Встреча с Солнцем
Рассказ о Солнце не требует предисловия. Каждый
день оно всходит и заходит в точках, которые весной
смещаются к северу, а осенью отступают к югу. Положе-
ние Солнца на небе может быть определено с большой
точностью на много тысяч лет вперед. Вследствие регу-
лярности движения Солнца мы очень привыкли к нему.
В скалах застыли своего рода свидетельства проявле-
ния деятельности Солнца: окаменелости рассказывают о
непрерывной истории жизни, начиная с самой первой
ничтожной простейшей клетки, через разнообразные
стадии эволюции к современной эпохе. Определение воз-
раста гор представляется нелегкой задачей, основанной
на учете скорости осаждения пород или на определении
количества гелия и радиоактивного свинца, являющихся
продуктами радиоактивного распада, образующимися
вследствие так называемого «выгорания», которое проис-
ходит с известной постоянной скоростью. Современные
методы позволяют обнаружить ничтожные следы различ-
ных атомов и получить большую точность измерений.
Согласно наиболее точным из них жизнь возникла
более 500 000 000 лет назад. По крайней мере в течение
- 7 --
этого, времени, а возможно, и гораздо дольше, Солнце излучало
свет и тепло из своего кажущегося неистощимым запаса энергии.
И мы можем быть уверены, что за все эти годы оно никогда не
изменяло интенсивности своего свечения больше чем вдвое.
В противном случае по ископаемым остаткам обнаружилось бы
резкое нарушение непрерывности.
Имеем ли мы право предполагать, что Солнце будет светить
вечно? Можем ли мы даже быть уверены, что завтра оно не начнет
постепенно уменьшать свою обычную яркость или не взорвется
с такой силой, что вся Земля разлетится на куски и испарится?
Ведь Солнце — это только одна из тех сотен миллиардов звезд,
которые составляют наш огромный Млечный Путь; среди них
мы иногда встречаем примеры подобных катастроф, когда звезда
неожиданно исчезает или взрывается. Можем ли мы быть уве-
рены, что наше Солнце застраховано от подобного бедствия?
Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны рассмотреть само
Солнце. Оно так же часто недооценивается, как и заботливость
верного мужа. Необычайная регулярность его поведения приво-
дит к тому, что мы забываем обращать на него большое внимание.
Но представьте себе на минуту, что произойдет, если Солнце
вдруг исчезнет с неба! Земля погрузится в мрак, едва освещаемый
светом только одних звезд. Луна и планеты также погаснут, ибо
они светят только отраженным светом. Арктический холод
охватит всю Землю. В течение недели тропики занесет снегом.
Реки перестанут течь. Ветры прекратят дуть, и океан постепенно
промерзнет до дна.
Человек, лишенный непосредственного солнечного тепла, если
он раньше этого не понимал, внезапно откроет, что вода, ветер
и сила приливов г) непосредственно зависят от Солнца. Другой
источник энергии — растительность — перестанет произрастать.
Человек не сможет существовать в таких условиях. Кое-где
с помощью керосина, угля или дерева, запасы которых также
получены непосредственно от Солнца, человек сможет лишь слегка
оттянуть свою неизбежную гибель. В то же время атмосферные
газы начнут превращаться в жидкость и заморозят безжизненный
мир, так как температура постепенно упадет до нескольких гра-
дусов выше абсолютного нуля. Огромный ледник из твердого
воздуха примерно в 7 метров толщиной покроет Землю.
Ледяная катастрофа представляется рано или поздно неиз-
бежной, и Земля будет оставаться в таком состоянии до тех пор,
пока она не столкнется с какой-нибудь блуждающей планетой
или звездой и, превратившись в пар, совсем не прекратит своего
х) Явление морских приливов и отливов главным образом обусловле-
но^ притяжением Луны. Солнце оказывает меньшее приливное воз-
действие на океаны и моря, но большее — на приливы в атмосфере.
(Прим, перев.)
8
существования. То же самое произойдет, если само Солнце взор-
вется и станет новой звездой. Это может произойти потому, что
на самом деле Солнце является своего рода «машиной», произво-
дящей и постоянно излучающей энергию. Более того, мы знаем,
что запас энергии Солнца ограничен. Оно не может быть вечным
двигателем. Вселенная развивается, и известные нам законы
физики показывают, что уменьшение энергии — необратимый
процесс. Горячее тело охлаждается, но остывшее тело, находя-
щееся в холодной среде, само по себе не может стать горячим.
Из дальнейшего станет ясно, что Солнце производит свою
энергию главным образом за счет превращения водорода в гелий.
Когда запасы водорода, этого основного «топлива», почти исто-
щатся, Солнце, вместо того чтобы охлаждаться, создаст другие
временные весьма недолгие источники энергии, например ядер-
ную реакцию с участием гелия. Вследствие этого температура
на поверхности Солнца увеличится, и на Земле станет невыносимо
жарко, прежде чем наступит неизбежная гибель жизни.
