Geum.ru

Анатолий Павлович Кондрашов Большая книга

Вид материалаКнига
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   92
1.98. Из чего состоит Солнце?

Солнце – это огромный шар из плазмы (то есть ионизированного газа), состоящей в основном из водорода (73,46 процента массы) и гелия (24,85 процента массы). Таким образом, на все остальные элементы в составе солнечного вещества приходится менее 2 процентов. Основными из этих остальных элементов являются кислород (0,77 процента солнечной массы), углерод (0,29 процента), железо (0,16 процента), неон (0,12 процента), азот (0,09 процента), кремний (0,07 процента), магний (0,05 процента) и сера (0,04 процента).


1.99. Что представляют собой солнечные пятна?

Солнечными пятнами называют темные образования на диске Солнца. У хорошо развившегося пятна заметна темная тень (ядро), окруженная более светлой полутенью, в которой видны радиально расположенные светлые прожилки. Тень кажется очень темной только по контрасту с ослепительно яркой видимой поверхностью (фотосферой) Солнца, однако сами по себе пятна светят очень ярко, так как их температура достаточно высока (4300–4700 градусов Кельвина, то есть на 1000–1500 градусов ниже температуры фотосферы). Однажды наблюдалось пятно, имевшее температуру «всего» 3680 кельвинов. Температура тени составляет около 5500 кельвинов. Солнечные пятна горячее расплавленной стали и ярче электрической дуги. Мельчайшие солнечные пятна – так называемые поры – имеют диаметры в несколько сотен километров, диаметр больших пятен достигает 100 тысяч километров. Изредка появляются гигантские пятна. Так, например, с 8 по 17 марта 1947 года наблюдалось пятно сложной формы длиной 214 600 километров. Чем больше площадь пятна, тем оно долговечнее. У солнечных пятен обнаружено сильное магнитное поле. Прохождение больших пятен или групп пятен через центральный меридиан Солнца зачастую сопровождается магнитными бурями на Земле. Пятна перемещаются от восточного края Солнца к западному, демонстрируя тем самым вращение Солнца вокруг своей оси; одновременно они и сами несколько передвигаются по солнечной поверхности. Доля видимой поверхности Солнца, покрытая пятнами, является характеристикой солнечной активности. Весьма интересно, что наблюдения за солнечными пятнами стали одной из причин краха аристотелевско-птолемеевской модели Вселенной, согласно которой звезды являются идеальными неделимыми сферами.


1.100. В чем Исаак Ньютон усматривал источник энергии Солнца?

В тщетных попытках объяснить тот факт, что Солнце сияет и не тускнеет уже тысячи лет (миллиарды лет, как мы знаем теперь), Исаак Ньютон (1643–1727) пришел к выводу, что Солнце по Божьему соизволению питается кометами, падающими на него из-за роковых изменений своих орбит. В качестве доказательства своей гипотезы он приводил вспышку сверхновой, которую наблюдал Тихо Браге в 1572 году. По мнению Ньютона, звезда ослепительно засияла именно потому, что получила большую порцию кометного топлива.


1.101. Аргумент в пользу какой своей гипотезы видел Уильям Гершель в солнечных пятнах?

Уильям Гершель (1738–1822), сын полкового музыканта из немецкого княжества Ганновер, стал великим английским астрономом, выдвинувшим одну из самых дерзких идей в истории науки. Не сомневаясь, что наше светило обитаемо, Гершель утверждал, что оно «населено весьма плотно» мыслящими существами. По мнению Гершеля, обитатели Солнца живут и трудятся на его твердой поверхности, лежащей под светящейся оболочкой, которая постоянно обогащается, как указывал Ньютон, падающими на нее кометами и освещает не только поверхность самого Солнца, но и всю Солнечную систему. А в качестве наглядного подтверждения справедливости своей гипотезы Гершель указывал на солнечные пятна: чем они еще могут быть, как не прорехами в светящейся оболочке, позволяющими увидеть более холодную поверхность под ней?


1.102. Что представляют собой вспышки на Солнце?

