воспламененной атмосферой и хвостом, расширяющимся возле Солнца» (xx).

208

Комета Донати 1858 г. по рисунку Отто Вильгельма Струве в Пулково (5 октября 1858). В 1954 г. Николай Бобровников рассчитал скорости расширения гало этой и многих других комет, а спустя некоторое время Фред Уиппл из обсерватории Гарвардского колледжа показал, что в высшей степени регулярное порождение гало может быть объяснено через вращение ядра.

В 1943 г. Куно Хофмейстер (основатель Зоннебергской обсерватории в Германии) предположил, что солнечное излучение придает направление кометным хвостам не столько светом, сколько частицами, из которых оно состоит. Он обосновал свое убеждение, основываясь на собранных фотографических свидетельствах, однако лишь его соотечественник Людвиг Бирман сумел в 1951 г. синтезировать в единую форму теорию кометных хвостов и теорию излучения, исходящего от Солнца. Он обнаружил, что ионы кометного хвоста приводятся в движение не столько отдельными нейтральными атомами или молекулами, сколько непрерывным высокоскоростным потоком плазмы, разогретой до миллиона градусов, которая состоит из ионизированного газа, идущего от Солнца. Однако убедительного объяснения этого корпускулярного излучения не было вплоть до 1958 г., когда Юджин Паркер из Чикагского университета исследовал равновесную структуру короны, возникающую при взаимодействии гравитации с тепловыми скоростями составляющих ее частиц. Каковы условия возникновения того, что можно рассматривать как «испарение» частиц? Модель,