СОЛНЕЧНОЕ ЗАТМЕНИЕ

ТЬМА НАСТУПАЕТ В ПОЛДЕНЬ

И будет в тот день, говорит Господь Бог: произведу закат солнца в полдень и омрачу землю среди светлого дня.

Мы привыкли проводить ночи в городах, полных искусственного света, поэтому редко видим звезды. В древности все было совсем иначе. Зрелище сотен ярких звезд было наиболее поразительным явлением природы, которое могли наблюдать наши предки. Причем этот захватывающий вид открывался каждой безоблачной ночью.

Регулярность, царившая в небесах, приносила значительную практическую пользу и не могла не породить глубокое убеждение в том, что природа надежна и правильна. В такой обстановке предсказуемости тем более поразительными должны были казаться исключения из незыблемых законов, катастрофы и катаклизмы. Именно такие события попадают в летописи.

Считалось, что древние затмения Солнца влияют на дела людские. Английское слово eclipse, означающее «затмение», происходит от греческого eklepsis – «потеря», «уход». На некоторых языках, например, на китайском, слово, обозначающее затмение, буквально означает «съедение», «пожирание» («едоком» обычно является дракон). Можно вспомнить немало затмений, которые драматически изменили ход человеческой истории. Полное солнечное затмение, которое произошло 28 мая 585 года до нашей эры, положило конец пятилетней войне между Лидией и Мидией. Античные хроники сообщают, что посреди битвы «день стал ночью»; сражение прекратилось, и был спешно заключен мирный договор.

Через много веков Христофор Колумб воспользовался своими астрономическими знаниями, когда его корабли в 1503 году сели на мель у берегов Ямайки. Туземцы снабжали Колумба и его людей продовольствием в обмен на безделушки; наконец индейцы отказались давать провиант, и команда Колумба столкнулась с угрозой голода. Тогда великий мореход собрал островитян на совет в ночь на 29 февраля 1504 года – он знал, что в эту ночь должно произойти лунное затмение. Колумб объявил, что Господь Бог разгневан несговорчивостью индейцев, поэтому Он собирается убрать с неба Луну в знак Своего глубокого недовольства. Когда тень Земли начала закрывать лунный диск, испуганные островитяне заверили Колумба, что снабдят его всем необходимым, только бы он вернул Луну. Колумб ответил, что ему необходимо удалиться и убедить Бога отдать Луну. Он ушел, взяв с собой песочные часы, а в нужный момент вернулся и заверил аборигенов, что вымолил у Бога прощение за неподобающее поведение и Луна будет возвращена. Вскоре затмение завершилось. Невзгоды Колумба на Ямайке закончились, он и его люди были спасены и в конце концов с триумфом вернулись в Испанию.

Полные солнечные затмения – очень примечательные явления, которые можно считать причудой природы. Истинный диаметр Солнца примерно в 400 раз больше, чем у Луны, но их относительные расстояния от Земли таковы, что их видимые размеры в небе кажутся практически одинаковыми. В результате при прохождении Луны перед Солнцем (между Солнцем и Землей) лунный диск накрывает солнечный практически полностью, при этом происходит полное затмение солнечного света. Интересно отметить, что если бы мы смотрели в небо с поверхности любой другой планеты Солнечной системы, луны этих планет казались бы гораздо больше, чем диск Солнца. Единственное, кроме Земли, место в Солнечной системе, откуда, как и с нашей планеты, можно было бы наблюдать полное солнечное затмение – это Прометей, один из спутников Сатурна, имеющий неправильную форму. Но если бы мы смотрели на затмение с поверхности Сатурна, то полное затмение длилось бы очень недолго и занимало бы крошечную область неба, так как Сатурн находится очень далеко от Солнца, а Прометей очень маленький.

Расстояние от Земли до Луны очень медленно увеличивается, на несколько сантиметров в год, и через 500 миллионов лет на Земле больше не будет полных солнечных затмений.

Первую фотографию солнечного затмения сделал Берковский 28 июля 1851 года в Кенигсберге. В течение следующих 50 лет эта фотография не раз использовалась для иллюстрации этого потрясающего явления. На снимке также видны вспышки, вырывающиеся с поверхности Солнца.