Солнечные вспышки – это сильные взрывы, охватывающие значительные области поверхностного слоя Солнца. Вспышки обычно появляются в центрах солнечной активности (например, в группе пятен, иногда между двумя пятнами, составляющими магнитную пару) и проявляют себя резкими повышениями яркости. Длительность вспышек обычно составляет десятки минут, а порой доходит до часа. Но фаза, в которой выделяется основная часть энергии, длится считаные минуты и соотносится с наибольшей яркостью. Вспышки на Солнце – самое мощное из всех проявлений солнечной активности. Энергия большой вспышки приблизительно в 100 раз превышает тепловую энергию, которую можно было бы получить при сжигании всех запасов нефти и угля на Земле. Однако при этом мощность вспышки не превышает сотых долей процента от мощности полного излучения нашего светила, и заметного увеличения светимости Солнца не происходит. Вспышки вызывают резкое увеличение ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца, а также потока заряженных частиц, скорости которых достигают 1000 километров в секунду и более. Достигнув через несколько часов нашей планеты, эти частицы порождают полярные сияния и электромагнитные бури, которые подчас приводят к нарушениям функционирования телекоммуникационных сетей и устройств. Так, например, 2 сентября 1967 года яркая вспышка на Солнце вызвала почти двухчасовое прекращение радиосвязи на всей Земле.


1.103. Каких размеров могут достигать солнечные протуберанцы?

Протуберанцы – самые грандиозные из всех образований в солнечной атмосфере. Типичный протуберанец имеет вид гигантской светящейся арки, образованной струями более плотной и менее горячей, чем окружающая солнечная корона, плазмы. По виду протуберанцев, по скорости и особенностям движения вещества в них различают спокойные, активные и эруптивные протуберанцы. Спокойные протуберанцы отличаются медленным движением и изменением формы; время их существования – недели и даже месяцы. Активные протуберанцы характеризуются довольно быстрыми движениями потоков вещества от протуберанца к фотосфере, от одного протуберанца к другому. Эруптивные («взлетающие») протуберанцы по виду напоминают громадные фонтаны, извергающиеся со скоростью в сотни километров в секунду и довольно быстро меняющие свои очертания; существуют они недолго – от нескольких минут до нескольких часов. При толщине 5—10 тысяч километров протуберанец может иметь высоту в десятки тысяч километров. Некоторые эруптивные протуберанцы достигают высоты 1,7 миллиона километров над поверхностью Солнца (весьма впечатляющее зрелище, если учесть, что радиус нашего светила чуть меньше 700 тысяч километров).


1.104. Как велики потери солнечной массы на излучение?

Ежесекундно Солнце теряет на излучение около 4,3 миллиона тонн своего вещества. В год это составляет 140 триллионов тонн (триллион – число, изображаемое единицей с 12 нулями) – такова, например, масса астероида диаметром 50 километров. Но Солнце очень велико, и при таком темпе излучения ему потребовалось бы 150 миллиардов лет, чтобы потерять всего один процент своей массы.


1.105. Что такое солнечный ветер?

На исходе 1940-х годов проницательные астрофизики пришли к выводу, что Солнце должно собирать газ из межзвездного пространства, а потому смело предсказали существование ветра, дующего в сторону Солнца. Вскоре реальность солнечного ветра была подтверждена, однако с небольшой поправкой: ветер дует не к Солнцу, а от него. Вместо того чтобы собирать газ из межзвездного пространства, Солнце выбрасывает во все стороны свое вещество со скоростью миллион тонн в сутки. Солнечный ветер представляет собой постоянное радиальное истечение плазмы солнечной короны в космическое пространство (почти в вакуум). Частицы солнечного ветра, преодолевая солнечное притяжение, движутся от Солнца с постепенно нарастающей скоростью – их «подталкивает» более горячий газ. В основании короны (на расстоянии около 20 тысяч километров от поверхности Солнца) их радиальная скорость составляет несколько сотен метров в секунду, на расстоянии нескольких радиусов от Солнца они достигают скорости 100–150 километров в секунду. Вблизи Земли скорость солнечного ветра равна приблизительно 400 километрам в секунду, а плотность – 10 частицам на кубический сантиметр, то есть в миллиард миллиардов раз ниже, чем плотность земной атмосферы при нормальном давлении. Солнечный ветер состоит главным образом из протонов и электронов, но в нем присутствуют также ядра гелия и других элементов.


1.106. Какая часть солнечного излучения попадает на Землю?

На Землю попадает немногим менее половины миллиардной части солнечного излучения, но именно его энергия обеспечивает благоприятные условия жизни на нашей планете. Хотя земной шар имеет раскаленное ядро, однако тепло, которое каждый квадратный метр поверхности Земли получает из ее недр, в 25 000 раз меньше тепла, получаемого от Солнца. Если вспомнить, что от нашего светила нас отделяет около 150 миллионов километров, а его излучение ослабляется пропорционально квадрату расстояния, то можно только поразиться тому, как велика мощность термоядерного реактора под названием Солнце.


1.107. Как велики скорость и период обращения Солнца относительно галактического центра?

