Полное солнечное затмение 21 сентября 1941 Г.

Академик В. Г. Фесенков

Подготовка к наблюдению полного солнечного затмения 1941 г. началась с декабря 1938 г., когда на сессии Отделения математических и естественных наук был поставлен программный доклад на эту тему. Далее, в мае 1939 г. при Президиуме Академии Наук СССР была образована комиссия по подготовке к наблюдениям затмения 21 сентября 1941 г., которая в тесной связи с советскими специалистами разработала проекты новых приборов, разместила заказы на них в различных предприятиях по указанию и на средства, отпущенные для этой цели Совнаркомом СССР, и затем распределила эти приборы между отдельными учреждениями! В начале 1941 г., по договоренности с астрономическими, геофизическими и физическими учреждениями, комиссия организовала 20 экспедиций в полосу затмения на заранее обследованные и выбранные площадки. Однако вероломное нападение фашистской Германии на Советский Союз значительно изменило планы комиссии. Целый ряд участников намеченных экспедиций был мобилизован и находится сейчас на фронтах отечественной войны. Ряд приборов, изготовленных комиссией, например по исследованию свойств ионосферы, определяющей условия радиосвязи, отправлен для непосредственного обслуживания Красной Армии. Но, благодаря заботе руководящих советских органов, все основные экспедиции все же состоялись, и наблюдения над затмением были проведены на высоком научном уровне.

Совершенно ясно, что астрономические работы во время затмения не обслуживают непосредственных нужд обороны. Однако солнце представляет еще так много загадок, наблюдаемые на нем явления еще настолько непонятны и вместе с тем так близко связаны с тем, что происходит на земле, что исследование их в исключительно благоприятных условиях полного солнечного затмения представляет огромную важность для более полного познания сил, действующих в природе. Укажу для примера на две связанные с солнцем проблемы, в которых проявляются новые, еще неизвестные силы.

Зачастую материя выбрасывается из солнца со скачкообразно нарастающей скоростью и в некоторых случаях, достигнув скорости в 600 км в секунду, преодолевает солнечное притяжение и улетает в междупланетное пространство. Причина этого явления еще неизвестна.

С другой стороны, какой механизм поддерживает теплоту, постоянно испускаемую солнцем уже в течение многих миллиардов лет? Известно, что за время существования солнца каждый грамм его материи потерял уже около десяти миллиардов калорий. Этой теплоты было бы достаточно для того, чтобы расплавить и довести до кипения не менее 100 тонн льда. И тем не менее температура внутри солнца стала еще выше, чем она была ранее, и достигает в настоящее время, как можно думать, около 20 миллионов градусов.

Ясно, таким образом, что солнце представляет очаг еще неизведанных сил природы, которые необходимо раскрывать, приближаясь шаг за шагом к намеченной цели.

 Каковы конкретные проблемы, которые были поставлены нами в связи с затмением 1941 г.?

Первая и наиболее сложная проблема заключается в уточнении количественного химического состава солнечной атмосферы. Необходимо определить количество атомов различных элементов в единице объема на разных высотах над солнечной поверхностью. В особенности важно для физики солнца знать содержание на солнце водорода. Этот газ, заполняющий, как известно, все мировое пространство, очень обилен и на солнце, но количество его по отношению к другим элементам оценивается весьма неточно. Для этой проблемы служат спектрографы, хорошо известные физикам, но размерами обычно во много метров и с дисперсией порядка нескольких Ангстремов на миллиметр. В первые 2—3 секунды полного затмения нужно суметь получить на узкой щели прибора изображение крайне тонкого слоя, непосредственно прилегающего к солнечной поверхности, пока этот слой еще не закрылся перемещающейся луной, и зафиксировать его спектр на автоматически прыгающей фотографической пластинке. Эта наиболее трудная по технике выполнения задача требует большой налаженности приборов и выдержки наблюдателя, тем более, что вся продолжительность наблюдения этого так называемого спектра вспышки составляет едва только 2—3 секунды. Однако в случае удачи даже один снимок, полученный за это время, представит богатейший исходный материал для интереснейших заключений о физической природе поверхностных слоев солнца.