Не вдаваясь в более тщательное рассмотрение процессов,
происходящих внутри Солнца, и исходя из постоянства его дея-
тельности в прошлом, мы можем с некоторой уверенностью счи-
тать, что внезапное вымирание жизни весьма мало вероятно.
Рисуя картину мира, лишенного Солнца, я вовсе не хотел запу-
гать читателя. Мне хотелось только живее вскрыть значение
Солнца и полную нашу зависимость от него. Вполне вероятно,
что Солнце будет постоянно светить еще сотни миллионов лет
в будущем. Проблема уменьшения света, излучаемого Солнцем,
касается не нас, а самых отдаленных наших потомков.
Элементарные вычисления позволяют сделать вывод, что энер-
гии в недрах Солнца хватит для поддержания его излучения
на постоянном уровне в течение 50 000 000 лет. Из тех же рас-
суждений можно сделать вывод, что солнечная энергия за
50 000 000 лет проходит путь от места своего возникновения
до поверхности Солнца, где она излучается в пространство.
Поистине, это скорость движения улитки — 15 метров в год,
в то время как в «пустом» межпланетном пространстве свет рас-
пространяется со скоростью 300 000 километров в секунду.
Солнце — непосредственный источник всех видов энергии
за исключением приливов, вулканов, гейзеров и атомной энер-
гии. Энергия воды уменьшается только вследствие постепенного
испарения с поверхности озер и океанов. Ветры возникают из-за
неравномерности нагревания солнечными лучами, так как наша
Земля медленно поворачивается вокруг своей оси подобно жар-
кому на вертеле, одна сторона которого поджаривается, в то
время как другая остывает. Энергия, выделяющаяся при сгора-
нии каменного угля, представляет собою преобразованный сол-
нечный свет. Миллионы лет назад листья первобытных растений
9
поглотили некоторую долю солнечной энергии. Во время горе-
ния запасенное излучение выделяется.
Даже перечисленные выше в качестве исключения энергети-
ческие ресурсы, не зависящие от Солнца, на самом деле могут
быть с ним связаны. Помимо того, что Солнце непосредственно
частично вызывает приливы, оно косвенно способствует лунным
приливам, поддерживая океаны достаточно теплыми, чтобы сохра-
нить их в жидком состоянии. Внутреннее тепло Земли, приво-
дящее к извержениям вулканов и гейзеров, хотя, возможно,
и обусловлено радиоактивностью, отчасти может быть остатком
прежнего расплавленного состояния. Земля и другие планеты
могли возникнуть в результате какой-нибудь солнечной ката-
строфы. Чем же объяснить радиоактивность и наличие атомов,
способных распадаться подобно урану? Разумеется, в настоящее
время они не образуются на Земле в результате естественных
процессов. Так же мало вероятно, что они сейчас возникают
на Солнце. Скорее всего, они входили в состав вещества, из кото-
рого произошла солнечная система.
Я уже упоминал о внезапно угасающих или вспыхивающих
звездах. Подробнее о них можно прочесть в книге Л. Кемпбелла
и Л. Яккиа: История переменных звезд (издание Гарвардского
университета, Кембридж, 1941). Это — так называемые катастро-
фические переменные. За несколько дней их яркость может
измениться в 100 000 раз. Если же подвергнуть тонким исследо-
ваниям свет огромного количества звезд, то можно установить,
что хотя и не большинство, но по крайней мере многие из них
являются переменными. В стихах поэта Кингслея
Неизменность царит среди звезд,
Вечер сменяет неизменное утро,
Так неизменны вечные горы,
Постоянство небес стерегущие,
может быть, много поэзии, но заведомо мало науки. Изменение
светимости звезды на 50% и даже больше не является чем-то
необычным, а изменения порядка 1% —частое явление.
Солнце, возможно, также переменная звезда, хотя изменение
•его светимости не превышает 1—2%. Оно отличается замечатель-
ным постоянством количества излучаемого им света и тепла,
а также неизменным характером видимого движения по небу.
Солнечная мифология
Постоянство Солнца уже давно было замечено древними наро-
дами, и это легло в основу многочисленных мифов. Почти все
первобытные люди считали Солнце существом или, в некоторых
случаях, огненным шаром, который кто-то неизвестный носит
— 10 —
по небу. Регулярность поведения Солнца при этом казалась
загадкой. Только раб мог совершать это с такой надежностью.
Но тогда, что заставило Солнце или его носителя служить людям?
Многочисленные легенды, рассказывавшиеся почти всеми перво-
бытными народами, старались это объяснить. Чаще всего счи-
талось, что вначале Солнце блуждало. Иногда оно слишком
торопилось на своем пути, а в иное время предавалось празд-
ности. Порой оно очень близко подходило к Земле, а порой сильно
удалялось. Иногда оно совсем не появлялось. Наконец, с боль-
шими трудностями Солнце поймали в ловушку или сеть и привели
в повиновение, после чего оно исполняло свои обязанности абсо-
лютно регулярно.
