Как наблюдение солнечных затмений помогает нам открывать новые планеты

Те, кто видел полное затмение Солнца, никогда его не забудет, хотя и длиться это событие не больше 2 – 3 минут.  Во время затмения Солнца температура на Земле может упасть на 15 градусов. Хотя это пустяки по сравнению с температурой в космосе. Насколько холодно во Вселенной? Нам под лучами Солнца на Земле тепло. Но в космосе температура всего на 1,5 градуса выше абсолютного нуля. А абсолютный ноль – это минус 273°С. Очень холодно.

Древние люди не понимали физической природы затмения. Они просто видели, что Солнце меркнет, как будто боги или драконы пожирали его. Тогда они пугались и старались умилостивить богов.  В течение тысяч лет древние астрономы наблюдали за движениями планет, Луны и Солнца на небосводе. Со временем они поняли, что когда Луна проходит прямо перед Солнцем, то именно из-за этого происходит затмение. Позже ученые научились их предсказывать. Уже вавилоняне открыли так называемый цикл затмений более 20 веков тому назад. Он проходит каждые 223 месяца, то есть замыкается примерно раз в 18 лет.

Солнечное затмение, взгляд из космоса

Солнечное затмение, взгляд из космоса

Грекам было известно об открытии вавилонян. Мы узнали об этом благодаря древнему устройству, найденному на затонувшем судне в Средиземном море 1901 году. Это замечательный механизм, который вначале приняли за причудливые  часы. Потом стало понятно, что это своеобразный греческий астрономический таймер – очень сложный прибор с многочисленными внутренними механизмами. По сути это механический компьютер для расчета фаз луны и прочих астрономических феноменов.

В 2008 году при помощи 3-мерных рентгеновских лучей и сканирования было установлено, что вавилонский цикл встроен в устройство. На обратной стороне диска были выгравированы спиралевидные фигуры с делениями, которые соответствовали положению Луны в вавилонском цикле. А зачем, как не для определения даты затмений нужно было это устройство?

Полное солнечное затмение, которое можно увидеть с Земли, происходит в среднем каждые 16 месяцев. Сегодня их предсказание – это очень точная наука. Но мы сегодня умеем не только предсказывать дату затмений до секунды, но и место, где его можно будет увидеть по всей Земле.

Солнечное затмение – удивительное явление. И если понимать, почему именно оно происходит, то оно становится еще удивительнее. Луна находится на расстоянии 400 тыс. км от Земли. Она имеет точно такой диаметр, что закрывая Солнце, она закрывает его полностью. Если бы она была чуть меньше, то она не смогла бы полностью закрывать Солнце, оставалась бы солнечная кайма по краям. Но удивительное кроется в том, что Луна именно такого размера, чтобы закрыть Солнце, ни больше, ни меньше.

При солнечном затмении на Земле есть области полного затмения, откуда видно, что Луна полностью закрывает Солнце. А есть области полутени, где наблюдают только неполное затмение. Поскольку Луна движется по орбите, то ее тень движется по Земле и таким образом люди в разных точках Земли, где проходит лунная тень,  могут наблюдать затмение. Лунная тень как бы очерчивает некую широкую линию по поверхности Земли. Она имеет ширину около 150 км. Так что если хотите увидеть полное солнечное затмение, нужно точно выбрать место, где будет проходить полоса полного затмения.

Схема полос некоторых солнечных затмений

Схема полос некоторых солнечных затмений

Феномен затмения касается не только Солнца или Луны. Это случается повсюду во Вселенной. Практически на всех планетах, где есть спутники, происходят солнечные затмения. Как в нашей Солнечной системе, так и в других системах космоса. В нашей Солнечной системе затмения не происходят только на Меркурии и Венере, потому что у них нет спутников. На данный момент нам известно 170 спутников в нашей системе, вращающихся по орбитам вокруг планет, при этом у Сатурна и Юпитера имеется минимум 60 спутников у каждого. Правда, в большинстве случаев эти спутники слишком малы, чтобы вызвать полное солнечное затмение, поэтому, можно сказть, что с Луной нам сильно повезло.

