Сергей Суворов - О чем рассказывает свет
Таким же способом Белопольский определил период вращения Юпитера.
Однажды Белопольский заметил, что в спектре одной звезды все линии раздвоены. Он заинтересовался этим явлением и следил за звездой несколько лет. Он заметил, что раздвоенные линии периодически то сближаются, то снова расходятся. Белопольский понял, что он наблюдает не обычную звезду, а двойную. Двойные звезды — это пары звезд: они находятся сравнительно близко друг к другу и вращаются вокруг общего центра тяжести. Много двойных звезд наблюдалось до этого в телескоп. Но двойные звезды, открытые Белопольским, находятся от нас так далеко, что даже в самые сильные телескопы кажутся одной звездой. Только спектрограф смог разделить идущие от них лучи. Обе звезды вращаются вокруг общего центра тяжести, и в то время как одна из них удаляется от нас, другая приближается к нам. В таком случае волны света, идущие от одной звезды, удлиняются, а волны, идущие от другой, укорачиваются, и спектрограф их разделяет.
С помощью спектрографа было открыто несколько сотен двойных звезд. Нашей Симеизской обсерватории в Крыму принадлежит честь открытия наибольшего количества двойных звезд сравнительно с другими обсерваториями мира.
Принцип Допплера — Белопольского
После тщательной подготовки Белопольский осуществил в 1900 году свой замысел. Он поставил сложный опыт и в лабораторных условиях доказал, что при движении источника света длина световых воли действительно изменяется по определенному закону. А это значит, что смещение линий, наблюдаемое в звездных спектрах, действительно происходит благодаря движению звезд.
Это важное научное положение следовало бы называть принципом Допплера — Белопольского, чтобы подчеркнуть огромное значение опытного доказательства этого принципа Белопольским.
Благодаря доказательству этого принципа подведен прочный фундамент под все исследования по спектральному определению скоростей небесных тел.
Так изучение свойств света раскрыло еще одну тайну природы и позволило ученым вычислить скорость незримого движения звезд, — движения их по лучу зрения, а тем самым и действительное движение звезд относительно наблюдателя.
Температура звездных оболочек
Ученые давно уже поняли, что звезды представляют собой огромные котлы, в которых происходят сложные физические процессы. В результате этих процессов по всей Вселенной распространяется мощное излучение в течение многих и многих миллиардов лет. Перед пытливым человеком возникли вопросы: а можно ли возбудить такие же процессы в земных лабораториях? Какие для этого требуются условия? Какова, в частности, звездная температура, при которой протекают эти процессы? Не ответит ли на эти вопросы все тот же свет, испускаемый звездой? И что еще нужно знать о свойствах света, чтобы расшифровать его ответ?
Даже простым глазом можно заметить, как нагревается железо: сначала оно краснеет, затем желтеет, потом становится белым, и, наконец, голубоватым. По цвету двух стержней, вынутых из горна, опытный кузнец определяет, какой из них раскален сильнее.
Если мы будем рассматривать спектры этих стержней через спектроскоп, то во всех случаях мы увидим сплошную радужную полосу — сплошной спектр. Но между спектрами будет и отличие, отличие в яркости различных цветных лучей. Если в одном случае ярче всего будут лучи красные, то в другом — желтые, в третьем — зеленые, в четвертом — голубые.
Чем ярче световые лучи, тем больше энергии они несут. Энергия лучей измеряется особым прибором — болометром. Важнейшей частью его является узкая полоска металла, покрытая сажей, которая поглощает всю энергию луча и превращает ее в теплоту. Теплоту эту можно измерить по тому, как меняется электропроводность металла. Таким образом, передвигая зачерненную полоску металла вдоль спектральной полосы, можно определить, какие лучи несут большую энергию, иными словами, можно, как говорят физики, найти закон распределения энергии по спектру.
Многие ученые исследовали это распределение — Стефан, Больцман, Релей, Эйнштейн. Они установили, что распределение энергии по спектру зависит от температуры излучающего тела. С увеличением температуры максимум энергии передвигается от красного конца спектра к фиолетовому. Получив спектр и установив в нем распределение энергии, можно заключить о том, какова температура источника света, как бы далеко этот источник ни находился.