Целый ряд мифов рассказывает о временном исчезновении
Солнца с неба к ужасу всего мира. Порой это исчезновение умыш-
ленно и вызвано тем, что Солнце недовольно злом, творящимся
на Земле. Возвращение происходит только после молитв, жертв
и покаяния. В других легендах Солнце насильно похищают
и заточают в тюрьму. Его освобождение требует геркулесовых
усилий некоторых людей и животных. Часть этих мифов порож-
дена солнечными затмениями. Другие, возможно, обусловлены
наступлением темноты вследствие плохой погоды или облаками
вулканического пепла и пыли, ибо во многих сказаниях про-
должительность темноты исчисляется днями или неделями.
Быть может, некоторые легенды относятся к отдаленному
периоду истории, когда на Солнце происходили изменения
значительно большие, чем сейчас. Сильное влияние этих легенд
на первобытных людей, возможно, было связано со стра-
хом, что Солнце может внезапно и катастрофически исчезнуть
с неба. Первобытные люди не считали, что Солнце дается
даром!
Нет необходимости перечислять подробности различных
мифов. Вполне понятно, что древние обожествляли небесные тела
и силы природы. Первобытные представления имеют незначи-
тельный научный интерес. Однако мифы и легенды древних — это
своего рода ранняя наука. Эти истории представляют собой стрем-
ление пытливых и любознательных умов объяснить загадочные
явления природы. Данные наблюдений были весьма ограничены,
но тем не менее они тщательно изучались.
Древних особенно интересовало, как Солнце за ночь возвра-
щается к восточной части горизонта. Они предполагали, что суще-
ствуют многочисленные способы передвижения и различные
дороги. Наиболее драматичен рассказ египтян. Они воображали,
что ночью Солнце проплывает через пещеры внутри Земли,
где каждый раз оно должно было сражаться с дикими чудо-
вищами и демонами, стремившимися задержать Солнце и его
спутников.

11
ft
СЛ.-
JWfe
«
ft:'?--
‘*r.<;
ft
ж
Й-:-?^:ЙЙвЬ-
№&&
ft?
w&
WWW
:<я
»:
<
дах-#»









ЫШ
И



;^>xft:-?x>x<vx’ vax^vS-x*:-: ♦*: •> •»:•;-
Рис. 1. Дольмены в Англии. Часть храма друидов, посвященного Солнцу.
За аркой виден Солнечный Камень, над которым Солнце восходит в начале
лета. (Снимок сделан сотрудником Американского Музея естественной
истории Чарлзом Г. Колзом.)
Эскимосы думали, что оно плавает вокруг северного гори-
зонта, и появление лучей полярного сияния приводили в дока-
зательство того, что Солнце находится где-то поблизости. Этот
аргумент представляет собою изумительный пример «научного»
обоснования примитивного мышления.
На протяжении большей части той истории человечества,
от которой до нас дошли лишь отдельные отрывочные сведения,
мы находим поклонение Солнцу и его обожествление. Поклонение
Солнцу было настолько же естественно, насколько и неизбежно.
Регулярность появления Солнца и его благотворное влияние
на все живущее были очевидным результатом наблюдений.
Поклонение Солнцу или его земному подобию — огню являлось
простым признанием благотворных и совершенных свойств света
и тепла. Создавались целые религиозные системы, основанные
на желании человека контролировать или влиять на столь
могучую силу.

12 -
О большой распространенности поклонения Солнцу, суще-
ствовавшего в ранние библейские времена, свидетельствуют много-
численные записи, запрещающие культ Солнца. Моисей учил
народ Израиля: «...и дабы ты, взглянув на небо и увидев Солнце,
Луну, звезды и все воинство небесное, не прельстился и не покло-
нился им и не служил им...».
Крест, который в качестве религиозного символа давно при-
няли последователи христианства, не что иное, как эмблема
Солнца, изображающая солнечные лучи. Крест встречается
во многих видах. Часто само Солнце обозначается кружком
в пересечении лучей, как, например, в так называемом кельтском
кресте. Символ свастики с загнутыми концами изображает
Солнце, катящееся по своему годичному пути на небе.
Первобытная наука о Солнце
Интересно отметить, что весь огромный фольклор, связанный
с Солнцем, почти не содержит подлинно научных проблем. Древ-
ние вавилоняне и халдеи производили многочисленные астроно-
мические наблюдения, главным образом определяя положения
звезд и движения Солнца и планет, но никаких важных обобщаю-
щих выводов из этих наблюдений они не сделали, правда, за
исключением одного вопроса, достойного внимания: уже с 747 г.
до н. э. начали составлять таблицы солнечных и лунных за-
тмений. Значит, к тому времени они обладали общим представле-
нием о природе затмений и, возможно, даже могли их предска-
зывать. Все же высказать идею об универсальных законах при-
роды, на которых основана вся современная наука, выпало
на долю греков.