Другой вид затмений дал возможность определить, что Земля не плоская, а круглая. Это происходит во время Лунного затмения. Это явление мы наблюдаем постоянно на небе. Луна ведь круглая, но на небе можно видеть лунный рожок – Земля закрывает собой солнечный свет, падающий на Луну. Таким образом, мы видим Луну и тень на ней от нашей же планеты Земли. А тень-то изогнута! Значит, Земля имеет вид сферы. Когда Земля полностью закрывает Луну – это полное лунное затмение. В период полного лунного затмения Луна выглядит красно-оранжевой. Хотя она закрыта Землей, свет от Солнца проходит через атмосферу Земли. Свет, проходя большое расстояние через нашу атмосферу, становится красным. Точно также, как свет при закате Солнца.

В 1915 году Эйнштейн опубликовал свое предположение, что гравитация заставляет пространство изгибаться, и свет следует по этой кривой. Значит, если звезда окажется близко от Солнца в небе, свет будет  изогнут гравитацией Солнца. Проверить  теорию Эйнштейна можно было только во время солнечного затмения, когда Солнце затемнено, а ближайшие звезды видны. Это решил проверить Эдингтон. Он знал точное местоположение звезды, которая будет закрыта Солнцем и если гравитация Солнца изогнет свет звезды, то окажется, будто она в другом месте. Эдингтон все точно измерил и увидел, что теория Эйнштейна подтвердилась.

Есть еще одна польза от затмения Солнца – в этот момент мы отчетливо видим корону Солнца, то есть внешние слои его атмосферы. Их Луна уже не закрывает. На незатемненном Солнце корону различить просто невозможно, она засвечена солнечным светом, который в миллионы раз ярче своей короны. Без солнечного затмения мы бы так и не узнали, что на Солнце есть такая раскаленная атмосфера, которая простирается до нас с Вами и далее, до краев Солнечной системы. Фактически, мы с Вами погружены в солнечную атмосферу, то есть в солнечную корону, которая  имеет высокую температуру только возле Солнца.

Оказывается, можно делать искусственное солнечное затмение – закрыть диск Солнца подходящим по размеру кружочком. Получится прототип коронографа, который используется для изучения короны солнца и окружающих звезд. Коронографы были изобретены в 1939 году и сначала устанавливались на телескопы. Лучше всего они работали на высоте, где рассеивание солнечного света в атмосфере было минимальным, а также за пределами атмосферы Земли, что достигается, естественно, только установкой их на исследовательские космические аппараты, такие как SOHO и STEREO.

Зачем так много и часто фотографировать корону Солнца? Мы видим все изменения в структуре короны: протуберанцы, вспышки и прочее. Также можно видеть так называемые царапающие Солнце кометы – они подлетают к Солнцу, едва не врезаясь в него. При обычных условиях они были бы не видны, но при затмении диска Солнца они становятся ясно видны.

В 1971 году спутник НАСА с коронографом сделал удивительные снимки короны Солнца. Там виден взрыв на короне, который раньше никто никогда  не видел. Было открыто, что на Солнце иногда происходят выбросы так называемой коронарной массы, порождая в солнечной атмосфере взрывы невиданной мощности. При этом происходит выброс заряженных солнечных частиц, и именно они, достигнув Земли, создают полярные сияния.

Еще более интересные затмения можно наблюдать из космоса, когда Земля закрывает Солнце, или, как сделал это спутник “STEREO”, показав нам нашу Луну издалека, в тот момент, когда она проходила по солнечному диску. Зачем делать такие снимки, если мы итак прекрасно знаем о существовании Луны?

А затем, что после, на основе собранных данных, мы научились открывать новые планеты или экзопланеты (планеты, вращающиеся вокруг других звезд). Обычно их не видно даже в самые мощные телескопы, но зато они отлично видны, когда проходят на фоне какой-нибудь звезды. Хотя размер “экзопланет” не сопоставим с размерами их “солнц”, мы, используя имеющийся у нас опыт, можем разглядеть слабое изменение светимости тех самых звезд, в момент прохода экзопланеты по их дискам, то есть, фактически, наблюдая (хоть и в меньших масштабах) те самые “солнечные затмения”.