только те, кому посчастливилось попасть в узкую полосу на дневном полушарии, по которому пробегает маленькая (диаметром 250–270 км) лунная тень.
Любопытно, что солнечное и лунное затмения нередко «ходят парами». Этим явлением хитрые астрологи любят пугать доверчивую публику, объявляя, что «мир вошел в загадочный и фатальный коридор затмений». На самом деле в этом нет ничего загадочного. Луна от одного узла орбиты к другому перемещается быстро, за две недели, а Солнце медленно – за полгода. Поэтому Луна нередко успевает «перебежать» от одного узла к другому, пока Солнце еще не покинуло область первого узла. В этом случае мы наблюдаем солнечное, а через две недели и лунное затмения. Как видите, ничего фатального в этом нет.
Лунные затмения
Каждое небесное тело, освещенное Солнцем, отбрасывает сужающийся конус тени и расширяющийся конус полутени. Тень – это область пространства, попадая в которую наблюдатель не видит поверхность Солнца; в области полутени он видит часть солнечного диска. В соответствии с этим лунные затмения делят на теневые и полутеневые. В первом случае хотя бы часть лунного диска проходит через область земной тени, во втором – через область полутени. В обоих случаях затмение может быть полным или частным, в зависимости от того, полный диск Луны скрывается в земной тени (полутени) или только его часть. То же и с Солнцем: если наблюдатель попадает в тень Луны, он видит полное солнечное затмение, если в полутень – частное.
Полное затмение Солнца не заметить нельзя: днем на несколько минут наступает почти ночная тьма. Но неглубокое частное затмение Солнца, если заранее о нем не знать, вполне можно и пропустить. То же и с лунными затмениями: теневое затмение Луны выглядит эффектно, а полутеневое – невзрачно и почти незаметно.
Рис. 24. Солнечные и лунные затмения происходят только в моменты новолуния и полнолуния соответственно. Кроме этого, Луна должна располагаться вблизи узлов своей орбиты, иначе (как на этом рисунке) тени проходят мимо цели
Длительность лунного затмения зависит от того, насколько глубоко в земную тень проникает Луна. Самые длительные затмения – центральные, когда центр диска Луны проходит через центр земной тени. При этом полное теневое затмение продолжается около двух часов. В его процессе Луна сначала попадает в область полутени и чуть-чуть меркнет, а затем погружается в конус земной тени. Казалось бы, солнечный свет в тень не проникает, других источников света там нет, значит, Луна, пересекая земную тень (в течение нескольких часов), должна стать абсолютно невидимой. Но этого не происходит: она все же немножко видна, окрашенная в темно-багровые тона. Дело в том, что наш спутник подсвечивается солнечными лучами, прошедшими через земную атмосферу и преломившимися в ней. Голубая часть их спектра рассеивается в воздухе значительно сильнее, чем красная, и поэтому почти не попадает на Луну. Лучи из красной части спектра, преломившись из-за атмосферной рефракции, направляются в область геометрической земной тени и освещают лунную поверхность.
Поскольку полутеневое затмение Луны заметить глазом почти невозможно – настолько слабо уменьшается яркость лунного диска, – это явление редко привлекает внимание наблюдателей. А вот полные теневые затмения Луны в прошлом астрономы активно использовали. Дело в том, что в момент затмения, в середине лунного дня, Солнце на несколько часов резко «выключается» и перестает освещать лунную поверхность, которая начинает понемногу охлаждаться. По тому, как быстро происходит охлаждение лунной поверхности, можно понять, какая у нее структура. Если бы Луна состояла из чистого металла – скажем, была бы плотным алюминиевым шаром, – то ее поверхность остывала бы очень медленно: из-за высокой теплопроводности вещества снизу постоянно подходило бы новое тепло. А если бы Луна была сделана из пемзы или ваты, теплопроводность которых почти нулевая, температура поверхности падала бы быстро. Наблюдения показали, что в ходе затмения поверхность охлаждается быстро. Следовательно, она скорее «из пемзы или синтепона», чем «из меди или алюминия». А если серьезно, то планетологи с помощью затмений еще до полетов на Луну роботов и людей поняли, что ее минеральная поверхность пористая и покрыта пылеобразным веществом, которое мы называем реголитом. Позже туда прилетели роботы и люди и подтвердили, что поверхность действительно покрыта пылью, рыхлой наверху и спекшейся в глубине. Так лунные затмения помогли астронавтам заранее узнать, по какой поверхности им предстоит ходить.
Солнечные затмения
Еще более замечательные явления – затмения Солнца. Раньше только они позволяли увидеть внешнюю область солнечной атмосферы – корону Солнца. Физики испытали настоящий шок, когда в середине XX в. была измерена ее температура, ибо результаты оказались совершенно неожиданными.
Что нам говорит нормальная физика? Что по мере удаления от источника тепла температура газа должна понижаться. Мы видим такие примеры сплошь и рядом. Источник тепла на Земле – ее поверхность, нагретая солнечными лучами. Поэтому, поднимаясь на самолете, мы наблюдаем, как окружающий воздух становится все холоднее; на высоте 10 км его температура составляет –50 °C. Все логично. Энергия Солнца рождается в его ядре и затем просачивается наружу, а значит, снаружи температура должна быть ниже. Действительно, в центре Солнца она составляет около 15 000 000 K, а на поверхности – 6000 K. Мы видим, что температура падает, но вдруг в области короны она опять начинает стремительно расти – до 2 000 000 К. С какой стати? Где источник энергии? В короне чрезвычайно разреженный газ, никакие ядерные реакции там не происходят. Вопрос оказался непростым, ответ на него нашли не сразу, и до сих пор он не является полным. Большую роль в исследовании солнечной короны сыграли работы советского астрофизика И. С. Шкловского. А начинал он с наблюдения солнечных затмений.
Рис. 25. Солнечное затмение 9 марта 2016 г.
Фото: М. Семенов, А. Олешко, А. Юферев. Публикуется с разрешения авторов
Структура короны, как видите, немного напоминает картину расположения железных опилок, рассыпанных над двухполюсным магнитом. Ясно видно, что у Солнца есть один магнитный полюс сверху и другой снизу, а по бокам – замкнутые структуры; иногда они дипольные, иногда многополюсные.
Благодаря затмениям не только были открыты и исследованы солнечная корона и лежащий под ней более плотный и прохладный слой – хромосфера, но состоялись и другие важные открытия и наблюдения. В 1868 г. в спектре хромосферы обнаружились линии неизвестного в ту пору на Земле химического элемента – им оказался гелий. В спектре короны также обнаружились неизвестные линии, которые исследователи поторопились приписать новому элементу, назвав его коронием. Но это оказались линии железа при крайне высокой степени ионизации, недостижимой в ту пору в лаборатории. В 1918 г. затмение помогло подтвердить один из выводов общей теории относительности Эйнштейна: искривление лучей света в гравитационном поле, которое было продемонстрировано смещением