Олицетворение Солнца, звезд и планет отнюдь не было сим-
волическим, и мифы не создавались только для развлечения или
мистерий. (Для более подробного ознакомления с солнечной
мифологией см. В. Т. О л ь к о т т, Сказания о Солнце во все
времена, Путнам, Нью-Йорк, 1914.) Даже у греков мифы поль-
зовались таким всеобщим признанием, что мало кто посмел бы
усомниться в истинности того, что в них рассказывалось. Когда
около 434 г. до н. э. Анаксагор высказал предположение, что
Солнце — это не Феб-Аполлон, а масса раскаленного камня
размером с Пелопонесс, его арестовали, обвинив в оспаривании
того, что установлено религиозными догмами. Хотя красноречие
его друга Перикла и спасло Анаксагору жизнь, все же он навсегда
был изгнан из Афин.
Рассуждение, приведшее Анаксагора к столь неправильной
оценке размеров Солнца, по всей вероятности, было научным,
хотя это предположение в значительной мере основано на догадке.

13 -
египетской религии
справа. Оно посы-
нечто
египетский символ
2 Культ Солнца у египтян. Одним из догматов
обожествление Солнца, изображенного вверху	_
.... животворящие лучи жителям Земли На конц^^У^^
вроде кистей	буквы Т с прикрепленным к ней ова-
«ияни. нечто вроде ^Р^ХДто христианский крест также является
возникшим из этого египетского «ключа
Рис.
было
лает
I
жизни, нечто вроде
лом. Некоторые авторы
символом Сол™а3'нив”зм(^,Н3ей М^роп-олитен, Нью-Йорк.)
Можно полагать, что если Анаксагор определил размеры Солнца,
он также знал, или думал, что знает, расстояние его от Земли.
Как и большинство людей в ту эпоху, Анаксагор полагал, что
Земля плоская. Очевидно, он воспользовался для определения
расстояния до Солнца хорошо известным даже в те древние вре-
мена фактом, что высота Солнца над горизонтом меняется с ме-
стом наблюдения. Теперь нам известно, что этот эффект является
следствием кривизны земной поверхности. Перемещение вдоль
поверхности Земли на каких-нибудь НО километров, что соста-
вляет 1/зв0 окружности Земли, приводит к кажущемуся смещению
Рис. 3. Геометрические рассуждения Анаксагора.
Считая Землю плоской, Анаксагор измерял углы
А и В (правый чертеж), полагая, что таким спо-
собом он измерил расстояние до Солнца методом
триангуляции. Земля фактически выпуклая (ле-
вый чертеж), так что углы А и В зависят от кри-
визны. Ввиду чрезвычайной удаленности Солнца
оба направления на него почти параллельны.
Зенит Зенит
небесных тел на один градус. Хотя Анаксагор не знал правиль-
ного объяснения этого явления, он вполне логично рассуждал,
I р
*
I»
что это кажущееся смещение является следствием конечных
расстояний до небесных тел, а потому может быть использовано
для триангуляции вселенной (рис. 3). Эти соображения и могли
привести его к выводу, что расстояние от Солнца до поверхности
Земли составляет около 6000 км, а диаметр Солнца около 60 км.
т. е. что оно чуть меньше южного полуострова Греции. Несмотря
на ошибочность этих выводов, они знаменуют собой несомненный
шаг вперед в представлениях людей о Солнце.
Однако Анаксагор не был первым из тех, кто способствовал
развитию науки о Солнце. Часто говорят о Фалесе из Милета,
который предсказал солнечное затмение в шестом веке до нашей
эры, хотя теперь этот рассказ считается весьма сомнительным.
Так или иначе, Фалесу, по-видимому, было известно, что Луна
имеет форму шара и светит отраженным солнечным светом. Более
того, он высказал идею, что небесные тела движутся в соответ-
- 15 -
ствии с неизменными законами. Непосредственным продолжа-
телем Фалеса был Пифагор, знаменитый своей общеизвестной
теоремой о квадрате гипотенузы. Философы-пифагорейцы дали
нам первую модель солнечной системы, в которой Земля предста-
вляется планетой, движущейся вокруг центрального тела. Однако
согласно их учению этим телом было не Солнце, а невидимый
«центральный огонь», существование которого они постулиро-
вали, исходя из соображений скорее мистических, чем научных.
Точные соображения Пифагора по этому вопросу нам неизвестны,
ибо история приписывает создание описанной модели ученику
пифагорейской^ школы Филолаю, жившему лет через 75 после
Пифагора
Идеи Фалеса, Пифагора и Анаксагора не получили широкого
признания. Иную картину вселенной нарисовал Аристотель. Этот
великий философ, живший в четвертом веке до н. э., считал, что
Солнце представляет собою чистый огонь, равно как и чистые
и неоскверненные звезды и планеты, совершенно не похожие
по своим свойствам на Землю. Хотя взгляды Аристотеля были
дальше от истины, чем взгляды более ранних философов, они
имели значительно большее влияние. С падением Римской импе-
рии в Европе в течение около тысячи лет все науки находились
в полном упадке.
После возрождения наук в Европе данная Аристотелем кар-
тина мира получила всеобщее признание; ее влияние продолжа-
лось фактически почти в течение 20 столетий вплоть до самого
рождения современной астрономии. Если бы взгляды Аристарха
или Гиппарха получили столь же широкое распространение
и всеобщее признание, как и взгляды Аристотеля, возрождение
в области науки могло бы начаться значительно раньше, потому
что идеи Аристарха и Гиппарха значительно ближе подходили
к современным представлениям о вселенной и солнечной системе.