Другая, несколько более простая по технике работы задача состоит в изучении взаимодействия различных веществ в атмосфере солнца и, в частности, в исследовании тонких структурных особенностей солнечных извержений, состоящих из водорода, паров кальция и других элементов. Для этой цели построены большие фотографические камеры с призмой перед объективом, которая служит для разделения излучения различных элементов. Наибольшая камера этого рода длиной в 6 м применялась экспедицией Пулковской обсерватории на территории астрономического кабинета Казахского университета; призматическая камера меньших размеров — экспедицией ГАИШ на Каменском плато. Более доступные задачи связаны с изучением короны. Продолжительность наблюдений над короной обычно выражается минутами. Комиссией по затмению заказаны и получены различные приборы, предназначенные для получения разнообразных характеристик короны — ее радиации, цветности, температуры, химического состава, ее строения и движения в ее среде. Впервые во время затмения 1941 г. применялись совершенно новые приборы, независимо построенные по одной идее в Москве и Ленинграде, так называемые небулярные спектрографы, которые особенно пригодны для изучения наиболее внешних крайне слабых частей короны. Это чрезвычайно светосильные камеры системы Шмидта с несколькими призмами и с очень длинными коллиматорами без всякой оптики, направленными на питающие прибор целостаты.

Один такой спектрограф с коллиматором длиной в 20 м был установлен на площадке Каменского плато около Алма-Ата, другой — в совхозе Джаланаш на 280 км восточнее. Впервые применялся спектроинтерферометр, также новый прибор для исследования истинной ширины спектральных линий в короне и возможных в ней турбулентных движений. Весьма трудная задача — изучение движений в короне — поставлена также и другими более непосредственными способами. В различных точках полосы затмения установлены 4 совершенно одинаковых фотографических камеры, длиной в 5 м каждая. По одинаковой программе эти камеры, которые мы назвали стандартными коронографами, получали изображения короны в одинаковом масштабе с одинаковыми выдержками, но в разные моменты времени. Сравнивая полученные снимки, можно в результате тщательных измерений заметить изменения, происходившие в короне с течением времени. Для успеха требуется очень большая четкость изображений, так как все расстояние между Кзыл-Орда, где был установлен первый коронограф, и Джаланашем, где был расположен последний, лунная тень пробегает всего только в 8 мин.

Существенным условием успеха наблюдений полного солнечного затмения является полная слаженность наблюдений и строгое соблюдение программы. Это особенно необходимо в случае, когда солнечный свет одновременно подается в несколько различных приборов путем отражения от одного большого зеркала, вращающегося часовым механизмом вокруг оси, параллельной оси земного шара. При этом наблюдатели связываются между собой сигнализационной сетью, управляемой одним лицом, которое вместе с тем контролирует правильное направление отраженных лучей.

На наблюдательной площадке под потемневшим небом, среди притихнувшей природы, громко ведется счет секунд полного затмения, по которому ориентируется вся наблюдательная программа. Перед отдельными наблюдателями в определенные моменты вспыхивают лампочки, указывающие на начало или конец различных операций — пуска в ход автоматического затвора, начала передвижения кассеты и т. д. Только при такой организации можно рассчитывать использовать каждый момент затмения. Так, например, было организовано совместное наблюдение полного затмения рядом наблюдателей с различными приборами на площадке Каменского плато около Алма-Ата. Один целостат с зеркалом в 30 см диаметром, вращающимся вокруг оси, направленной на полюс мира, подает отраженный световой пучок одновременно на щель спектрографа с двумя большими призмами и камерой длиной около 2 м, а также на объектив 5-метровой фотографической камеры — коронографа, снабженной револьверной кассетой для быстрой смены пластинок. Руководящий наблюдатель был расположен у целостата и мог в случае надобности регулировать ход часового механизма, вращающего целостат, ускоряя или замедляя его движение. Кроме того, под руками наблюдателя находились приспособления для быстрого изменения направления отброшенного светового пучка по двум направлениям.

