Свет и теплота Солнца

Древние народы по скудности своих знаний о природе не могли оценить огромное значение, которое имеет для нас Солнце; но они догадывались, что его тепло и свет поддерживают всякую жизнь на Земле, и верили в его благодатную силу, которая позволяет деревьям расти в лесах, хлебным колосьям зреть и наливаться на полях, ре­кам и ручьям течь по равнинам, цветам распускаться и благоухать на лугах.

Современная наука подтвердила эти догадки древних, выяснив огромную важность для нас этого лучезарного светила, обладающего такой колоссальной световой и теп­ловой энергией, о которой древние не имели никакого пред­ставления.

Никакой свет, созданный человеческим искусством, не может еще сравниться с солнечным: самый сильный элек­трический свет кажется днем тусклым и жалким.

Точными измерениями доказано, что яркость солнеч­ных лучей по своей силе равняется яркости свыше 3 020 квадрилионов свечей; квадрилионом называется число, изображаемое единицей и 24 нулями.

Что касается теплоты, испускаемой Солнцем, то самый страшный жар наших печей, жар, при котором плавятся все наши тугоплавкие металлы — железо, платина, иридий, — настоящий лед по сравнению с теплом Солнца.

Максимальная температура наших лучших плавильных печей достигает 2 500—3 000°. Но это сущие пустяки, конечно, по сравнению с гигантским светилом, которое удалено от нас на 149% миллионов километров и посыла­ет нам лишь одну двухмиллиардную часть всей испускае­мой им теплоты.

Вычислено, что количество солнечной теплоты, полу­чаемой Землей в течение одного года, в состоянии расто­пить слой льда, покрывающий всю поверхность земного шара и имеющий в толщину 30 метров.

Если перевести тепловую энергию Солнца (падающую на Землю за 1 секунду) в электрическую и оценить ее из расчета всего по 2 копейки за киловатт-час, то окажется, что эта энергия имеет стоимость 956 миллионов рублей.

Вот чему равняется постоянная работа Солнца на Земле!

Мы об этом обыкновенно не думаем, но все, что движет­ся, ходит, летает, живет на нашей планете, есть порожде­ние Солнца. Все, чем мы питаемся, создано великолепным светилом.

Шампанское, кипящее в хрустальном бокале, — это лу­чи Солнца, сбереженные ради нашего удовольствия. Дрова, пылающие в наших печах, — это опять-таки кусочки Солнца: каждое полено этих дров дело рук чудесного све­тила; оно же заставляет работать мельницу, приводимую в движение воздухом или водой, гонит корабли и парохо­ды по морям и океанам, мчит длинные поезда и трамваи по рельсам. Паровоз — чудовище, порожденное промыш­ленностью еще в прошлом столетии, — родное дитя Солн­ца; каменный уголь, питающий паровую машину, — это результат долголетней работы, накопленной Солнцем в те­чение многих миллионов лет и глубоко запрятанной под поверхностью Земли. Дождь, снег, ледники, реки, потоки, водопады — все это создается могучей силой Солнца.

Нам кажется, что мы определили эту силу, вычислив все действия и проявления ее на Земле. Но на долю Земли приходится лишь ничтожная, микроскопически малая часть всего количества тепловой и световой энер­гии, испускаемой Солнцем в мировое пространство.

До каких исполинских размеров доходит эта энергия, исходящая от центрального светила, можно судить по тому, что она превосходит в 2 миллиарда 200 миллионов раз то количество тепла и света, которое падает на нашу планету.

Все планеты солнечной системы вместе задерживают лишь одну стомиллионную часть тепла, отдаваемого Солнцем; все остальное теряется, по-видимому, бесследно в беспредельном пространстве.

Вычислено, что, для того чтобы произвести искусствен­но теплоту, исходящую из Солнца в каждую секунду, нужно сразу сжечь 11 квадриллионов 600 тысяч миллиар­дов тонн каменного угля. Такое неимоверное количество тепла может привести в кипение миллион миллионов ку­бических километров воды, имеющей температуру тающего льда. Это такие цифры, которые человеческий" разум абсо­лютно не в состоянии постигнуть, в чем мы должны при­знаться без ложного стыда.

Перейдем теперь к описанию солнечной поверхности. Рассматривая Солнце в зрительную трубу, перед окуляром которой поставлено цветное стекло, можно видеть, что солнечная поверхность не везде одинаково светла: очень часто на ней замечаются пятна, точно по лучезарному ди­ску плывут темные облака.