Солнце, находясь на расстоянии около 26 тысяч световых лет от центра Галактики, обращается вокруг него с периодом около 220 миллионов лет и скоростью около 220 километров в секунду. При этом наше светило одновременно перемещается внутри Галактики (относительно ближайших звезд) со скоростью 19,5 километра в секунду в направлении созвездия Геркулеса.


1.108. Что такое эклиптика и что представляют собой ее четыре главные точки?

Эклиптика (от греч. еkleipsis – затмение) – это большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение Солнца, точнее – его центра. Так как это движение отражает действительное движение Земли вокруг Солнца, то эклиптику можно рассматривать как сечение небесной сферы плоскостью орбиты Земли. Плоскость эклиптики пересекает плоскость небесного экватора (проекция земного экватора на небесную сферу) под углом, который в нашу эпоху составляет 23 градуса 27 минут. Точки пересечения двух этих плоскостей называются точками весеннего и осеннего равноденствия. Точка весеннего равноденствия соответствует положению Солнца в его видимом движении вдоль эклиптики, которое оно занимает 21 марта, тогда как осеннее равноденствие наступает 23 сентября. 21 марта Солнце пересекает небесный экватор, переходя из Южного полушария в Северное, и для жителей Северного полушария наступает весна. 23 сентября Солнце снова возвращается в Южное полушарие, и в Северном полушарии наступает осень. В дни равноденствий продолжительность дня и ночи равна – для любого места на земной поверхности. Кроме того, только в эти два дня Солнце одновременно освещает (хотя и по касательной) Северный и Южный земные полюса. Перпендикулярно к линии, соединяющей точки равноденствия, проходит линия солнцестояния. 21 июня (точка летнего солнцестояния) Солнце находится на угловом расстоянии 23 градуса 27 минут северной широты от небесного экватора и оказывается в полдень в зените на территориях, лежащих на тропике Рака. 22 декабря (точка зимнего солнцестояния) Солнце находится на угловом расстоянии 23 градуса 27 минут южной широты от небесного экватора и оказывается в полдень в зените на территориях, лежащих на тропике Козерога.


1.109. Когда и кем впервые предсказано солнечное затмение?

Историки науки утверждают, что первое солнечное затмение, предсказанное человеком, имело место в 585 году до нашей эры. Это великое астрономическое открытие приписывают Фалесу, философу из Милета, греческого города в Малой Азии. Однако известно, что Фалес путешествовал по странам Востока, учился у египетских жрецов и вавилонских халдеев и именно у них позаимствовал «семена» новой для греков науки – астрономии.


1.110. Какими бывают солнечные затмения?

По особенностям наблюдаемой картины солнечные затмения подразделяют на частные, полные и кольцеобразные. Как известно, Луна движется вокруг Земли по орбите, плоскость которой составляет угол около 5 градусов с плоскостью эклиптики, по которой сама Земля обращается вокруг Солнца. Из-за этого наклона орбиты Луна чаще всего проходит между Солнцем и Землей таким образом, что ее тень оказывается либо выше, либо ниже земного шара. Когда тень все же попадает на Землю, центр Луны для земного наблюдателя может не совпасть с центром солнечного диска, и тогда Луна закрывает не весь солнечный диск, а только его часть. Такие затмения называют частными. Они случаются чаще полных и кольцевых, но обычно проходят незамеченными, поскольку ослабление на несколько минут солнечного света даже вдвое почти незаметно для человеческого глаза. В тех редких случаях, когда при прохождении Луны между Солнцем и Землей центры всех трех небесных тел оказываются на одной прямой, имеет место центральное солнечное затмение, которое можно наблюдать либо как полное, либо как кольцеобразное. Хотя угловые размеры Солнца и Луны почти одинаковы, они несколько меняются из-за эллиптичности земной и лунной орбит. Поэтому возможны ситуации, когда угловой диаметр Луны превышает солнечный и, наоборот, когда угловой диаметр Солнца больше лунного. Если при центральном затмении имеет место первая из этих двух ситуаций, то в момент середины затмения Луна полностью закрывает солнечный диск от земного наблюдателя. Такое солнечное затмение называется полным. Если же угловой диаметр Солнца больше лунного, то в момент середины затмения земной наблюдатель видит черный диск Луны, окруженный сверкающим кольцом солнечного края. Такое солнечное затмение называют кольцеобразным. Очевидно, что ширина этого кольца будет наибольшей в том случае, если в момент солнечного затмения Земля находится в перигелии (ближайшей к Солнцу точке своей орбиты), а Луна – в апогее (наиболее удаленной от Земли точке своей орбиты).