Для более удобной ориентировки на щель спектрографа была надета пластинка, на которой были точно вычерчены, согласно заранее произведенным вычислениям, положения предельного солнечного серпа в момент появления спектра вспышки, т. е. в момент второго контакта, затем положение короны, при котором она проектируется в точности в центре поля коронографа, и, наконец, положение солнца на щели для третьего контакта, при котором в момент открытия обращающего слоя снова появляется спектр вспышки.

Итак, когда от солнца остался только узкий серп все уменьшающейся ширины, руководящий наблюдатель быстро привел его в положение, необходимое для второго контакта, стараясь расположить его таким образом, чтобы щель была ориентирована в точности по касательной к солнечному диску в той его точке, где должен исчезнуть его последний элемент. Помощник включил расположенный сбоку хронограф, и его крайнее перо, соединенное с контактным хронометром, начало отбивать полусекунды и прочерчивать зигзагообразную линию на медленно движущейся ленте. Когда, наконец, солнечный серп превратился в едва заметную дугу и мог уже по всем видимостям разорваться на отдельные светлые точки — четки Бейли, был дан предупредительный сигнал к наблюдателю, спрятанному в подземелье вместе с камерой спектрографа и сидящему около рычага, приводящего в действие прыгающую кассету с уже открытой шторкой. Новый, более продолжительный сигнал — и кассета пущена в ход, проделывая последовательные экспозиции от 1/4 до 1/2 секунды с промежутками между ними около одной секунды, необходимыми для успокоения вибраций прибора. Начало экспозиций было выбрано удачно. На пластинке после проявления оказались последние следы непрерывного спектра, которые быстро сходили на «нет» и заменились очень хорошо выдержанным спектром вспышки, состоящим из огромного количества эмиссионных линий самых разнообразных элементов. При следующих экспозициях эмиссионные линии спектра вспышки уже значительно поредели и скоро пропали совершенно. Вместо них, остались только длинные хромосферные линии водорода и кальция, но и они по мере продвижения луны перед солнечным диском постепенно ослаблялись в интенсивности. Начало и конец каждой экспозиции записывались на хронографе. Наконец, вся площадь пластинки размером 24X30 см была исчерпана, и тогда на пульте управления зажглась указывающая на это контрольная лампочка. Изображение короны, образуемое большим объективом диаметром около 7", прекрасно выделялось на щели спектрографа. После приведения этого изображения в центральное положение был дан световой сигнал на коронограф, указывающий на необходимость приступить к экспозициям. При каждом опускании затвора перед объективом коронографа зажигался световой сигнал около его кассетной части, указывающий на необходимость спешного перевода револьверной кассеты. Таким путем несколько наблюдателей были связаны между собой сигнализационной сетью, что позволило максимально использовать каждую секунду продолжительности полной фазы.

В особой методике в программе наблюдений нуждается постановка проблемы проверки теории относительности.

Согласно этой теории, массивные тела вроде нашего солнца должны отклонять проходящие около них световые лучи. Таким образом, свет может распространяться прямолинейно только в пустоте, при отсутствии всяких материальных тел. Однако отклонение от прямолинейности очень невелико. Наибольшее отклонение от луча, проходящего около самого края солнца, которое, как известно, в 300 000 раз массивнее нашей земли, все же не превосходит 13/4 секунды дуги— это угол, под которым толщина карандаша представляется на расстоянии одного километра. Таковы наибольшие смещения звезд, окружающих солнце, которое можно рассчитывать обнаружить на фотографиях во время полного затмения.