В третьем веке до н. э. Аристарх отчетливо представлял себе,
что планеты, в том числе и Земля, движутся вокруг находящегося
в центре Солнца; по существу, это совпадало с системой, разра-
ботанной Коперником в 1543 г. н. э. Аристарх знал, что Земля
имеет форму'шара. Далее, он обнаружил, что смена дня и ночи
происходит вследствие вращения Земли вокруг своей оси. Он
попытался вычислить истинные размеры и расстояния от Земли
до Луны и до Солнца. Хотя его результаты далеки от истинных
значений, примененные им методы были научно обоснованы;
неудача произошла исключительно из-за невозможности произ-
вести точные наблюдения с помощью имевшихся в то время грубых
инструментов. Аристарх получил, что Солнце приблизительно
в 19 раз дальше от нас, чем Луна. Подобным же образом он полу-
чил заниженное расстояние до Луны; в конечном итоге расстоя-
ние до Солнца у него получилось равным около 1 160 000 кило-
76 —
метров, что меньше действительного почти в 130 раз. Даже этого
было достаточно для Аристарха, чтобы решить, что Солнце по
крайней мере не меньше Земли. По-видимому, он считал, что
звезды —• это далекие солнца.
Во втором веке до н. э. Гиппарх, часто именуемый отцом совре-
менной астрономии, лучше всех древних астрономов определил
расстояние от Солнца до
Земли. К сожалению, он
придерживался геоцен-
трической, а не гелио-
центрической системы;
однако это не помешало
ему измерить объем Лу-
ны и расстояние до нее,
а также приближенно
определить диаметр Зем-
ли, которую он считал
шарообразной. Помимо
этого, он разгадал истин-
ную природу затмений.
Метод Гиппарха опре-
деления расстояний до
Луны и Солнца был
вполне правильным. Схе-
матически на рис. 5
Е изображает Землю,
М—Луну и S —Солнце.
Во время лунного затме-
ния по кривизне тени,
отбрасываемой Землей
на поверхность Луны, он
точно вычислил размер
конуса тени Земли на
Рис. 4. Определение Аристархом расстоя-
ния до Солнца. Когда Луна находится в
точке А, наблюдается в точности первая
четверть Аг (половина круга светлая).
Когда же Луна в точке В и направление
на нее составляет угол ровно 90° с направ-
лением на Солнце, фаза Луны — между
второй четвертью и полнолунием (BJ. Чем
Солнце дальше, тем угол С между двумя
положениями А и В меньше. Аристарх
считал, что угол С меньше 3°; в действи-
тельности он почти в 20 раз меньше (около
9 минут). Расстояние АВ Луна проходит
за каких-нибудь 12 минут, тогда как
Аристарх полагал, что на это уходит
около 4 часов. (Диаграмма любезно пре-
доставлена журналом «Популяр сайнс».)
расстоянии Луны. Таким образом, на чертеже он смог в масштабе
изобразить круги, представляющие Землю и Луну, а также по-
перечное сечение тени Земли ВС. Далее, он провел касательные
к Земле линии BD и CF и продолжил их вправо. Зная угол А,
под которым Солнце видно с Земли, и продолжив его стороны до
пересечения с продолжениями касательных в точках Р и Q, он
одновременно получил диаметр и расстояние до Солнца.
Слабая сторона этого метода (не по вине Гиппарха) состоит
в том, что ES много больше ЕМ, настолько, что линии BDP
и АР пересекаются под таким мадым углом, что весьма трудно
определить точное положение точки Р. По-видимому, Гиппарх
представлял себе эти трудности и применил свой метод для повтор-
ного определения расстояния до Луны, получив вполне точное
2 Наше Солнце
- 17
Рис. 5. Теория Гиппарха. Диаграмма изо-
бражает (не в масштабе) условия полного
лунного затмения. Луна М находится в
конусе тени Земли Е. S — Солнце.
значение. Далее, он использовал старый вывод Аристарха, что
Солнце по меньшей мере в 19 раз дальше от Земли, чем Луна,
заново вычислив размер Солнца и его расстояние от Земли. Так
Гиппарху удалось показать, что Солнце по крайней мере в семь
раз больше Земли.
Полученные Гиппархом оценки размеров Солнца и его рас-
стояния от Земли оставались в основном без изменения вплоть
до 1620 г., когда Кеплер произвольно увеличил их в три раза.
Основания, которые по-:
служили для этого изме-
нения, остаются неяс-
ными. Отчасти оно тре-
бовалось наблюдениями
великого учителя Кеп-
лера — Тихо Браге, но
возможно, здесь Кеплер
отдал дань науке о чис-
лах, которую, к сожале-
нию, он признавал. Око-
ло 1650 г. Риччиоли снова увеличил расстояние до Солнца вдвое, а
Венделен предлагал его учетверить, что, однако, не было принято.
