Солнечные затмения, подробности об этом явлении

Полеты на станции «Скайлэб» в 1973-1974 гг. существенно расширили наши знания о Солнце. Они дали возможность проводить продолжительные наблюдения деталей, не видимых с поверхности Земли. До этих полетов такие детали наблюдались только во время полных затмений.

Подробности о затмениях. Луна настолько ближе к Земле, чем Солнце, что выглядит на небе такой же по размерам, хотя на самом деле она невелика. Это-счастливое совпадение; оно означает, что, когда три тела оказываются точно на одной прямой, Луна может полностью закрыть яркую фотосферу Солнца, не перекрывая свечение хромосферы и короны. Это зрелище, однако, всегда недолго, ибо лунная тень лишь едва касается Земли: полоса полного затмения никогда не превышает в ширину 270 км, а максимальная продолжительность полного затмения в любой точке Земли-менее 8 мин. Поэтому астрономы всегда прилагают все усилия, чтобы использовать эти возможности наилучшим образом. В частности, только после солнечного затмения 1842 г. большинство астрономов убедились, что протуберанцы принадлежат Солнцу, а не Луне.

Так как лунная орбита не круговая, видимые размеры Луны изменяются. В апогее полная Луна кажется на 10% меньше, чем в перигее. Видимый диаметр Солнца также меняется: он самый большой в январе, а самый малый-в июле, что связано с изменением расстояния от Земли до Солнца. Если Луна оказывается меньше Солнца, то она не может полностью закрыть фотосферу и происходит кольцеобразное затмение, при котором вокруг темного диска Луны остается кольцо солнечного света. Бывают также частные затмения, когда Солнце скрывается не целиком. Научное значение кольцеобразных и частных затмений сравнительно невелико, так как во время них области, непосредственно прилегающие к Солнцу, не становятся видимыми.

В летописях зарегистрированы затмения, происшедшие много веков назад; так, сохранились сведения о наблюдениях затмения в Китае еще в 2136 г. до н.э. Затмения случаются не каждое новолуние, потому что орбита Луны заметно наклонена по отношению к земной орбите. Однако спустя 18 лет 11,3 дня (или 10,3 дня, если 18-летний цикл включает 5 високосных лет) за каждым затмением может последовать другое, сходное с ним затмение (полное или частное), когда Солнце, Луна и Земля вновь вернутся почти к тому же относительному расположению. Этот период носит название «сарос» (но в интервале между двумя такими затмениями произойдет еще несколько затмений). Сарос - это не точный период, но он может служить основой для предсказаний и широко использовался в древности.

Рис. При полном затмении (А) конус лунной тени (не путать с тенью в солнечных пятнах) достигает земной поверхности, а по сторонам от него, в области полутени, наблюдается частное затмение. Луна и Солнце (Б) подходят к полной фазе (1). вступают в нее (2) и расходятся (3). Случай В-частное затмение, при этом полного не наблюдается » нигде на Земле. Кольцеобразное затмение (Г) происходит, когда тень не доходит до Земли (Д). Рисунок Е поясняет, почему вследствие наклона лунной орбиты (4) к плоскости земной орбиты (5) затмения происходят не каждый месяц.

Рис. В момент, когда после полной фазы из-за Луны вновь появляется диск Солнца, можно увидеть впечатляющий эффект «бриллиантового кольца». Это явление длится всего несколько секунд

Наблюдения короны. Самое красочное зрелище во время полного затмения-это корона Солнца. Установлено, что форма короны меняется с течением солнечного цикла. При минимальном числе пятен корона более или менее симметрична, с приближением максимума активности в ней наблюдаются длинные лучи. При полном затмении небо становится достаточно темным, что позволяет наблюдать планеты и яркие звезды. Несколько раз вблизи затмившегося Солнца удавалось обнаруживать прежде неизвестные кометы. К сожалению, полные затмения в каждом пункте Земли случаются очень редко. Например, в Англии последнее полное затмение наблюдалось в 1927 г., а следующее произойдет только в 1999 г.

