Хвост Земли!

….История необыкновенного открытия, о котором пойдет речь, началась давно.

Еще в 1803 г., путешествуя по южным странам, знаменитый немецкий естествоиспытатель Александр Гумбольдт обнаружил странное явление. Когда ночной воздух был особенно чист и прозрачен в области неба, противоположной Солнцу, удавалось заметить тусклое, еле различимое свечение. Занимая на небе площадь, во много раз большую полной Луны, свечение имело ясно выраженную овальную форму.

Описав в числе других диковинок природы странное «противосияние», Александр Гумбольдт предоставил будущим исследователям решить вопрос о его происхождении.

Прошло, однако, ровно полвека, прежде чем противосияние снова привлекло внимание ученых. Не зная о наблюдениях Гумбольдта, в 1853 г. Джонс, а спустя три года Брорзен, увидев противосияние, приписали его открытие себе.

Странное призрачное свечение существовало - в этом не было никаких сомнений. Удалось даже установить, что по мере продвижения Солнца по зодиакальным созвездиям смещается и противосияние. Когда Солнце по истечении года снова возвращается в исходное зодиакальное созвездие, подобное путешествие по поясу Зодиака завершает и противосияние.

Разумеется, как годовое движение Солнца, так и годовое странствование противосияния лишь кажущиеся. Земля обращается вокруг Солнца, а противосияние при этом все время находится за Землей, в стороне, противоположной Солнцу. Как бы укрепленное на невидимом стержне, проходящем через центры Земли и Солнца, противосияние участвует в годовом движении нашей планеты. Как и Земля, оно за год завершает оборот вокруг главного светила Солнечной системы.

Факты казались в высшей степени странными. Нечто, именуемое противосиянием, имеет заметное свечение. Что же светится там, в глубине ночного неба? Если противосияние состоит из газов, то почему же эти газы не рассеиваются в пространстве, почему в течение многих десятилетий противосияние обладает замечательным постоянством, отнюдь не свойственным газовым облакам?

Газовое, жидкое и твердое состояние противосияния - из этих трех возможностей и приходилось выбирать ученым прошлого века. Газовое состояние как будто отпадает, жидкое также: за пределами Земли, в леденящем холоде безвоздушного пространства, жидкость существовать не может. Значит, остается одно - предположить, что противосияние является каким-то твердым образованием.

Но здесь возникают новые загадки. Если противосияние твердое, холодное образование, то его свечение может быть только отражением солнечных лучей. Значит, противосияние должно возникать далеко от Земли, во всяком случае, дальше того места, где кончается конус земной тени. Иначе говоря, противосияние отстоит от Земли не ближе, чем на 1350000 километров.

Теперь сообразим, может ли противосияние быть твердым телом, вроде Земли или Луны. Допустим, что противосияние находится на самом кончике земной тени. Тогда, учитывая, что с Земли оно видно под средним углом около 6 градусов, получаем, что истинный поперечник противосияния должен быть близок к 140 тысячам километров! Если же противосияние отстоит еще дальше, то его размеры будут еще больше.

Получилась явная нелепость. Где-то вблизи Земли находится колоссальное планетообразное тело с поперечником не меньше, чем у Юпитера, причем, обладая огромной массой, оно совершенно не влияет на движение Земли и других планет. Больше того, нарушая законы Кеплера, это странное тело обращается вокруг Солнца с тем же периодом, что и Земля, хотя его расстояние от Солнца значительно больше.

Нет, сплошным твердым телом противосияние быть не может. Остается как будто только одна возможная гипотеза - загадочное противосияние представляет собой огромный рой мелких твердых частиц. Освещенный Солнцем рой кажется с большого расстояния сплошным телом, хотя на самом деле общая масса его частиц весьма мала, а потому их притяжение и не оказывает заметного воздействия на Землю.

