Текст книги "Расширяя границы Вселенной: История астрономии в задачах"

Автор книги: Владимир Сурдин

5.74. Александр Гумбольдт (1769–1859), немецкий естествоиспытатель, в своей знаменитой книге «Космос» высказал такое мнение:

Сравнивая, относительно их размеров, явления Луны с хорошо известными явлениями земными, нужно заметить, что большая часть валов и кольцеобразных гор Луны должны быть рассматриваемы как кратеры… извержений… но несравненно обширнее земных.

Действительно ли лунные кратеры есть результат вулканических извержений?

5.75. Астроном и известный популяризатор науки Камиль Фламмарион (1842–1925) в своей книге «Популярная астрономия» утверждал:

Обитатели обращённого к нам лунного полушария могут наслаждаться созерцанием величественного небесного светила, которого нельзя видеть с Земли. Диаметр его почти в четыре раза больше лунного диаметра, как он виден с Земли, поверхность же в 14 раз превышает величину лунного диска. Это светило – наша Земля, представляющая «луну для Луны». Оно обладает замечательною особенностью оставаться неподвижным на небе, когда все другие светила движутся… Обитатели средины обращённого к нам полушария постоянно видят нашу планету в их зените; по мере удаления от центра высота её уменьшается, и на самых краях этого полушария наш земной шар представляется в виде огромного диска, лежащего на высоких горах. А по ту сторону ограничивающего это полушарие круга нас не видно бывает никогда.

Наша Земля, это громадное светило на лунном небе, представляет селенитам такие же фазы, какие мы замечаем на нашей Луне, но только в обратном порядке… Независимо от фаз наш земной шар представляет Луне явления своего вращения около собственной оси в 24 часа или, лучше сказать, в 24 часа 48 минут…

Есть ли на Луне разумные существа? Только ли большие угловые размеры Земли на небе Луны определяют её яркость? Почему Земля, там, где она видна на небе Луны, имеет приблизительно постоянные горизонтальные координаты? Почему период вращения Земли для лунного наблюдателя составляет 24 ^h48 ^m(а точнее, 24 ^h50 ^m)?

5.76. Галилей в книге «Диалог о двух системах мира» так писал о природе Луны:

… я считаю её вещество чрезвычайно плотным и прочным, не меньше, чем земное; очень ясным доказательством этого является для меня то, что её поверхность по большей части неровна и состоит из многих возвышенностей и впадин, обнаруживаемых благодаря телескопу; их этих возвышенностей многие совершенно похожи на наши особенно крутые и скалистые горы; можно заметить, что некоторые из них расположены там в длинные хребты и тянутся на многие сотни миль; другие образуют более тесные группы, есть там также много отдельных и одиноких утёсов, очень крутых и обрывистых, но особенно часто наблюдаются там какие‑то очень высокие плотины (я пользуюсь этим словом, потому что не могу найти другого, более для этого подходящего); они замыкают и окружают равнины разной величины и образуют различные фигуры, по большей части круглые; большинство из них имеют посередине довольно высокую гору, и лишь немногие наполнены темноватым веществом, т. е. похожи на вещество больших пятен, которые видны невооружённым глазом; число же меньших и совсем маленьких чрезвычайно велико, и почти все они круглые.

Согласны ли вы с представлениями Галилея о природе Луны, полученными им на основании первых телескопических наблюдений?

5.77. Астронавт Нейл Армстронг, участник первой экспедиции на поверхность Луны (1969 г.), вспоминал:

В последние секунды спуска наш двигатель поднял значительное количество лунной пыли, которая с очень большой скоростью разлеталась радиально, почти параллельно поверхности Луны. На Земле пыль обычно висит в воздухе и оседает очень медленно. Поскольку на Луне нет атмосферы, лунная пыль летит по плоской и низкой траектории, оставляя позади себя чистое пространство.

Почему на Земле поднятая пыль висит в воздухе? Почему поднятая струями газа от работающего двигателя пыль на Луне разлеталась с очень большой скоростью? Почему частицы пыли летели почти параллельно поверхности Луны?