Проверка теории относительности, основанная на этом эффекте, производилась и раньше во время прежних затмений, начиная с 1919 г., но все эти определения давали значительно большие смещения, чем это должно быть согласно теории. Настоящее затмение очень благоприятно для этой цели, так как солнце находилось среди богатого звездного поля. Прибор для проверки теории относительности оригинальной конструкции был изготовлен в Москве и работал уже во время затмения 1936 г. В 1941 г. он в модернизованном виде был установлен и работал на Каменском плато около Алма-Ата. Можно надеяться, что теперь будет, наконец, получен решающий экспериментальный материал, который должен будет найти свое истолкование, может быть, путем соответствующего изменения общепризнанной теории.

Несмотря на затруднения военного времени, в полосу затмения своевременно прибыли все экспедиции, которые могли снарядиться и выехать. В районе Алма-Ата расположились экспедиции Главной астрономической обсерватории в Пулкове, Астрономической обсерватории Ленинградского университета, Московского астрономического института имени Штернберга, Казанской астрономической обсерватории им. Энгельгардта и Московского планетария. В районе Джаланаша на расстоянии 280 км к востоку от Алма-Ата разместилась большая комплексная экспедиция нескольких учреждений, в основном, Астрономического института в Ленинграде и Астрономической обсерватории в Абастумане. В Кзыл-Орда наблюдала экспедиция Ташкентской обсерватории и, наконец, на северной границе полосы затмения, в районе Николаевки, была расположена группа астрономов Ленинградского астрономического института со стандартным коронографом. Всего работали экспедиции 8 различных учреждений, не считая местных научных работников. Было использовано около 40 приборов, заранее подготовленных для затмения, и получен разнообразный научный материал.

Непосредственно после затмения были произведены дополнительные исследования приборов, калибрация и стандартизация полученного материала. Необходимо было обеспечить возможность по почернениям на негативах судить об энергии соответствующих излучений. С этой целью применялись стандартные лампы, которые при определении режима накала дают определенное излучение в каждом данном спектральном интервале. Однако при этом не исключается поглощение света в нашей атмосфере, вследствие чего этот способ стандартизации требует еще дополнительного исследования атмосферной прозрачности в разных длинах волн, а также отражательной способности примененных зеркал, селективного поглощения в питающей оптике и т. п. Можно также применять для целей стандартизации свет от солнца, прошедший через те же оптические системы, и, конечно, через земную атмосферу, но при этом необходимо пользоваться дополнительными приспособлениями, позволяющими достигать ослабления в сотни тысяч раз и притом в строго определенном отношении. Во время затмения 1941 г. с успехом применялись оба способа. Только после этого оказалось возможным проявить полученные негативы и удостовериться в их качестве.

1 октября в г. Алма-Ата в помещении Казахского филиала АН СССР был проведен пленум комиссии по подготовке и проведению наблюдений над затмением, на котором были просмотрены полученные оригинальные материалы и заслушаны доклады начальников всех экспедиций. Пленум констатировал, что „наблюдения затмения производились в исключительно благоприятных атмосферных условиях, обеспечивших возможность получения как основного наблюдательного материала, так и материала для всех необходимых редукций; приборы, привезенные в полосу затмения, работали весьма успешно, за немногими исключениями; полученный наблюдательный материал оказался весьма высокого качества, представляет очень большую научную ценность и допускает детальную теоретическую дискуссию, в результате которой можно ожидать получения новых ценных научных данных".

Действительно, затмение 1941 г. на территории Казахской ССР оказалось необычайно удачным прежде всего в отношении погоды; день затмения оказался совершенно ясным, и наблюдения на всех площадках от Алма-Аты до Джаланаша, расположенного недалеко от китайской границы, прошли при безоблачном небе. Только на площадке в г. Кзыл-Орда небо было пасмурно, но и там в просветы между облаками можно было получить при помощи стандартного коронографа 7 фотографий короны и значительное количество частных фаз. Таким образом, все инструменты могли быть полностью использованы. Как было констатировано пленумом комиссии, качество полученных негативов оказалось в общем очень высоким.