Эти черные пятна обыкновенно имеют почти круглую форму, но очень часто они появляются небольшими группами, образуя весьма разнообразные неправильные фигуры. Внутренняя часть каждого пятна кажется совер­шенно черной и называется ядром, или тенью; менее тем­ная кайма вокруг ядра называется полутенью. Тень от полутени отделяется обыкновенно довольно резко.

Поверхность Солнца весьма неоднородна; она покрыта множеством маленьких зерен, весьма различного вида; большей частью они имеют овальную или яйцеобразную форму. Узкие промежутки между зернами имеют вид тем­ной сетки.

Но нужно сказать, что зернистое строение солнечной поверхности в том виде, как мы только что рассказали, можно видеть только при помощи телескопов и при благо­приятных атмосферных условиях.

Мы теперь знаем, что поверхность Солнца состоит из множества светлых точек, или зерен, имеющих вид сети; узлы этой сети расширяются иногда настолько, что обра­зуют как бы отверстия, или поры; эти поры, увеличиваясь все более и более, дают начало пятну.

Эти зерна являются источниками света и теплоты; они занимают около пятой части всей поверхности Солнца, согласно вычислениям американского астронома Ланглея; величина зерен неодинакова: диаметры их колеблются от 200 до 300 километров. Если число световых зерен по ка­кой-либо причине увеличится, то Солнце будет посы­лать более света и тепла; наоборот, уменьшение этих гранул или погружение их в более темные слои имело бы своим последствием охлаждение фотосферы.

Остановимся теперь несколько подробнее на солнечных пятнах. Они, как оказывается, давно уже были известны  китайским астрономам. В хронике Ма Туан-линь находит­ся замечательная таблица наблюдений, произведенных между 301 и 1205 годами нашей эры. Чтобы дать пред­ставление о величине и форме пятен, видимых на Солнце, наблюдатели сравнивают их с яйцами, финиками, груша­ми и пр.

Эти сведения никакой пользы европейцам не принесли, так как сделались известными у нас только сравнительно недавно. Мы даже не знаем, каким образом китайские астрономы производили свои наблюдения; так как теле­скоп им был неизвестен, то они, по всей вероятности, пользовались закопченным стеклом, с помощью которого, как известно, простым глазом можно видеть на Солнце только очень большие пятна.

В Европе солнечные пятна впервые были замечены в XVI веке монахом-иезуитом Шейнером из Ингольштадта, Это открытие было встречено очень недружелюбно началь­ством могущественного монашеского ордена: дневное све­тило считалось символом небесной чистоты и непорочности, и допускать существование каких-то пятен на его луче­зарном лике значило бы подрывать основные догматы веры. Галилей, занимавшийся в Италии теми же наблюдениями, что и Шейнер в Германии, подтвердил сообщение немецко­го иезуита и вычислил скорость вращения Солнца, осно­вываясь на перемещении солнечных пятен.

Скоро существование этих пятен в кругу ученых было признано фактом, не подлежащим никакому сомнению.

Пятна появляются на восточной стороне Солнца, начина­ют двигаться по диску и спустя 14 дней исчезают на за­падной стороне. Совершив полный оборот, пятна редко появляются снова в том же виде, в каком они наблюда­лись раньше; обыкновенно, показываясь опять с восточно­го края, они бывают сильно изменены; некоторые же со­всем пропадают.

Видимое движение пятен близ центра совершается бы­стрее, чем по краям солнечного диска, причем по мере приближения к видимым краям Солнца пятна теряют свою круглую форму — делаются овальными. Эти измене­ния во внешнем виде пятен только кажущиеся; зависят они от того, что их движение совершается пе в плоскости, а по поверхности шара.

Это обстоятельство и послужило доказательством того, что Солнце — не плоский диск, а шарообразное тело.

Размеры пятен бывают иногда настолько значительны, что они могут быть рассмотрены невооруженным глазом; для этого диаметр пятна должен быть не меньше 50" дуги. Одно из величайших солнечных пятен наблюдалось 14 ок­тябре 1883 года: диаметр его был равен 159" дуги, то есть 114 тысячам километров, — расстояние, превышающее диа­метр Земли в 7 раз (рис. 45).