5.78. Нейл Армстронг рассказывал о передвижении американских астронавтов по поверхности Луны:

Были использованы три способа движения вперёд: хождение, подскоки при ходьбе и бег вприпрыжку. Хождение использовалось для обычных операций около лунной кабины и для переноски грузов. Скорость хождения не превышала полуметра в секунду. При бо'льших скоростях космонавт, делая шаг, как бы взлетал вверх. При беге вприпрыжку он обеими ногами одновременно отталкивался от поверхности. Последний способ оказался наиболее эффективным при передвижении на большие расстояния, так как достигалась скорость 1–1,5 метра в секунду, а на отдельных участках до 2,0 метра в секунду.

Почему передвижение по Луне посредством обычной ходьбы оказывалось столь медленным? Почему передвижение путём прыжков дало наибольшую скорость?

5.79. За 150 лет до открытия в 1877 г. Асафом Холлом спутников Марса в одной знаменитой книге было написано, что с помощью небольших, но весьма совершенных телескопов астрономы «открыли две маленькие звезды или спутника, обращающихся вокруг Марса, из которых ближайший к Марсу удалён от центра этой планеты на расстояние, равное трём её диаметрам, а более удалённый – находится на расстоянии пяти таких же диаметров. Первый совершает своё обращение в течение десяти часов, а второй – в течение двадцати одного с половиной часа…». Движение этих спутников удовлетворяет третьему закону Кеплера.

В каком произведении содержатся сведения о спутниках Марса, опубликованные задолго до их открытия, и какова точность этого прогноза?

5.80. Кеплер в письме Галилею признавался:

Я настолько далёк от сомнений по поводу открытия четырёх окружающих Юпитер планет, что страстно желаю иметь телескоп, чтобы по возможности опередить вас в открытии двух обращающихся вокруг Марса…, шести или восьми вокруг Сатурна и, вероятно, по одному возле Меркурия и Венеры.

На чём основывались прогнозы Кеплера о существовании такого количества спутников у планет?

5.81. Известный популяризатор астрономии конца XIX века Агнесса Кларк утверждала:

Наблюдателю, помещённому на Марсе, ближайший спутник доставляет странное зрелище: он как будто изъят из общего суточного движения небосклона, встаёт на западе, заходит на востоке, кульминирует на юге два, иногда три раза в сутки.

Покажется ли странным современному наблюдателю на Земле видимое движение небесного объекта, имитирующее поведение Фобоса на небе Марса?

5.82. На клинописных табличках Ассирийской царской библиотеки (VII в. до н. э.) была обнаружена следующая запись астрономического характера:

Если Луна затмится, вам следует точно отметить месяц, день, час ночи, ветер, движение и расположение звёзд, среди которых произойдёт затмение.

Умели ли в Ассирии предсказывать лунные затмения? Зачем наблюдателю нужно было фиксировать такое количество астрономических и даже метеорологических параметров?

5.83. В китайских государственных летописях упоминается о солнечном затмении 22 октября 2137 года до нашей эры, которое не было предсказано придворными астрономами:

Господа Хи и Хо забыли о добродетели, предались непомерному пьянству, запустили свои обязанности и оказались ниже своего ранга. Они впервые нарушили счёт времени по светилам. В последний осенний месяц, в первый его день Солнце и Луна, вопреки вычислениям, сошлись в созвездии «Фанг». Слепых известил барабан; бережливые люди были охвачены смятением; народ бежал. А господа Хи и Хо находились при своей должности; они ничего не слышали и ничего не знали.

Эта история закончилась тем, что за халатное отношение к своим обязанностям астрономы Хи и Хо были казнены. Только ли из‑за своей нерадивости китайские астрономы в то далёкое время не смогли предсказать солнечное затмение?