Исключительно богатый материал получен экспедицией Главной астрономической обсерватории. В. П. Вязаницын на большой призматической камере получил 18 негативов со спектрами хромосферы, вспышки и протуберанцев, а также монохроматические изображения внутренней короны. О. А. Мельников и В. А. Крат с помощниками получили 9 хороших спектрограмм со щелевыми спектрографами.

Разнообразный спектрографический материал получен также по отношению к короне. Аналогичные снимки удались экспедициям ГАИШ и Энгельгардтовской астрономической обсерватории. В общем количество негативов, полученных с разными приборами и в разных участках спектра, исчисляется десятками. Если вспомнить, что во время затмения 1936 г. был получен академиком Г. А. Шайном только один негатив спектра, пригодный для обработки, то нельзя не признать огромного успеха, достигнутого в 1941 г. советскими экспедициями по этой труднейшей проблеме. Вообще говоря, в распоряжении астрономов всего мира имеется только очень ограниченное количество негативов, характеризующих абсолютные радиации различных солнечных оболочек. Большинство этих негативов к тому же передержаны и не допускают точной обработки. Можно поэтому ожидать, что затмение 1941 г. внесет значительный вклад в мировую науку.

В отношении короны прекрасные негативы получены экспедицией Абастуманской обсерватории по поляризации в разных участках спектра. Достаточно бегло сравнить между собой эти негативы, чтобы констатировать их резкое различие один от другого в зависимости от поворота плоскости поляризации. Экспедиция Астрономического института АН СССР получила несколько недодержанные снимки спектра короны с интерферометром и впервые констатировала наличие заметного эффекта интерференции для различных корональных линий; уже теперь можно заключить, что собственная ширина этих линий значительно меньше IA, что, следовательно, внутренние турбулентные движения в корональной среде гораздо слабее выражены, чем это предполагалось ранее на основании измерений Лио. Исключительно удачны снимки, полученные с небулярными спектрографами. На негативах хорошо вышли все излучения короны вплоть до расстояния в 40 от края диска, представленные как темными, так и эмиссионными линиями. Прекрасно получилась колориметрия короны (9 снимков Г. А. Тихова и 5 снимков В. Г. Фесенкова) с различными фильтрами. Стандартные коронографы дали удовлетворительные результаты на станциях в Кзыл-Орда, Николаевка и Джаланаш. На последней станции получены особенно тонкие детали внутреннего строения короны.

Большое внимание было уделено проблемам атмосферной оптики во время затмения (экспедиция АОЛТУ), а также актинометрическим и ионизационным наблюдениям (геофизическая обсерватория и лаборатория экспериментальной физики Казахского ГУ).

Необходимо отметить, что существенным условием успеха в наблюдениях затмения была постоянная помощь, оказываемая в период окончательной подготовки местными государственными учреждениями, в особенности Казахским филиалом АН СССР и Государственным университетом им. Кирова.

В связи с затмением члены астрономических экспедиций развернули значительную популяризационную деятельность. На средства Казахского ГУ и в его стенах была устроена астрономическая выставка, которую посетило несколько тысяч человек. В аудиториях и в парках Алма-Ата, а также в селениях поблизости от наблюдательных площадок, прочитано много десятков популярных лекций. Было также широко использовано радио, в особенности 21 сентября, когда повторные передачи, воспроизводящие астрономическую деятельность на площадках и объясняющие сущность явления, продолжались в течение всего дня.

Заметим в заключение, что затмение 1941 г. вызвало исключительный интерес среди населения СССР, и в результате содействия, оказанного Академии Наук со стороны правительства и партии, наблюдение было проведено весьма успешно. Имеются все основания полагать, что результаты обсуждения полученного богатого материала составят ценный вклад в мировую науку.

Познавательные статьи:



Формы дистанционного обучения

Передача мяча двумя руками снизу

Значение правильной осанки для жизнедеятельности человека

Основные ошибки при выполнении передач мяча на месте