Солнечные затмения сыграли важную, хотя и опосредованную роль в эволюции человека. Полные солнечные затмения обусловлены в основном большим размером Луны. Если бы Луны не существовало либо она была гораздо меньше, это имело бы катастрофические последствия для жизни на Земле. Не было бы приливов, правда, без них жизнь все же могла существовать и эволюционировать до того уровня, который мы наблюдаем сегодня. Однако направление оси вращения Земли (условной линии, проводимой через Северный и Южный магнитные полюсы) оказалось бы дестабилизировано. Причиной этого были бы гравитационные возмущения со стороны других планет, входящие в резонанс с колебаниями земной оси вращения (один цикл такого колебания завершается за 26 000 лет, при этом Земля вращается, покачиваясь, как волчок). В нормальных условиях ось вращения наклонена под углом около 23,3 градуса относительно перпендикуляра к плоскости, в которой Земля и другие планеты вращаются вокруг Солнца. Если бы Луны не было, то этот угол наклона существенно бы изменился, а в течение миллионов лет такие изменения приобрели бы хаотический непредсказуемый характер. Это вызвало бы масштабные климатические изменения, и окружающая среда могла бы стать малопригодной для биологической эволюции.

Такая хаотическая последовательность событий, вероятно, произошла на Марсе, чьи маленькие луны, которые, в сущности, являются захваченными планетой астероидами, оказались слишком малы, чтобы сыграть стабилизирующую роль. Однако наша Луна так велика, что ее гравитационное поле сводит на нет дестабилизирующие воздействия других планет, которые могли бы вызывать внешние пертурбации. Поэтому направление оси вращения Земли практически не изменяется в течение очень долгих периодов времени.

Последнее и еще более необычное следствие всех этих астрономических совпадений – те знания, которые получило человечество в результате наблюдения затмений. Ученые не только смогли увидеть события, происходящие на поверхности Солнца, в его короне, но и совершили ряд открытий в фундаментальной физике, путь к которым без солнечных затмений был бы гораздо сложнее.

Общая теория относительности Эйнштейна расширила великую теорию Ньютона, сформулированную в 1687 году. Она описывает сильные гравитационные поля и непротиворечиво объясняет движение света. Одна из великих догадок Эйнштейна заключалась в том, что лучи света, приходящие к нам от далеких звезд, должны искривляться силами гравитационного притяжения Солнца. Эйнштейн рассчитал этот угол изгиба, и он значительно отличался (вдвое превышал) от величины, которая должна была бы получиться, если бы была верна теория Ньютона. Однако измерения, необходимые для проверки этого важнейшего предположения, можно было произвести только во время полного солнечного затмения, так как в обычное время все, что требуется увидеть, затмевает яркое Солнце.

Ночью, когда на небе нет Солнца, была сделана фотография участка неба с яркими звездами, а затем этот же участок был снят повторно во время полного солнечного затмения, когда Солнце находилось перед ним. Разглядеть эти звезды в момент, когда между ними и Землей находится Солнце, можно только при полном солнечном затмении.

 

Один из негативов, сделанных в 1919 году в городе Собрале (Бразилия) с помощью четырехдюймового объектива. Горизонтальные линии показывают положение звезд, чьи видимые координаты измерялись для определения смещения, причина которого заключается в гравитационном воздействии Солнца

Если свет не движется по идеально прямым линиям, а искривляется под действием гравитации, как предсказывал Эйнштейн, то мы можем увидеть в непосредственной близости от Солнца звезды, которые иначе были бы закрыты от нас солнечным диском. То есть мы можем видеть звезды, которые находятся за солнечным диском, из-за того что лучи света, идущие от них, искривлены.