Так рассуждал астроном Гюльден, выступивший в 1894 г. с «метеоритной» гипотезой противосияния. Он указал, что по законам небесной механики, на прямой, проходящей через центры Солнца и Земли, есть одна из так называемых либра-ционных точек. Тело небольших размеров, помещенное вблизи этой точки, постоянно будет описывать вокруг нее сложные орбиты сравнительно небольших размеров, так что рой из подобных частиц постоянно будет виден с Земли в стороне, противоположной Солнцу. По подсчетам астронома Мультона, разделявшего идеи Гюльдена, центр роя должен находиться от Земли на расстоянии около 1500000 километров, то есть за концом земной тени.

Объяснение, данное Гюльденом и Мультоном, казалось настолько правдоподобным, что в течение почти четырех десятилетий загадка противосияния считалась решенной.

Но в истории науки нередки случаи, когда принятые и как будто не вызывающие сомнений гипотезы подвергаются пересмотру и своеобразной ревизии. То же произошло и с гипотезой Гюльдена - Мультона.

В 1938 г. группа московских астрономов во главе с Н. Д. Моисеевым решила проверить расчеты Гюльдена и Мультона. Исследование велось более обстоятельно и разносторонне, чем в конце прошлого века. Результат получился несколько неожиданный: метеоритный рой Гюльдена - Мультона, как показали вычисления Г. Н. Дубошина, должен быть неустойчивым. Частицы, его составляющие, обречены на постепенное рассеяние в пространстве, и, таким образом, удивительное постоянство противосияния снова стало загадочным и необъяснимым.

Во время войны несколько сотрудников Московского университета во главе с И. С. Астаповичем переехали в Ашхабад.

Наиболее южная из советских республик - Туркменская по праву считается солнечной страной. На ее территории, недалеко от Мары, находится полюс ясности Советского Союза, в районе которого в среднем за год бывает около трехсот сорока семи солнечных дней. Исключительные прозрачность и спокойствие воздуха в районе Ашхабада как нельзя более благоприятствуют проведению астрономических наблюдений. По меткому выражению И. С. Астаповича, «прекрасное звездное небо - одно из природных богатств Туркмении», «разработка» которого особенно интенсивно развернулась после 1942 г. Одной из главных задач, поставленных И. С. Астаповичем перед руководимым им коллективом, была разгадка природы противосияния.

Наблюдения, начатые летом 1942 г., велись каждую ясную и безлунную ночь. Когда противосияние вместе со звездами поднималось достаточно высоко над горизонтом, астрономы отмечали яркость противосияния, его размеры, форму, цвет, положение среди звезд и, наконец, неоднородности в самом загадочном свечении. Наблюдения повторялись по несколько раз в ночь, причем наблюдатели всячески стремились учесть влияние атмосферы и света ночного неба на видимость противосияния. Упорство и настойчивость, проявленные ашхабадскими астрономами, принесли богатые плоды. Постепенно выяснились новые факты, приблизившие разгадку противосияния.

Во-первых, уже осенью 1942 г., сравнивая еле уловимый цвет противосияния с окраской некоторых областей Млечного Пути, И. С. Астапович пришел к выводу, что загадочное свечение имеет зеленоватый оттенок.

Во-вторых, яркость противосияния, как показали наблюдения, подвергалась заметным, а иногда и очень быстрым изменениям. Бывали ночи, когда за какие-нибудь полчаса яркость увеличивалась на двадцать-тридцать процентов. Как бы разгораясь и снова затухая, противосияние отдаленно напоминало изменчивое полярное сияние.

Сходство было не только внешним. Однажды, в конце сентября 1943 г., удалось зарегистрировать особенно яркую вспышку противосияния. Спустя некоторое время И. С. Астапович получил письмо с Карельского фронта, в котором его сестра сообщала, что в последних числах сентября ландшафты Карелии освещались необычайно мощным трехдневным полярным сиянием. Сомнений не было. Противосияние должно иметь газовую природу. По окраске оно похоже на свечение ночного неба или полярного сияния, а его вспышки, как и для последнего, объясняются воздействием Солнца. Очевидно, что не только вспышки, но и вообще само свечение противосияния должно вызываться чем-то, испускаемым Солнцем.

