Сергей Язев - Лекции о Солнце

Эффект Вилсона был описан в его статье, изданной в 1774 году. Следует упомянуть, что последние, наиболее совершенные наблюдения Шейнера полтора столетия ранее уже давали основания полагать, что пятна – это своеобразные углубления в поверхностном слое Солнца, который немецкий астроном Иоганн Шретер (1745–1816) назвал фотосферой.

Французский астроном Филипп де ля Гир (1640–1718) в 1703 году и уже упоминавшийся Джованни Кассини в 1719 году обратили внимание, что пятно на краю Солнца (при хорошем качестве изображения) выглядело как зазубрина (углубление) в линии края диска. К выводам, подобным сделанным Вилсоном, пришел и пастор Шюлен из немецкого города Эссингена.

Неоднократно подтвержденный наблюдениями эффект Вилсона привел открывателя к интерпретации в духе теории темного Солнца.

«Нельзя ли допустить, – писал Александр Вилсон, – что великое, изумительное небесное тело сложено из веществ двух родов, совершенно различных по своим качествам: внутренняя, наибольшая часть Солнца тверда и темна, и этот темный громадный шар окружен покровом из тонкого слоя того сверкающего материала, который сообщает Солнцу все его живительное тепло и всю энергию?»

Далее исследователь писал, что впадины или пятна могут быть вызваны «действием каких-нибудь упругих газов или паров, образующихся в темном внутреннем теле Солнца», а светоносное вещество, достаточно жидкое, повинуясь силе тяжести, стекает вниз и растекается по всему темному ядру. Таким образом, по Вилсону, солнечные пятна оказывались не только углублениями, но даже отверстиями в светлой оболочке, через которые становилась видимой темная поверхность Солнца.

Собственно, публикация Вилсона и была развита Уильямом Гершелем спустя 20 лет, когда в 1795 году он красноречиво описал концепцию темного Солнца, наблюдаемого сквозь отверстия в сияющем светоносном слое, со ссылкой на результаты Вилсона.

Правильное объяснение эффекта Вилсона заключается в том, что в пятне, как выяснилось существенно позже, вещество прозрачнее, чем в окружающей фотосфере. По сути дела, работа Вилсона оказалась первым в истории физическим исследованием свойств солнечных пятен. Эта статья стоит особняком: и на протяжении предыдущих 100 лет, и на протяжении последующих 100 лет физикой пятен никто не занимался. Делались лишь попытки изучать статистику появления пятен на Солнце и закономерности их пространственного распределения (об этом позже).

Замечательные наблюдения и подробные описания эффекта Вилсона дали нам новые знания о Солнце. Но, к сожалению, интерпретация его результатов оказалась грубо неверной. Она лежала в ключе усиливавшей свои позиции концепции темного и холодного Солнца, окруженного тонким светоносным слоем.

Она (эта интерпретация) существенно упрочила позиции данной идеи, которая все в меньшей степени воспринималась как проявление безумия (см. выше историю суда над господином Эллиотом) и становилась базовой теорией строения Солнца. В первой половине XIX века эта концепция стала парадигмой.

Дополнительные соображения в пользу концепции, развивавшейся Уильямом Гершелем, высказал его сын астроном Джон Гершель (1792–1871). Он обратил внимание на давнее открытие Шейнера – возникновения пятен в «королевской» зоне, не далее чем в 30 градусах к северу и югу от солнечного экватора. Расположение пятен в этих двух широтных зонах, параллельных экватору, давало основания полагать, что образование пятен как-то связано с вращением Солнца. Вероятнее всего, как указал Джон Гершель, причина появления пятен кроется в круговоротах жидкой либо газообразной материи, аналогичной земным пассатам и антипассатам.

Тенденция переносить земной опыт на Солнце успешно продолжала развиваться!

«Пятна могут быть приравнены к таким областям Земли, где в данное время господствуют ураганы и вихри», – писал Джон Гершель, описывая результаты своих наблюдений солнечных пятен на мысе Доброй Надежды. Здесь он наблюдал в 1837 году гигантскую группу пятен площадью в 10 миллиардов квадратных километров, что произвело на него сильное впечатление. «Внешняя оболочка Солнца временами падает вниз, смещает и разрывает своим натиском два нижних светоносных слоя, причем верхний слой, конечно, разрывается больше, чем нижний, и таким образом почти или совершенно обнажает внизу часть темной поверхности самого ядра Солнца. Такое явление неизбежно сопровождается вихрями, которые затем, будучи предоставлены самим себе, постепенно затихают и исчезают. Движение замирает в нижних слоях раньше, чем в верхних, во-первых, вследствие большего сопротивления, которое там развивается, во-вторых, вследствие большего удаления от очага первичной силы, который лежит, несомненно, в верхних слоях. Таким образом, центры ураганов (совершенно подобно тому, как это происходит в наших водоворотах – ураганах в миниатюре) при затихании возвращаются понемногу все выше и выше. Все это совершенно согласуется с тем, что мы видим в пятнах при их разрушении: пятна как бы заливаются светоносной материей, края их сдвигаются все ближе и ближе, полутень понемногу закрывает ядро пятна, а затем исчезает и сама…»

Мы видим, что Джон Гершель продолжал на основе новых наблюдений развивать концепцию, которой придерживался его отец.

Снова зададимся вопросом: была ли «ураганная» гипотеза Гершеля-младшего научной?

Безусловно. И, как всякая научная гипотеза, она требовала как доказательств в свою пользу, так и разработки методов своей проверки. В какой-то степени гипотеза впоследствии оправдалась – в том смысле, что вихревые движения в пятнах и их окрестностях действительно наблюдаются. Но вот основа возникновения пятен оказалась совсем иной. Общая идея темного Солнца, как выяснилось, также не имеет ничего общего с действительностью. Наука медленно набирала информацию, перебирала и проверяла выдвигавшиеся гипотезы, совершенствовала методы исследования.

Знаний для окончательной проверки гипотез по тем временам не хватало. Это сегодня мы понимаем, что энергия, выделяемая Солнцем в единицу времени, чудовищно велика, и невозможно обосновать природу таинственного светоносного слоя, который извергал бы миллиардами лет мощный поток излучения в окружающее пространство. Закон сохранения энергии не в состоянии объяснить, откуда могла бы браться энергия светоносного слоя, который согласно законам термодинамики должен быть при этом очень горячим. Кроме того, можно легко доказать, что при наличии такого слоя внутреннее ядро Солнца не сможет оставаться столь темным и холодным, чтобы там текли реки и жили живые существа. Физика убедительно доказывает, что никакие облака не спасут «холодное Солнце», и солнечная поверхность должна прийти в состояние термодинамического равновесия со светоносным слоем, а значит, быстро нагреться до столь же высоких температур.