Космос. Иллюстрированная история астрономии и космологии - Джон Норт

размеры и движения солнечных пятен. Одним из важных результатов их работы была знаменитая «диаграмма Маундера» в виде бабочки, демонстрирующая количество пятен, которые следует искать на всех широтах в любой момент времени – диаграмма, ставшая стандартным средством графического представления текущей ситуации. Впервые ее использовали в 1904 г. для показа дрейфа солнечных пятен по широте в течение солнечного цикла, когда Маундер занимался демонстрацией тесной связи между геомагнитными возмущениями и появлением больших солнечных пятен на солнечном диске.

Маундер вел весьма активную деятельность в Королевском астрономическом обществе, где он руководил несколькими отделениями; в 1890 г. он с помощью своего брата создал любительскую организацию – Британскую астрономическую ассоциацию. Членами последней могли быть не только любители-мужчины, но и женщины, которых в то время еще не принимали на работу в профессиональные учреждения. В своем официальном качестве он и его жена ездили по всему миру в поисках фотографий Солнца, а в 1898 г. миссис Маундер, использовав камеру собственной конструкции, получила впечатляющую фотографию одного из лучей солнечной короны, заметно превышающего по длине (в шесть солнечных радиусов) все ранее наблюдаемое. Карьера Маундера была необычна тем, что, выйдя на пенсию до начала Первой мировой войны, он вернулся в обсерваторию вместе женой во время войны для оказания поддержки сильно уменьшившемуся персоналу; а после войны они провели полезное исследование исторических источников по солнечным пятнам. В результате выяснилась крайняя скудость солнечных пятен во второй половине XVII в. В период, который сегодня называется «минимумом Маундера» (считается, что он длился с 1645 по 1715 г.), за тридцать лет появилось всего лишь около пятидесяти пятен, в то время как современное значение за аналогичный период времени может превышать это число в тысячу раз.

Взаимозависимость между магнитным полем Земли и циклом солнечных пятен представляла собой проблему, которая глубоко уходила своими корнями скорее в физику, чем в статистические обзоры, подготавливаемые Маундерами. После работ Вольфа и Ламонта 1850‐х гг. ее исследовали несколько астрономов. Мы уже упоминали об идее Биркеланда, согласно которой максимумы геомагнитной активности, «магнитные бури», вызывались группами электрически заряженных корпускул, приходящих от Солнца. В канун XX в. он начал серию лабораторных экспериментов, чтобы подтвердить свою догадку. Согласно его идее, эти заряженные частицы вовлекаются в магнитное поле Земли около полюсов и приводят к возникновению северных и южных полярных сияний. К этому времени Маундер сделал два открытия огромной важности и опубликовал их в 1904 г. (в контексте с диаграммами Маундера). Он обнаружил, что самые сильные геомагнитные бури были связаны с появлением больших солнечных пятен вблизи центрального меридиана солнечного диска – в среднем они проходили центральный меридиан примерно на 26 часов раньше. Он также заметил, что геомагнитные бури случаются, как правило, с интервалами в 27 дней, а это период вращения Солнца по отношению к Земле. Согласно его выводу, бури возникают в результате каких-то потоковых эффектов из определенных областей Солнца, и этому потоку требуются примерно сутки, чтобы достичь Земли. В случае сильных бурь причиной, их вызывающей, были, по всей видимости, солнечные пятна, но слабые бури могли случаться и тогда, когда пятна фактически отсутствовали на диске. Однако 27-дневный цикл, скорее всего, однозначно свидетельствовал о солнечном происхождении и тех и других бурь. На этом этапе вопрос был отложен примерно на два десятилетия, когда другие исследователи – в частности, У. Г. М. Гривз и Г. У. Ньютон – перепроверили указанную связь. Результаты, полученные Маундером, удалось подтвердить и углубить, но вопрос о причине явления еще долгое время оставался загадкой.