Эйнштейн предсказывал, что угол изгиба небольшой и должен составлять всего 1,75 угловых секунд (угловой размер Солнца на небе составляет около 32 угловых минут – почти в 1097 раз больше, чем предсказанное Эйнштейном искривление). После окончания Первой мировой войны британский астроном Артур Эддингтон возглавил знаменитую экспедицию на остров Принсипи, расположенный в Гвинейском заливе у западного побережья Африки. Эндрю Кроммелин руководил другой известной экспедицией – в город Собрал в Бразилии, где также предполагалось выполнить важные наблюдения. 29 мая 1919 года наблюдалось необычно длительное полное затмение Солнца (шесть минут). В это время Солнце располагалось на фоне яркого звездного скопления Гиады. Результаты, полученные группами Эддингтона и Кроммелина, несмотря на достаточно плохие погодные условия, имели революционное значение, а негатив одной из фотопластинок, сделанный в Собрале, приведен на иллюстрации в этой главе (к сожалению, все фотографии, сделанные Эддингтоном на Принсипи, утрачены). Горизонтальными линиями отмечены звезды, положения которых измерялись с целью сравнения их видимых координат в условиях, когда Солнце находилось перед звездным скоплением и когда его там не было. Экспедиции Эддингтона и Кроммелина подтвердили значительное изгибание света в полном соответствии с теорией Эйнштейна. Заявив во всеуслышание на собрании Королевского астрономического общества в Лондоне 15 ноября 1919 года о том, что прогнозы Эйнштейна оказались верны, экспериментаторы создали немецкому физику всеобщую славу, благодаря которой он стал, вероятно, самым популярным ученым всех времен и народов.

Графическая схема эксперимента появилась в Illustrated London News 22 ноября 1919 года со следующим пояснением: «Результаты, полученные британскими экспедициями, целью которых было наблюдение полного затмения Солнца в мае текущего года, подтвердили положение теории профессора Эйнштейна, согласно которой свет подвержен воздействию гравитации. 15 ноября [1919 года] доктор Э. К. Кроммелин, один из британских ученых, руководивших наблюдениями, сказал: „Затмение было особенно удачным для поставленных нами целей: в непосредственной близости от солнечного лимба было не менее 12 ярких звезд. Процесс наблюдения состоял в фотографировании этих звезд в период полного затмения и сравнении этих снимков с фотографиями той же области неба, сделанными, когда Солнца в этом месте не было. Если свет звезд действительно искривляется под воздействием солнечной гравитации, звезды, запечатленные на фотопластинках в период полного затмения, должны казаться как бы вытесненными вовне по сравнению с теми же звездами на других фотопластинках… Второй фотоаппарат, задействованный в Собрале, и тот аппарат, который использовался на Принсипи, подтверждают теорию Эйнштейна… Эта проблема исключительно интересна с философской точки зрения. В пространстве Эйнштейна не могут существовать прямые линии; все линии являются фрагментами гигантских кривых»».

Схема теории и эксперимента, напечатанная в Illustrated London News в 1919 году. Она посвящена экспедиции Кроммелина в Собрал и показывает, как предсказание Эйнштейна об искривлении лучей света под действием солнечной гравитации должно приводить к изменению видимого положения звезд, когда Солнце находится перед наблюдаемым звездным полем

Если бы не было полных солнечных затмений, мы не смогли бы проверить эйнштейновскую теорию гравитации с помощью этого эксперимента. Если бы не было планеты Меркурий, которая вращается так близко от Солнца, у нас не получилось бы произвести другую важнейшую проверку его теории – предсказанное Эйнштейном медленное смещение планетных орбит. Из этих астрономических случайностей, происходящих в нашем небе, следует поучительный вывод: не надо предполагать, что инопланетяне, сколь бы высокоразвитым разумом они ни обладали, обязательно откроют все законы физики, которые известны нам. Многие наши открытия были сделаны  благодаря  счастливым географическим совпадениям. Небо, затянутое облаками, способно похоронить развитие астрономии; отсутствие залежей магнитных руд и планетарного магнитного поля оставляет обитателей такой обделенной планеты без знаний об электричестве и магнетизме. Отсутствие радиоактивных элементов вблизи поверхности планеты является серьезнейшим препятствием на пути изучения радиоактивности и ядерного распада. Пути к научному развитию на отдельно взятой планете могут быть значительно осложнены специфическими проблемами, присущими окружающей среде, которые вид должен решить, чтобы выжить, а также характеристиками неба, которое могут видеть над собой представители этого вида. В нашем конкретном случае наблюдение за полными солнечными затмениями дало уникальную возможность видеть этот спектакль природы. Затмения напоминают о том, какую важную роль сыграла Луна для нашего существования. Кроме того, они очень помогли в понимании глубочайших законов Вселенной.