Так были определены температуры звездных атмосфер.
По характеру спектра (по яркости отдельных линий) звезды делятся на семь типов. Наше Солнце относится к типу желтых звезд; температура его внешней оболочки равна примерно 6000° С. А, например, звезда Сириус относится к типу белых звезд; температура ее внешней оболочки достигает 10 000° С.
Изучение планет
Планеты ближе к нам, чем звезды, в миллионы и миллиарды раз; они входят в нашу солнечную семью наряду с Землей. Однако о планетах, о том, из чего они состоят, о происходящих на них процессах, мы знаем меньше, чем о звездах. Это потому, что планеты светят не собственным светом, а отраженным светом Солнца.
Но спектральный анализ помогает и в этом случае. В самом деле, мы можем сравнивать между собой спектр лучей, пришедших непосредственно от Солнца, и спектр солнечных лучей, побывавших на планете и отраженных от нее. В спектре отраженных лучей появляются новые линии поглощения. Они появляются потому, что часть солнечных лучей поглощается поверхностью планеты и окружающей ее атмосферой, если она есть.
По спектральным линиям поглощения установлено, что в атмосферах планет Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна имеется в значительных количествах метан (соединение углерода с водородом) и аммиак (соединение азота с водородом). В то же время спектры не отмечают в их атмосферах ни водяных паров, ни кислорода.
Исследуя вопрос о том, имеется ли на планете Марс растительность, советский астроном, член-корреспондент Академии Наук СССР Г. А. Тихов установил, что спектры, отраженные Марсом, имеют полосы поглощения, которые характерны для земных высокогорных и полярных растений — пихты, можжевельников, брусники, клюквы, мхов и им подобных.
Наука против суеверий
Наука о свете играет важную роль в овладении силами природы, в раскрытии ее тайн, в разоблачении различных суеверий.
В прошлом многие небесные явления всегда поражали людей своей необычностью и таинственностью.
Временами с ясного неба падали «небесные камни»— метеориты. В ярком безоблачном небе вдруг «гасло» Солнце. Иногда по небу проносилась диковинная «хвостатая звезда» — комета. Во всех этих явлениях люди видели какой-то тайный, зловещий смысл, предзнаменование будущих несчастных событий. Думали, что небесные тела не имеют никакой связи с известной нам, окружающей нас материальной природой. Жизнь человека связывали с жизнью звезд, сущность которых считалась божественной.
Спектрограф значительно расширил наше познание Вселенной. Теперь мы знаем о ней гораздо больше, чем сто лет назад, до открытия спектрального анализа. И дело не в том, что наши знания выросли количественно; нет, они стали другими, более глубокими. Мы знаем теперь, куда и с какой скоростью движутся многие звезды, каков химический состав звезд; по звездным спектрам мы устанавливаем, как далеко отстоит от нас каждая звезда, каковы ее размеры, температура, какие физические условия царят в звездных атмосферах, какие процессы там протекают. При помощи спектрального анализа раскрыты причины многих небесных явлений. Благодаря умению расшифровывать спектры звезды стали нам столь же близкими, как и любое вещество, изучаемое в лабораториях. С них сорвано покрывало мистики и таинственности. Мы знаем теперь, что природа небесных тел та же, что и окружающая нас природа. Правда, все процессы в звездах протекают в особых условиях, например, при очень высоких давлениях, температурах и т. д., которые мы не можем пока воспроизвести в своих лабораториях. Но мы твердо знаем, что если мы научимся создавать подобные же условия (высокие температуры, давления и т. п.) в лабораториях, то наше земное вещество будет вести себя совершенно так же, как и в звездах.
Мы видим, наконец, что и органическая жизнь не является во Вселенной исключением. Материалистическая наука учит, что она возникает всегда, когда создаются подходящие для этого условия.
Наука доказывает, что в различных частях Вселенной действуют одни и те же законы природы и они доступны познанию человека. А расширение наших знаний о Вселенной, которому так мощно способствует наука о свете и которому нет предела, является могучим орудием в борьбе с мистикой и суевериями.
Невидимый свет