5.84. Рассуждения Э. Галлея о наблюдавшемся им полном солнечном затмении 3 мая 1715 года:

За несколько секунд до совершенного исчезновения Солнца, увидели вокруг Луны светлое кольцо, имевшее ширину в 1/12 и может быть даже в 1/10 лунного диаметра. Цвет кольца был бледно – белый или жемчужный и показался мне слегка отливающим радужными цветами. Центр кольца, казалось мне, совпадал с центром Луны, из чего я заключил, что этим кольцом была лунная атмосфера. Но так как высота этой атмосферы значительно превосходила бы высоту земной, и к тому же некоторые наблюдатели заметили, что ширина кольца увеличивалась к западу от Луны, по мере приближения момента выступления; то я представляю мой вывод с неполным доверием. Я даже должен признаться, что не обратил на этот вопрос всего нужного внимания.

Что же на самом деле обнаружил Галлей?

5.85. Для наблюдения солнечных затмений астрономы часто выезжают в экспедиции, которые не всегда бывают успешными по причине плохой погоды. Тем не менее, даже в таких условиях астрономы стараются сделать полезные для науки наблюдения. Американский астрофизик Чарлз Юнг (1834–1908) пишет в своей книге «Солнце»:

В августе 1887 года автор имел несчастье занимать станцию в 190 км к северо – востоку от Москвы. Небо было сплошь покрыто облаками, а дождь шёл в течение большей части затмения. В средине затмения мрак был едва ли больше, нежели при тяжёлой дождевой туче. Момент, когда началась полная фаза, не мог быть вообще определён сколько‑нибудь точно. А её конец был отмечен с неточностью в несколько секунд. Всё время можно было читать мелкий шрифт (Юнг, 1914, с. 235).

Почему освещённость на Земле даже во время полной фазы солнечного затмения оставалось достаточно высокой?

5.86. Во время полного солнечного затмения 1870 года основоположнику солнечной спектроскопии Ч. Юнгу удалось сделать замечательное наблюдение:

Если установить спектроскоп таким образом, чтобы его щель была касательною к изображению солнца в точке соприкосновения [с лунным диском], то можно наблюдать очень красивое явление. По мере того, как Луна подвигается вперёд, остающийся серп солнечного диска становится всё гуже и гуже. В то же время тёмные линии спектра по большей части не обнаруживают чувствительного изменения, хотя и становятся несколько более напряжёнными. Между тем немногие линии начинают блекнуть. А некоторые за одну или две минуты до полной фазы затмения становятся даже слабо блестящими. Но вот солнце скрылось. Тот час же по всей длине спектра, в красном, зелёном, фиолетовом, почти внезапно сверкнут сотни и тысячи ярких линий. Они появляются так же мгновенно, как искры взорвавшейся ракеты, и так же быстро исчезают, так как всё явление заканчивается в какие‑нибудь две или три секунды (Юнг, 1914, с. 72).

Объясните наблюдение Юнга.

5.87. Во время кольцеобразного затмения Солнца 15 мая 1836 года английский астроном наблюдал и впервые описал интересное явление:

Когда между остриями серпа Солнца оставалось не более 40°, внезапно, кругом того края Луны, который вот – вот должен был вступить и вырисоваться на диске Солнца, появился ряд светящихся точек, похожих на нитку ярких бус или чёток, неравных между собой по величине и насаженных на неравных расстояниях. Появление этих чёток было так быстро, что получилось впечатление, точно они вспыхнули, были подожжены какой‑то пороховой ниткой. Между тем Луна понемногу передвигалась далее по диску Солнца, и вот, тёмные промежутки между чётками вытянулись в длинные чёрные, широкие линии, которые соединяли края дисков Солнца и Луны. В начале, при своём образовании, эти тёмные промежутки имели совершенно вид высоких гор на Луне, а потом эти горы точно не могли оторваться от края Солнца. Вдруг чёрные нити лопнули все разом, края дисков Солнца и Луны в этом месте сделались такими же вполне гладкими и круглыми, как и по всему ободку, а Луна оказалась уже значительно подвинувшейся на диске Солнца.

Как называется описанное явление? Кто автор открытия? Какова причина этого явления?