В 1672 г. знаменитый астроном Кассини установил нижний
предел расстояния до Солнца, который отличается от современ-
ного значения не более чем на 10%, что блестяще подтвердили
наблюдения прохождения Венеры по диску Солнца в 1761 и
1769 гг. Так, после очень многих лет, наконец, были изменены
оценки Гиппарха. Но какие другие научные выводы, хотя и спра-
ведливые сами по себе, выдержали испытание временем в течение
1700 лет?
В начале XVII столетия Галилей изобрел телескоп и обнару-
жил пятна на Солнце. Но о нем мы расскажем несколько позже:
необходимо закончить важный вопрос о расстоянии от Земли
до Солнца, от которого зависят все наши сведения о размерах
в солнечной системе и в мире звезд.
Расстояние до Солнца
Существует множество более или менее хороших способов
определения расстояния от Земли до Солнца; мы рассмотрим лишь
немногие из них. Поскольку орбита Земли имеет несколько эллип-
тическую форму, фактическое расстояние Земли от Солнца день
ото дня меняется. Поэтому под средним расстоянием от Солнца
мы подразумеваем большую полуось эллипса (рис. 6). Теорети-
чески способ определения этого расстояния очень прост. Он осно-
вывается на применении элементарной геометрии и тригономет-
- 18 -
рии и подобен тому, как наблюдатель на Земле определяет рас-
стояние до недоступной точки, например, на другом берегу
озера. Предположим, что наблюдатель в точке А хочет опреде-
лить расстояние АВ (рис. 7). Он выбирает какую-нибудь удобную
третью точку С, определяет расстояние АС и измеряет с помощью
теодолита углы А и С. Это дает возможность определить угол В,
так как сумма всех углов треугольника равна 180°. Далее,
с помощью тригонометрии или чертежа и простых соотношений
можно вычислить требуемое расстояние АВ,
Этим способом мы непосредственно пользуемся при решении
астрономических задач. Пусть А и С — два пункта на поверх-
ности Земли, а В — центр небесного объекта, расстояние до
Рис. 6. Схематическое изобра-
жение эллипса земной орбиты.
Солнце находится в одном из
фокусов эллипса.
Рис. 7. Метод триангуляции для опре-
деления расстояния. («Популяр сайнс».)
которого мы определяем. Предположим, что расстояние АС уже
измерено. Углы Л, С и В получаются из наблюдений, а искомое
расстояние — из расчетов. Чем длиннее базис АС, тем точнее
определение расстояния (объяснение этого см. в подписи к рис. 8).
Этот способ прекрасно применим к близким объектам. Пред-
положим, например, что наблюдатель в точке А (рис. 9) опреде-
ляет кажущееся положение Луны на фоне далеких звезд и то же
самое делает наблюдатель в точке С на противоположной сто-
роне Земли. Луна, наблюдаемая из этих двух точек, займет
относительно звезд два положения, отличающихся между собою
почти на 2°, или почти на четыре лунных диаметра. Половина
отмеченного стрелкой угла АВС по определению называется
параллаксом. Параллакс Луны равен 57' дуги, что соответствует
расстоянию немногим менее 400 тысяч километров. Этот угол
можно измерить даже сравнительно грубыми инструментами,
следовательно, древние могли бы иметь довольно хороший спо
соб определения расстояния от Земли до Луны. Применение этого-
основного метода к определению расстояния до Солнца не
19
приводит к успеху по двум причинам. Во-первых, в случае Солн-
ца угол В в 400 раз меньше, чем для Луны; поэтому требуется
гораздо большая точность измерений. Но основным препятствием
Рис. 8. Роль ошибок при определении
расстояний. Измерение угла не может быть
абсолютно точным. На нижнем чертеже по
две линии, проведенные из точек А и С,
дают пределы ошибок в определении угла.
Вследствие неточности измерений расстоя-
ние до предмета заключено между расстоя-
ниями до точек В и Bi. То же самое на
верхнем чертеже. Однако в этом случае
базис АС меньше. Соответственно увеличи-
вается возможная ошибка определения по-
ложения объекта, находящегося между В
и Въ («Популяр сайнс».)
является то, что днем не
видно звезд и, следова-
тельно, отсутствуют точ-
ки фона, относительно
которого производятся
наблюдения; приходится
прибегать к косвенным
методам.
Не измеряя отдель-
ных расстояний, доволь-
но легко вычертить в
масштабе схему солнеч-
ной системы. Так, на-
пример, из наблюдений
известно, что Венера
никогда не удаляется от
Солнца больше чем на
45°. Это соответствует
картине, изображенной
на рис. 10. Теперь,
вспомнив свойства пря-
моугольного равнобед-
ренного треугольника,
легко найти, что рас-
стояние В составляет
около 0,7 расстояния Л. Отсюда, если радиус земной орбиты
принять за единицу, то расстояние от Венеры до Солнца со-
ставит 0,7. Нетрудно таким же способом вычертить орбиты
всех остальных планет. Теперь задача сводится к определению
масштаба нашей схемы. Можно найти
этот масштаб, измерив длину какой-
либо одной линии схемы, например
расстояние от Земли до Венеры, и
получить результат не хуже, чем из
непосредственных измерений расстоя-
ния от Земли до Солнца.