СОЛНЦЕ И ДЖ. Э. ХЕЙЛ, ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИЙ МЕЧТАТЕЛЬ

Прорыва удалось наконец достигнуть в результате работы, проведенной в 1930‐х гг. с использованием спектрогелиоскопа Джорджем Эллери Хейлом, который уже давно был в долгу перед практической солнечной астрономией. Хейл изобрел фотографическую разновидность этого инструмента в 1889 г. для фотографирования солнечных протуберанцев в свете, близком к монохроматическому. Того же самого пытались добиться многие другие исследователи, но им не удалось получить хороших практических результатов. (Все они успешно следовали примеру Жансена и Локьера, используя их визуальный метод. Хейлу не удавалось выполнить более сложную задачу по фотографированию короны Солнца вне затмения. Впервые ее решил Бернар Лио во Франции в 1930 г.) Хейл назвал свой первый инструмент спектрогелиографом. Спустя два месяца парижский астроном Анри Деландр сконструировал инструмент, похожий на инструмент Хейла, независимо от него. Идея была проста: телескоп, с высокой точностью ведомый за Солнцем, строил изображение Солнца на щели спектроскопа. Свет выбранной длины волны (то есть определенного цвета) проходил через спектроскоп и фокусировался на фотопластинке. Солнце сканировалось путем перемещения щели вдоль его изображения, но только по склонению, то есть под прямым углом к небесному экватору. По мере продвижения изображения Солнца вдоль щели, синхронно двигалась фотографическая пластинка; вся эта конструкция – соответствующим образом соединенные щель и пластинка – приводилась в движение одним и тем же электрическим приводом. Таким образом, серия изображений, полученных от щели, суммировались на пластинке до получения полного изображения Солнца в лучах какой-то одной длины волны.

220

Спектрогелиограф Дж. Э. Хейла, установленный на рефракторе, купленном его отцом, и схематический план инструмента. Свет от Солнца проходит через переднюю щель спектрометра, и серия механических соединений двигает щель вперед-назад, синхронно перемещая щель на выходе, за которой располагается экспонируемая фотографическая пластинка. Количество призм в системе часто доходило до шести и более. В результате получалось изображение Солнца в лучах одной длины волны. Использование различных спектральных линий (то есть света различных длин волн), как выяснилось, дает существенно отличающиеся друг от друга изображения, поскольку они связаны с активностью, проявляемой на разной глубине солнечной атмосферы.

Благодаря этому быстрому успешному применению спектрогелиографа (ил. 220) у Хейла появился интерес к солнечным исследованиям. Закончив Массачусетский технологический институт, он вернулся к себе домой в Чикаго, где его отец выделил деньги на покупку 12-дюймового (30-сантиметрового) рефрактора. В 1892 г. Хейл добился с его помощью великолепных результатов, например в фотографировании ярких солнечных облаков в линиях кальция и протуберанцев по всему диску. В конце столетия он сконструировал спектрогелиограф для большого Йерксского рефрактора, с помощью которого обнаружил темные водородные облака, а также открыл процесс круговорота кальция на самых разных уровнях.

Будучи человеком с безграничной энергией и хорошими финансовыми возможностями, Хейл убедил своего отца заплатить за 152-сантиметровое зеркало для проведения дальнейших исследований. Чикагский университет не профинансировал его установку, и диск оставался невостребованным в течение двенадцати лет, когда в 1908 г. он был, наконец, установлен на горе Маунт-Вилсон, над городом Пасадена в Калифорнии, и стал объективом самого большого рефлектора в мире, хотя и ненадолго. Несколько ранее Хейл уговорил богатого бизнесмена из Лос-Анджелеса Джона Д. Хукера оплатить 254-сантиметровое зеркало, и в итоге его изготовили для телескопа, построенного на средства Института Карнеги в Вашингтоне. Телескоп Хукера был закончен в 1917 г. Эти два инструмента, «шестидесятидюймовик» и особенно «стодюймовик», стали именами нарицательными в мире популярной науки в период, последовавший за Первой мировой войной.

Не успел «стодюймовик» доказать свою успешность, как Хейл начал планировать кое-что посерьезнее. В 1928 г. его планы более или менее обрисовались, и ему удалось получить шесть миллионов долларов из фонда Рокфеллера для постройки 200-дюймового (5‐метрового) телескопа. Его передали Калифорнийскому технологическому институту – организации, которая уже была многим обязана Хейлу своим величием, – и установили на горе Паломар в Южной Калифорнии. Хейл умер до того, как телескоп был закончен, а Вторая мировая война прервала реализацию проекта. Заготовку для зеркала отлили в 1934 г. и перевезли морем в Пасадену в 1936 г., но закончили и установили