Очерки о Вселенной - Борис Александрович Воронцов-Вельяминов

Для измерения блеска небесных светил служат приборы — фотометры, в том числе фотоэлектрические. Действие последних основано на том самом принципе превращения света в электроэнергию, который используется, например, в звуковом кино.

Для измерения почернения на фотографических негативах, по которым тоже можно измерять блеск светил, применяются разнообразные микрофотометры.

Провожая вас с обсерватории, астроном мог бы вам сказать: «Не зажигайте, пожалуйста, спичек, пока вы не отойдете больше чем на 300 километров от обсерватории, потому что сегодня у нас будут измерять тепло, получаемое от звезд, и прибор будет реагировать на вашу спичку». Если он так скажет, то это будет лишь полушуткой. Что звезды согревают нас очень мало, мы уже давно все знаем по опыту, особенно в морозную ночь. Умудриться измерить подобное ничтожное нагревание Земли звездами — это величайшее достижение современного приборостроения. Действительно, термоэлемент, которым измеряется тепло от звезд, имеет исключительную чувствительность, но, конечно, принимаются все меры к тому, чтобы на прибор не упало случайно никакое постороннее излучение, а потому вы без вреда для науки сможете зажечь спичку не только не отходя на 300 км, а даже не отходя от башни телескопа.

Термоэлемент состоит из спая двух проволочек из разных металлов. Если покрытое сажей место спайки нагревать, то в проволочках возникает электрический ток. Сажей место спайки покрывают, конечно, не для того, чтобы оно пачкалось, а для того, чтобы здесь вся падающая энергия поглощалась и превращалась в тепло. Чтобы убедиться в этом свойстве черной матовой поверхности, какой является сажа, попробуйте летом сменить белую шляпу на черную.

Для измерения тепла, приходящего от звезд, применяют проволочки с поперечным сечением 0,01 мм. Их вес составляет 0,03 мг, и возникающий в них. электрический ток измеряется с точностью до 310–11 ампера (1011 означает число, выражаемое единицей с 11-ю нулями, а 10–11 означает единицу, деленную на 1011. «Порядком» какой-либо величины называют приближенное ее значение в такой форме: о числе 31011 говорят, что оно порядка 1011, о числе 7•1011, что оно порядка 1012, о числе 3•10–11, что оно порядка 10–11, о числе 7•10–11, что оно порядка 10–10 и т. д)). Только подобным точным прибором можно измерить тепло, приходящее к нам от отдельных ярких звезд. Больше всего его доходит к нам от яркой красной звезды Бетельгейзе в созвездии Ориона: 7,7•10–11 малой калории на квадратный сантиметр за минуту. Собирая с помощью 2.5-метрового вогнутого зеркала это тепло в течение года, мы бы собрали его не больше того, что нужно для нагревания наперстка воды всего лишь на два градуса!

Не хотите ли рассчитать, сколько времени понадобится на то, чтобы таким образом вскипятить чайник?! Впрочем, и не пытайтесь рассчитывать, так как это требует трудного учета потери теплоты чайником за время нагревания при неполной его тепловой изоляции.

В распоряжении астрономов есть способы, позволяющие проверить данные, даваемые термоэлементом, который, впрочем, хорошо зарекомендовал себя при измерении небольших количеств тепловой энергии на Земле.

В скромных пределах в астрономии используется киносъемка, например, для изучения быстрых движений на Солнце. Но в большинстве случаев свет небесных тел слишком слаб, чтобы допускать киносъемку, а изменения в них слишком медленные, чтобы киносъемка имела смысл. Те движения, которые вы видите в астрономических кинофильмах, сняты при помощи макетов — глобусов и шариков, изображающих планеты и звезды. Телевидение же в астрономии стало применяться недавно. Как-то в Москве, прямо из башни обсерватории МГУ, морозной ночью передавалось для всех телезрителей изображение Луны, даваемое большим телескопом. Применяли телевидение также и для научных целей. В Пулковской обсерватории Н. Ф. Купревич по телевизору изучал Луну в инфракрасных — тепловых лучах, испускаемых ею, а в 1965 г. в Крымской обсерватории на экране телевизора, спаренного с телескопом, увидели звезды гораздо более слабые, чем в этот же телескоп можно было видеть или фотографировать. Но техника телевизионной астрономии еще сложна и ее работа недостаточно выверена. Более широко передача изображений по телевидению и с большим успехом, стала применяться на межпланетных автоматических станциях. Так передавались многочисленные изображения Луны и Марса с близкого расстояния и даже панорамы с самой поверхности Луны.

С конца 50-х гг. возникли новые методы изучения небесных светил, с помощью которых исследуют их излучение в областях спектра, раньше недоступных для ученых. Эти методы, или области изучения, стали называть астрономией с разными прилагательными, по образцу того, как еще раньше создали «радиоастрономию». Теперь говорят об астрономии «инфракрасной», «рентгеновской», «баллонной», «спутниковой» и «нейтринной». Распространение исследований на инфракрасную, далекую ультрафиолетовую и рентгеновскую области спектра крайне важно для лучшего понимания природы светил и происходящих в них процессов. Поглощение света нашей атмосферой в этих лучах спектра до сих пор являлось главным препятствием. Теперь фотоумножители, электронно-оптические преобразователи, новые сорта фотопластинок и особые приемники радиации позволили регистрировать инфракрасное излучение светил, особенно далекое, если применять подъем приборов на воздушных шарах-баллонах, аэростатах, стратостатах и высотных ракетах, пользуясь автоматизацией управления ими. Такие способы подъема приборов в верхние слои атмосферы, а тем более установка их на искусственных спутниках Земли и на межпланетных автоматических станциях позволили также заглянуть далеко и в ультрафиолетовую и в рентгеновскую области спектра. Стало возможным изучать и первичные космические лучи высокой энергии.

Ставятся опыты по «ловле» нейтрино — элементарных частиц, испускаемых из недр Солнца и звезд при ядерных реакциях и свободно выходящих из этих недр в Космос. Это вестники процессов в недрах звезд, о природе которых судят пока только по теоретическим расчетам.

Больше всего данных приносит нам спектральный анализ света, идущего от небесных светил. Спектры светил — это паспорта, характеризующие их физическую и химическую природу и многие другие их свойства. Что такое спектр и как он выглядит — коротко не скажешь, об этом говорит весь следующий параграф. Не усвоив хорошо принципов спектрального анализа, нельзя понять большинство выводов астрофизики, т. е. физики небесных тел.

Спектрограф и спектры

Лучи света — посланцы своего хозяина, источника света. Разложенные в спектр, они осведомляют нас о физическом состоянии светила, пославшего эти лучи. Оно может находиться сколь угодно далеко от нас, лишь бы от него мы получали достаточно света, чтобы его краен, спектр можно было сфотографировать. Такая фотография спектра, называемая спектрограммой, получается с помощью спектрографа.

Устройство спектрографа изображено на рис. 15. Главной его частью является трехгранная призма из прозрачного вещества, обычно из стекла, преломляющая лучи света различной длины волны (различного цвета) в различной степени — тем сильнее, чем длина волны короче. Так, зеленые лучи преломляются и отклоняются к основанию призмы