Это косвенное определение рас-
стояний сильно упрощает задачу.
Во-первых, когда Венера ближе всего
стояние до нее значительно меньше
Рис. 9. Триангуляция
Луны.
подходит к Земле, рас-
чем до Солнца. Иногда
Венера располагается в точности между Землей и Солнцем, когда
происходит так называемое прохождение Венеры по диску
Солнца. Во время этих явлений астрономы пользуются для опре-
20 -
Рис. 10. Определение рас-
стояния до Венеры.
деления расстояния до Солнца кажущимся положением планеты
на его диске, который, таким образом, играет ту же роль, что
и звездный фон, хотя и следует при этом учесть, что Солнце
несравненно ближе звезд. Хорошим способом определения парал-
лакса Солнца является наблюдение
прохождения Венеры по его диску,
производимое из двух удаленных пунк-
тов земной поверхности. Полученные
таким путем результаты в течение
многих лет принимались в качестве
стандарта расстояния. Но, к сожале-
нию, прохождения Венеры по диску
Солнца — весьма редкое явление. Два
последние были в 1874 и 1882 гг.,
а следующие будут только 8 июня
2004 г. и 6 июня 2012 г.
Для определения расстояния до
Солнца использовались также наблю-
дения Марса и астероида (малой пла-
неты) Эрос, который в наиболее благоприятные моменты прохо-
дит от Земли на расстоянии приблизительно 22 миллиона ки-
лометров, т. е. более чем в 2х/2 раза ближе, чем Марс. Это
обстоятельство наряду с тем, что Эрос виден как звезда, дает
возможность точно определить его положение относительно звезд
Рис. 11. Орбиты внутрен-
них планет.
фона. Наблюдения Эроса являются
одним из лучших из имеющихся в
настоящее время способов определе-
ния расстояния от Земли до Солнца.
Наблюдения Марса легли в основу
указанной выше попытки Кассини в
1672 г. измерить солнечный парал-
лакс. С помощью рис. 11 можно вы-
числить радиус земной орбиты, коль
скоро известно расстояние ab или cd.
Существуют и другие методы, один
из которых особенно прост. Как будет
объяснено ниже, с помощью спектро-
скопа можно легко измерить скорость
движения любого небесного объекта
в направлении к наблюдателю или от него. На рис. 12 справа
изображена орбита Земли, причем А, В и С — три различных
положения Земли. Теперь предположим, что с помощью спектро-
скопа измерены скорости вдоль луча зрения ряда звезд, D, рас-
положенных в противоположной Солнцу части неба, когда Земля
находится в точке В. Можно полагать, что скорости их собствен-
ных движений в среднем близки к нулю, ибо, вообще говоря,
— 21 —
Рис. 12. Спектральное определение рас
стояния до Солнца.
1
Солнце
они хаотически направлены во все стороны. Одни из них движутся
от наблюдателя (тогда лучевую скорость считают положитель-
ной), другие — к наблюдателю (скорость отрицательна). Когда
Земля находится в точке В, движение наблюдателя происходит
поперек луча зрения. Спектроскоп не обнаружит никакого дви-
жения, так как он регистрирует скорости только вдоль луча
зрения. Если теперь рассмотреть то, что наблюдалось на три
месяца раньше, когда Земля была в точке А, то обнаружится
кажущееся движение звезд, направленное к Земле со скоростью
около 30 километров в секунду. Точно так же, когда Земля пере-
местится в точку С, будет казаться, что звезды удаляются со сред-
ней скоростью, также
равной 30 км/сек. Фото-
графии спектров, по ко-
торым можно определить
эти скорости, даны ниже,
на рис. 33. Это кажущее-
ся движение звезд то к
Земле, то от нее проис-
ходит вследствие движе-
ния Самой Земли по
своей орбите со ско-
ростью 30 км/сек. Теперь, если умножить 30 (точнее, 29,8) км/сек на
число секунд в году, получится путь, проходимый Землей за год,
или длина земной орбиты. Наконец, разделив полученное число
на 2л (л=3,1416), получим радиус земной орбиты.
Д-р Джеральд Клеменс, издающий в обсерватории Военно-
морского флота США «Наутикл альманах»х), сообщил мне, что
результаты, полученные так называемым «динамическим мето-
дом», лучше, чем тригонометрические или спектральные опре-
деления. Динамический параллакс получается в результате тща-
тельного изучения движений планет и, в частности, Луны. Грави-
тационные притяжения Солнца и Земли постоянно «ведут» непре-
рывную «борьбу» между собою за «обладание» Луной. Это обстоя-
тельство косвенным образом позволяет измерить расстояние
до Солнца. При этом считается, что результат получается значи-
тельно более точный, чем может дать любой непосредственный
метод измерения. Согласно Рейбу параллакс Солнца составляет
8",7984, . что соответствует расстоянию 149 530 000 километров
с возможной сшибкой около 20 000 км* 2). Это число, действи-
тельно, трудно себе представить, настолько оно велико. Доста-
П Американский астрономический ежегодник. (Прим, перев.)