1.111. Как велика сила притяжения Солнца, удерживающая Землю на орбите вокруг него?

Гравитационная сила, удерживающая Землю на орбите вокруг Солнца, равна 35 секстиллионам ньютонов (секстиллион – число, изображаемое единицей с 21 нулем). Эта сила могла бы разорвать стальной трос диаметром 3000 километров.


1.112. Во сколько раз Солнце больше Земли?

Радиус Солнца составляет 696 тысяч километров, а средний радиус Земли – 6371 километр. Отсюда следует, что Солнце больше Земли по линейным размерам приблизительно в 109 раз, а по объему – в 1,3 миллиона раз. Масса Солнца равна 2 триллионам квардиллионов(двойка с 27 нулями) тонн, а масса Земли составляет «всего лишь» 6 секстиллионов (шестерка с 21 нулем) тонн. Следовательно, по массе Солнце больше Земли в 333 тысячи раз. Гравитационное ускорение на поверхности Солнца равно 274 метрам в секунду за секунду и в 28 раз превышает гравитационное ускорение на поверхности Земли, равное, как всем известно, 9,81 метра в секунду за секунду. Поэтому любой предмет на поверхности Солнца будет весить в 28 раз больше, чем он весит на поверхности Земли (если, конечно, не сгорит).


1.113. Над какими частями земного шара и сколько раз в году Солнце бывает в зените?

Солнце бывает в зените (точке небесной сферы, расположенной над головой наблюдателя) только в области земного шара, лежащей между тропиками Рака и Козерога. Тропики – это воображаемые параллельные круги на поверхности земного шара, отстоящие на 23 градуса и 7 минут от экватора к северу и югу. К северу от экватора расположен Северный тропик (он же тропик Рака), к югу – Южный (тропик Козерога). На тропиках раз в году (22 июня на тропике Рака и 22 декабря на тропике Козерога) центр Солнца в полдень проходит через зенит. Между тропиками лежит область, в каждом пункте которой Солнце бывает в зените дважды в год. Севернее тропика Рака и южнее тропика Козерога Солнце никогда не поднимается до точки зенита.


1.114. Какое будущее ожидает наше светило – Солнце?

Солнце образовалось около 5 миллиардов лет назад и вот уже по крайней мере 4,5 миллиарда лет, благодаря реакциям превращения водорода в гелий, протекающим в его центральных областях, устойчиво излучает благодатное для нас, обитателей Земли, тепло. Согласно современным астрофизическим представлениям, через 8 миллиардов лет Солнце станет красным гигантом. При этом его светимость увеличится в сотни раз, а радиус – в десятки. Эта стадия эволюции нашего светила займет несколько миллионов лет, после чего разбухшее Солнце сбросит свою оболочку и превратится в белый карлик. Удивительно, что еще в 1895 году, задолго до возникновения теоретической астрофизики, наличие стадии красного гиганта в эволюции Солнца предсказал английский писатель Герберт Уэллс в своем романе «Машина времени», открывшем историю современной научной фантастики. Передвигаясь во времени «огромными шагами, каждый в тысячу лет и больше», герой романа наблюдал, как Солнце «становится все огромнее и тусклее», а затем «огромный красный купол Солнца заслонил собой десятую часть потемневших небес».


1.115. Как Тихо Браге пытался «примирить» Птолемея с Коперником?

Датчанин Тихо Браге (1546–1601) вошел в историю астрономии как величайший наблюдатель. За несколько десятилетий до изобретения телескопа он умел измерять положение звезд с точностью до одного градуса и угловое расхождение двух звезд с точностью до десятков угловых секунд. Это, однако, не мешало Тихо Браге быть рутинером в области теории строения Вселенной: всю свою жизнь он оставался непримиримым противником коперниковской гелиоцентрической системы мира. Чтобы объяснить новые данные, противоречившие птолемеевской геоцентрической системе мира, Тихо Браге выдвинул собственную модель Вселенной – в сущности, смешанную полуптолемеевскую-полукоперниковскую систему. Согласно представлениям Тихо Браге, Земля находится в центре системы неподвижных звезд, Солнце и Луна вращаются вокруг Земли, а планеты движутся вокруг Солнца. Судьбе было угодно, чтобы именно на основании удивительно точных наблюдений Тихо Браге его помощник Иоганн Кеплер вывел (уже после смерти Тихо Браге) свои знаменитые законы движения планет. Кеплер неоспоримо подтвердил справедливость системы Коперника и окончательно поставил крест как на системе Птолемея, так и на космологических «новациях» самого Тихо Браге.