По мере развития спектральных методов исследования появилась возможность наблюдать хромосферу и протуберанцы в любое время. Однако корона-более трудный объект для исследования, так как даже ее внутренние части светят намного слабее, чем хромосфера. Французский астроном Бернар Лио (1897-1952) изобрел прибор, получивший название «коронограф», с помощью которого на высокогорных обсерваториях можно наблюдать внутреннюю корону. Внешняя часть короны недоступна наблюдениям с Земли вне полной фазы затмения. Отсюда неполнота наших знаний о Солнце. Исследованиям не благоприятствует и то обстоятельство, что излучение в определенных диапазонах электромагнитного спектра, в том числе в рентгеновском, никогда не достигает земной поверхности.

В прошлом предпринимались различные попытки преодолеть экранирующее действие атмосферы Земли. Использовались, например, высотные аэростаты, но они поднимаются ниже, чем хотелось бы астрономам. Проблема была окончательно решена, когда сложная аппаратура для исследования рентгеновского излучения Солнца была запущена в космос на борту станции «Скайлэб» и успешно там применена. Корона была исследована во всем диапазоне длин волн, и теперь, вероятно, можно утверждать, что в будущем научное значение полных солнечных затмений уже не будет столь велико, как прежде. Первый экипаж «Скайлэба» доставил на Землю отснятую им пленку с фотографиями короны; эти «фотонаблюдения» короны по продолжительности превосходят полное время всех наблюдений человеком природных затмений, проводившихся на протяжении тысячелетий.

Рис. Перед самым началом полной фазы или в момент появления «бриллиантового кольца», можно видеть атмосферу Солнца отдельно от лежащей под ней фотосферы. Темные линии поглощения внезапно превращаются в яркие эмиссионные. Это так называемый «спектр вспышки» (на рисунке-негатив). Несмотря на непродолжительность явления, спектр вспышки неоднократно фотографировался, что дало немало ценной информации о Солнце

Рис. 4. Во время частного затмения 21 ноября 1966 г. на диске Солнца было видно несколько пятен. Рис. 5. Фотографирование затмения с самолета имеет свои преимущества: нет облаков и самолет может лететь вслед за лунной тенью. На снимке ясно видны хромосфера и внутренняя часть короны. Рис. 6. Фотография затмения 1961 г., полученная с большой экспозицией, хорошо показывает внешнюю корону. Однако внутренняя корона и протуберанцы оказались передержанными

Большая корональная дыра видна как темная полоса на снимке, сделанном на станции «Скайлэб» в далеком ультрафиолете (цвета характеризуют интенсивность излучения). Видно, что структура короны далеко не однородна.

Рис. Одно из самых впечатляющих явлений на Солнце, показанное на этом рисунке, наблюдалось во время полета «Скайлэба». На пленке, отснятой 10 июня 1973 г., видна огромная «капля» разреженного вещества размером с само Солнце. Она двигалась наружу сквозь корону со скоростью около 400 км/с. Сравнение с солнечным диском позволяет оценить размеры «капли». За время полета было изучено более 40 подобных явлений, однако размеры «капли» не всегда были одинаковы. Несмотря на столь огромные размеры «капли», общее количество входящего в нее вещества относительно мало по причине сильной его разреженности. Подобные явления наблюдались впервые.

Будущее исследований Солнца. Несмотря на все достижения последнего времени, множество проблем по-прежнему остаются открытыми. Ультрафиолетовые наблюдения со станции «Скайлэб» выявили, что строение короны сложнее, чем считалось до сих пор. На рентгеновских снимках обнаружены также области короны с пониженной плотностью - «корональные дыры», которые могут быть источниками возмущений в солнечном ветре.

Несомненно, будущее в изучении далеких окрестностей Солнца принадлежит методам космических исследований. Орбитальные станции будущего, а также приборы, установленные на поверхности Луны, расскажут нам гораздо больше о нашей собственной звезде, чем мы знаем о ней сегодня.