Число пятен не всегда бывает одинаково. Иногда они бывают очень многочисленны, как в 1871 и 1883 годах, а иногда встречаются в таком ничтожном количестве, что в течение нескольких месяцев едва удается разглядеть одно пятнышко. Мы увидим сейчас, что в этом отношении су­ществует замечательная периодичность.

Каждое пятно возвращается на то место, где оно рань­ше было наблюдаемо, через каждые 27_1/3 дней, описав пол­ный оборот вокруг Солнца; отсюда следует, что само Солнце вращается вокруг себя, подобно тому, как Земля вращает­ся вокруг своей оси. Видимое вращение Солнца совершает­ся в 27_1/3 дней, но Земля за время одного оборота Солнца успевает пробежать известную часть пути по своей орбите, а именно описывает дугу в 25°; вычислив соответственную поправку, мы найдем, что в действительности полный оборот Солнца совершается в 25^х/2 дней. Раз Солнце вращается, то у него есть ось вращения и перпендикулярная к ней плоскость солнечного экватора, от которого, как и на Земле, можно отсчитывать географическую, вернее — гелиографическую, широту.

Солнечные пятна не распределены равномерно по всему диску; больше всего они скопляются возле экватора Солнца, весьма редко переходя за пределы 35—40° ши­роты.

Интересно то, что не все части солнечной поверхности вращаются равномерно: для разных широт существует различный период вращения. Так, на экваторе полный оборот совершается в 25 дней, на широте 20° —в 25 1/2 дней, на широте 35° — в 26 дн. 14 час., на широте 45° — в 29 дней и на широте 75° — в 33 дня 8 час. Это замед­ление скорости вращения с широтой простирается до са­мых полюсов. На этом основании мы должны сделать за­ключение, что Солнце вращается не как одно целое, не так, как Земля.

Какова природа этих пятен, как они образовались?

Шейнер полагал, что пятна представляют собой спут­ников Солнца, — мнение абсолютно неверное.

Галилей приписывал образование пятен облакам или па­рам, носящимся над фотосферой.

Другие астрономы, в особенности Лаланд, живший полтора века назад, видели в пятнах горы, обрывистые склоны которых и производят впечатление полутени; но это что-то фантастическое. На самом деле солнечные пят­на суть не что иное, как впадины, или углубления, на поверхности Солнца, где температура газов более низка и где они излучают поэтому меньше света. Черными пятна кажутся лишь по сравнению с ослепительно яркими, более горячими газами, которые окружают пятна.

Время, необходимое для образования пятна, чрезвычай­но различно: одни пятна образуются очень медленно, дру­гие появляются почти мгновенно. Ширина полутени, окру­жающей пятно, также бывает различна; строение ее весьма разнообразно. Большей частью в полутени видны своего рода прожилки, имеющие вид извилистых потоков. Эти потоки на внешней части полутени, то есть там, где они отделяются от фотосферы, отличаются меньшей плотностью и не так ярко светятся, как вблизи ядра, где они лежат более густыми рядами и кажутся более блестящими.

Те места, которые заняты пятнами, представляют по сравнению со средним уровнем видимой поверхности Солн­ца углубления, или ямы; глубина их различна: в одних она доходит, по-видимому, до одной трети земного радиуса, в других она превышает полудиаметр Земли.

Ядро пятен, то есть внутреннюю часть их, вовсе нельзя назвать абсолютно черной, непроницаемой тенью; как уже говорилось, она кажется такой только вследствие резкого контраста с окружающей блестящей фотосферой! Свет, испускаемый пятнами, как показали опыты, в тысячу раз сильнее света полной Луны.

Пятна обыкновенно окружены яркими участками, кото­рые называются факелами. Эти факелы, являющиеся сво­его рода выступами, или поднятиями, горячих газов из фотосферы, можно отчетливо рассмотреть тогда, когда пятно находится на самом краю солнечной поверхности.

Образование пятен обусловлено большими переворота­ми, происходящими на Солнце. Результатом этих перево­ротов являются, с одной стороны, поднятия солнечной поверхности, с другой — понижения ее, или углубления. Эти углубления, или ямы, излучающие меньше света, чем окружающие участки, и кажутся нам темными кружками, или пятнами.

Теперь мы перейдем к описанию весьма важных про­цессов, происходящих на Солнце, именно — к описанию солнечных извержений, которые были открыты гораздо позже, чем пятна.