2) Выполненные в 1961 г. в Советском Союзе работы по радиолока-
ции Венеры позволили получить еще более точное значение расстояния
от Земли до Солнца (так называемой астрономической единицы), а имен-
но 149 457 тысяч км с возможной ошибкой меньше 5000 км. (Прим, перев.)
/
точно сказать, что летчику, совершающему непрерывный полет
со скоростью 800 км/час, потребовался бы 21 год для преодоления
подобного расстояния. Даже со скоростью искусственного
спутника Земли, составляющей 7,9 км/сек, он долетел бы до
Солнца только через 8 месяцев.
Коль скоро известно расстояние, легко вычислить и размеры
Солнца. Угол на небе, под которым мы видим диаметр Солнца,
немногим больше половины градуса. Сигарета диаметром в х/2сан-
тиметра, направленная в сторону Солнца, как раз закрывает
весь его диск, если находится на расстоянии полметра от глаза.
1392 тысячи километров.
Масса Солнца
Несколько труднее оценить массу Солнца, т. е. количество
ещества, входящего в его состав. Первым делом для этого нужно
определить величину силы притяжения, как известно, возникаю-
щей между любыми двумя массами. Принцип этого определения
поясняется рис. 13. Две одинаковые известные массы А и В
подвешены на противоположных концах коромысла очень
чувствительных весов.
Третье тело С, масса ко-
торого также известна,
помещено под телом А.
Взаимное притяжение
между А и С заставляет
А опуститься вниз, так
что необходимо к массе В
добавить очень неболь-
шую, но измеримую мас-
су D для восстановле-
Рис. 13. Определение массы Земли.
ния равновесия. Поскольку сила, с которой вся Земля при-
тягивает тело D, равна взаимному притяжению между А и С,
можно определить массу Земли, которая оказывается равной
6,59-1021 тонн. Для определения массы Земли существует мно-
жество других методов; некоторые из них позволяют получить
значительно большую точность, чем только что описанный спо-
соб, однако все они основаны на том же принципе.
Земля по своей орбите движется примерно так, как если бы
невидимая нить соединяла ее с Солнцем. Действительно, грави-
тационное притяжение подобно натяжению нити, так что Земля
все время движется к Солнцу, вместо того чтобы «улететь» по
прямой линии, что будет, если нить оборвется. Можно сказать,
что, двигаясь вокруг Солнца, Земля все время «падает» на него.
Этому падению соответствует отклонение ее орбиты от прямой
линии, составляющее около 3 мм в секунду (рис. 14). Еще со
времен Галилея известно, что на поверхности Земли в первую
секунду своего падения всякое тело проходит 4,9 м. Расстояния
3 мм и 4,9 м прямо пропорциональны соответствующим гравита-
ционным ускорениям, т. е. силам
действующим на единичную
массу со стороны Солнца
на расстоянии Земли и Зем-
ли на ее поверхности.
Отсюда, зная, что гравита-
ционное ускорение прямо
пропорционально массе и
обратно пропорционально
квадрату расстояния от
центра тела, можно легко
вычислить, что масса Солн-
ца в 329 390 раз больше
массы Земли. Воспользо-
вавшись значением массы
Земли, полученным выше,
находим, что масса Солнца
составляет 2,24-1027 тонн.
(Полностью это можно за-
писать, как 2 240 000 000 000 000 000 000 000 000 тонн. Впредь мы
будем пользоваться сокращенной записью: 1027 определяет число,,
записанное единицей с последующими 27 нулями; для получе-
Орбита
Земли
Рис. 14. Влияние силы тяготения на
движение Земли. Если АС представляет
путь, пройденный Землей за 1 секунду
(30 км), отклонение от прямой линии
ВС составляет всег 3 мм.
Солнце
vb
ния конечного результата на него следует умножить первое
число. Так, 102— сто; 106— миллион. Очень малые числа выра-
жаются отрицательными показателями, например 6,32-10‘в=
=6,32/106=6,32/1 ООО 000=0,00000632.)
Теперь можно вычислить среднюю плотность Солнца, т. е. его-
массу, поделенную на массу воды, занимающей тот же объем.
Поскольку один кубический сантиметр воды весит один грамм,
мы просто должны разделить массу Солнца (в граммах) на его-
объем (в кубических сантиметрах). Получим в результате 1,42»
В среднем некоторый объем солнечного вещества должен весить
приблизительно столько же, сколько ком битумного угля, зани-
мающего тот же объем. Внутренние слои Солнца значительно
более сжаты и к центру достигают плотности 771), что почти
в 10 раз больше плотности стали. Плотность внешних слоев
соответственно меньше средней. В следующей главе будет расска-
зано о деталях структуры этих поверхностных слоев.
9 Согласно более новым данным, плотность в центре Солнца около
130 см3. (Прим, перев.)