5.88. Чарлз Юнг приводит свидетельства наблюдателей солнечных затмений:

Капитан Станниан в отчёте о затмении 1706 года, которое он наблюдал в Берне, замечает, что до выхода Солнца из тени в течение шести или семи секунд на западном крае была видна светящаяся полоса кроваво – красного цвета. Галлей и Лувилль наблюдали то же самое в 1715 году. Галлей говорит, что за две или за три секунды до выхода Солнца из тени длинная и очень узкая полоса мрачного, резко красного цвета… окрасила тёмный западный край Луны в том месте, где начинало показываться Солнце. (Юнг, 1914, с. 185.)

Какое явление описывают эти наблюдатели? Почему цвет полосы красный?

5.89. В книге Ч. Юнга «Солнце» описано первое зафиксированное наблюдение «выступов» над краем солнечного диска, сделанное шведским астрономом Вассениусом:

Во время полного затмения 1733 года он заметил три или четыре небольших розоватых облака. Они были совершенно отделены от лунного края и, как предполагал Вассениус, плавали в лунной атмосфере. В то время это было самым естественным объяснением явления. Ведь тогда не было ещё доказано отсутствие атмосферы на Луне.

Далее Юнг пишет:

Испанский адмирал Дон Уллоа в своём отчёте о затмении 1778 года описывает блестевшую красным светом точку, которая появилась на западном краю Луны за 1¼ минуты до появления Солнца. Первоначально небольшая и слабая, точка эта делалась всё ярче и ярче. Наконец, она погасла, когда вновь появился солнечный свет. Дон Уллоа предположил, что причиной этого явления послужило отверстие или щель в луне.

Что в действительности видели упомянутые наблюдатели?

5.90. Популяризатор астрономии начала XX века Герман Клейн красочно описывает начало полного лунного затмения:

На краю серебристого диска появляется тёмная закруглённая выемка. Она растёт, надвигается… и, наконец, в виде густой тени затягивает всю поверхность Луны. Затмение может продолжаться около двух часов. Сначала тень кажется серовато – чёрной, но когда она распространится по всему диску, появляется красноватый оттенок.

Поясните последнюю фразу в приведённой цитате.

Им суждено раствориться и рассеяться по всей Вселенной.

Каким небесным объектам И. Ньютон предсказал такую судьбу?

5.92. Много веков большинство астрономов вслед за Аристотелем считали кометы атмосферными испарениями, воспламеняющимися в виде огненных факелов. Однако другой крупный учёный древности отстаивал представление о кометах как космических телах:

Комета имеет собственное место между небесными телами…, она описывает свой путь и не гаснет, а только удаляется. Не будем удивляться, что законы движения комет ещё не разгаданы; … придёт время, когда упорный труд откроет нам скрытую сейчас правду… Только после долгого ряда поколений постигнут то, что мы не знаем. Придёт время, когда потомки будут удивляться нашему незнанию простых, ясных и естественных истин.

Кто был этот учёный, и в какую эпоху были сказаны его мудрые слова?

5.93. Поэт писал:

 
Нет, природа их создала вместе с теми звёздами,
Что сияют для нас вечным светом с тверди небесной.
Только их [кометы] привлекает к себе мощный Гелиос знойный:
То погружает он в море лучей своих эти светила,
То отпускает их вновь, как Меркурия или Венеру.
 

В какие исторические времена могли быть написаны эти стихи?

5.94. Исаак Ньютон, наблюдая за яркой кометой 1680 года, пришёл к следующему выводу об эволюции хвоста кометы при её приближении к Солнцу:

Приближаясь к Солнцу, вещество головы кометы постепенно нагревается и начинает испаряться в эфирную среду, заполняющую межпланетное пространство, которая таким образом и сама нагревается. От нагревания межпланетный эфир становится разреженным и движется по направлению от Солнца, увлекая за собой кометные испарения, подобно тому как горящий воздух, поднимаясь из печных труб, увлекает за собой частицы топлива и пара. С механической точки зрения кометные испарения отталкиваются от Солнца и движутся, сохраняя орбитальную скорость кометы.

С какими предположениями Ньютона нельзя согласиться? Что за силы отталкивания действуют на частицы хвоста кометы?