1.116. Почему Галилей утверждал, что Коперник «восстановил и подтвердил», но не изобрел гелиоцентрическую гипотезу?

Фундаментальную идею о том, что Земля – не центр мироздания, а вращающаяся вокруг Солнца планета, мы привыкли связывать с именем Николая Коперника. Не умаляя величайшей заслуги польского астронома, следует все же отметить, что идея эта была хорошо известна за тысячи лет до его рождения. Египетские жрецы, создававшие в погребальных пирамидах всевозможные хитроумные устройства, уже прекрасно знали и то, что планеты вращаются вокруг Солнца, и то, в каком порядке от светила они располагаются. В Древнем Риме, в храме Весты, существовал планетарий, в центре которого помещался огонь, символизировавший Солнце, а вокруг него вручную переносили планеты. Однако в Древнем мире у гелиоцентрической гипотезы были могущественные оппоненты в лице сторонников геоцентризма. Когда в 280 году до нашей эры древнегреческий астроном Аристарх Самосский в своем сочинении (к сожалению, не дошедшем до нас) поместил в центре планетной системы не Землю, а Солнце, эта идея оскорбила многих его современников. Раздавались призывы покарать его за безбожие, как это было спустя почти две тысячи лет с Галилеем и Бруно. Как отмечает американский астроном Карл Саган в своей книге «Космос: эволюция Вселенной, жизни и цивилизации», подсознательное сопротивление идеям Аристарха и Коперника остается и в нашей повседневности. Мы продолжаем говорить, что Солнце «восходит» и «садится», наш язык продолжает считать Землю неподвижной.


1.117. Какое заблуждение помешало Копернику добиться полного признания своей системы мира?

Многие астрономы Античности (Пифагор, Платон, Птолемей и др.) и все христианские до Кеплера полагали, что планеты движутся по круговым траекториям. Окружность считалась «совершенной» геометрической фигурой, и планеты, пребывающие в небесных высях, вдали от земной скверны, тоже мыслились «совершенными». В равномерном круговом движении планет были уверены Галилей и Браге, родившиеся уже после смерти Коперника. Коперник же утверждал, что альтернатива должна заставить «разум содрогнуться», поскольку «было бы недостойно помыслить такое о сотворении мира, которое вершилось наилучшим из возможных образом». Теория Коперника основывалась на гипотезе о строго круговом и равномерном ходе планет. Она не позволяла прогнозировать их видимые движения с той же точностью, с какой это можно было сделать на основе модели Птолемея, базировавшейся на сложной системе дифферентов и эпициклов. А потому единственное преимущество коперниковской гелиоцентрической системы мира состояло в ее простоте и логичности. Теория Коперника окончательно восторжествовала лишь благодаря Кеплеру. Согласно Копернику, Земля являлась планетой. А Кеплер ясно понимал, что она, раздираемая войнами, моровыми поветриями, голодом и прочими напастями, весьма далека от совершенства. А если планеты несовершенны, почему их орбитам не быть такими же? Попробовав для вычисления орбиты Марса формулу эллипса, Кеплер обнаружил поразительное согласие с данными наблюдений. С этого момента никаких объективных препятствий для полного признания гелиоцентрической системы мира уже не оставалось.


1.118. Как образовалась Солнечная система?

Современные астрономы считают, что вначале образовалась солнечная туманность в виде газово-пылевого облака, которое затем стало сжиматься под действием гравитационных сил. Возможно, это сжатие было ускорено внешними факторами – например, взрывом находящейся недалеко сверхновой. В центре облака образовалось Солнце, под действием гравитационного давления в его центре началась термоядерная реакция, продолжающаяся и поныне. Из окружавшего Солнце огромного уплощенного газово-пылевого облака образовалась планетная система. Земля и родственные ей планеты (Меркурий, Венера, Марс) аккумулировались из твердых тел и частиц, а в формировании планет-гигантов (Юпитер, Сатурн) и внешних планет (Уран, Нептун) участвовал наряду с твердыми телами также и газ. Вначале вокруг Солнца образовались планетезимали – каменистые тела неправильной формы. Их размеры разнились от совсем небольших до сотен километров в поперечнике. Довольно быстро, через какие-нибудь десятки тысяч лет, планетезимали превратились в протопланеты диаметром 100–500 километров. Считается, что планетам земного типа потребовалось затем около 100 миллионов лет, чтобы вырасти до современных размеров путем аккумулирования масс более мелких небесных тел.