5.95. Популяризатор астрономии Агнесса Кларк так – весьма образно – написала о предсказании Э. Галлеем очередного появления кометы, носящей теперь его имя:

Комета Галлея корректно появилась вновь на святках 1758 года, достигла перигелия 12 марта следующего года и тем бесповоротно доказала, что по крайней мере некоторые из этих кочующих светил приручены в нашей солнечной системе, и, если они не соблюдают строго всех неписаных обычаев и приличий, то всё же повинуются коренным законам системы. Словом, было доказано самым неопровержимым изо всех доводов – доводом оправдавшегося вычисления, – что движение комет может быть определено и предсказано вперёд.

Каким законам подчиняются кометы? Почему, по мнению автора цитаты, «приручены» не все кометы? Какие «вольности» наблюдаются в движении и облике комет?

5.96. Василий Яковлевич Струве в своей работе, посвящённой прохождению кометы Галлея в 1835 г., утверждал:

По – видимому, самые блестящие [т. е. яркие] кометы суть те, которые возвращаются к Солнцу через огромные промежутки времени, или те, которые от времени до времени появляются совершенно неожиданно.

Почему?

5.97. Фламмарион в «Живописной астрономии» так описывает комету 1843 года:

Комета прошла всего только в расстоянии 116 тысяч вёрст от раскалённой поверхности дневного светила, проникнув по всей вероятности чрез его водородную атмосферу, существование которой открыли нам полные солнечные затмения. От поверхности до поверхности было не более 50 тысяч вёрст. Но мы видели выше, что солнечный горн выбрасывает из себя такие огненные струи, многие из которых достигают 300 тысяч вёрст в высоту. Каким образом эта неосторожная небесная бабочка не обожглась, не сгорела дотла в этом пламени, невообразимый жар которого достигает многих сотен тысяч градусов и которое вместе со страшным могуществом солнечного притяжения должно было растерзать, испепелить, уничтожить эту несчастную искательницу приключений? … А между тем эта странная посетительница наша вышла отсюда здравой и невредимой, и в величественном движении её не произошло никакого расстройства…

При своём невообразимо быстром полёте комета употребила только два часа – от 9½ до 11½ – чтобы обогнуть всё солнечное полушарие, обращённое к её перигелию… Комета летела в это время с быстротой 516 вёрст в секунду (это самая большая скорость движущегося тела, которую до сих пор нам удалось измерить во всей вселенной). Сзади неё относительно Солнца тянулся громадный хвост в 300 миллионов вёрст длины, т. е. больше чем вдвое превышавший расстояние Земли от Солнца.

К задаче 5.97. Прохождение кометы 1843 г. вблизи Солнца 27 февраля. Вдоль траектории указано среднее парижское время.

Наблюдались ли когда‑либо другие подобные кометы, в перигелии проходящие близ поверхности Солнца?

5.98. Флетчер Ватсон в книге «Между планетами» пишет о первых фотометрических наблюдениях астероидов:

Наблюдая Эрос в 1900 году, Оппольцер был удивлён, обнаружив, что его блеск сильно меняется. За 79 минут он ослаб на 1,5 звёздные величины. В течение следующего часа его блеск возрос до прежнего значения, но затем снова стал убывать. Полный период, охватывающий два максимума и два минимума, составил всего лишь 5 час. 16 мин. Это необычное поведение привлекло к себе особое внимание, причём удивление вскоре возросло, когда большие колебания постепенно начали замирать и через несколько месяцев вовсе исчезли.

Объясните причину изменения блеска астероида Эрос.

5.99. И. Кеплер утверждал:

Только Марс предоставляет нам возможность проникнуть в тайны астрономии, которые иначе оставались бы навсегда скрытыми от нас.

Почему именно Марсу выпала такая важная роль?

5.100. Альберт Эйнштейн поставил перед наукой великую задачу:

Если говорить честно… мы хотим не только знать, как устроена природа (и как происходят природные явления), но по возможности достичь цели, может быть утопической и дерзкой на вид – узнать, почему природа является такой, а не иной.

Решена ли задача, поставленная Эйнштейном?