На мысль о газовой природе противосияния наводили и другие факты.

Как уже говорилось, еще Гумбольдт заметил, что противо­сияние имеет овальную, или, точнее говоря, эллиптическую форму. По наблюдениям И. С. Астаповича, большая ось (наибольший поперечник) противосияния достигала длины 13 гра­дусов (то есть в двадцать шесть раз больше видимого диаметра полной Луны), тогда как малая ось простиралась не более чем на 8 градусов.

Замечательно, что и форма и размеры противосияния были совсем не такими постоянными, как думали раньше. По наблюдениям в Ашхабаде, иногда в течение часа наибольший поперечник противосияния увеличивался на 3 — 4 градуса. Нередко менялись его размеры и в других направлениях.

В семнадцати случаях иногда к западу, иногда к востоку от противосияния появлялись какие-то яркие и непостоянные световые придатки. Расстояние их от края противосияния никогда не превышало 6 градусов.

Внутри самого противосияния наблюдались меняющиеся по расположению более светлые и менее яркие участки. Самое яркое место противосияния не всегда совпадало с его геометрическим центром, иногда отходя от него в сторону на 2 — 3 градуса. В особенно «прозрачные» и темные ночи большая ось противосияния увеличивалась до 23, а малая - до 13 градусов.

Короче говоря, противосияние оказалось изменчивым образованием, и только его расположение в области неба, противоположной Солнцу, отличалось удивительным постоянством. Впрочем, здесь надо оговориться. Центр эллипса противосияния, как было замечено еще в 1907 г,не совпадает с точкой, прямо противоположной Солнцу. Он отстоит от нее к западу на 3 градуса (то есть почти на шесть поперечников Луны).

Совершенно ясно, что перечисленные факты противоречили гипотезе Гюльдена — Мультона. Метеоритный рой никак не мог обладать такой быстрой изменчивостью, какая наблюдалась у противосияния. Но и гипотеза о газовой природе загадочного свечения также встречала большие затруднения.

В самом деле, если противосияние - это газовое облако, расположенное за конусом земной тени, то почему оно не рассосется в пространстве? Если же противосияние находится внутри земной атмосферы, то почему оно светится и что заставляет его всегда находиться в стороне, противоположной Солнцу?

Чтобы разрешить эти противоречия, И. С. Астапович решил измерить расстояние до загадочного облака.

Попытки такого рода были предприняты еще в 1893 г. Два астронома, один в Перу, а другой в Калифорнии, одновременно определяли положение противосияния среди звезд. Однако никакого кажущегося, параллактического, смещения они не заметили. Неудача их была вызвана тем, что оба астронома не учитывали рефракцию, то есть искривление пути световых лучей в земной атмосфере. Благодаря рефракции каждое светило как бы приподнимается над горизонтом, между тем как суточные параллактические смещения «опускают» светила. Оба явления, близкие по величине, уравняли друг друга, а потому наблюдения американских астрономов и не дали желаемого результата.

И. С. Астапович поступил иначе. Благодаря вращению Земли вокруг оси наблюдатель перемещался в пространстве. Следовательно, в течение ночи он смотрит на противосияние с разных позиций, из различных точек пространства. Поэтому, если противосияние сравнительно близко к Земле, оно в течение ночи должно слегка сместиться на фоне более удаленных звезд. Такие наблюдения и были проведены в Ашхабаде.

Расплывчатость и изменчивость противосияния сильно мешали работе. Трудно было с уверенностью наметить центр свечения, а затем следить за его смещением на фоне звезд.

В течение почти двух лет И. С. Астапович и его помощники сто шестьдесят семь раз измерили положение центра противосияния. Параллактическое смещение было, наконец, обнаружено! Загадочное облако оказалось удаленным от Земли в среднем на 125 тысяч километров. Подсчеты Мультона носили чисто теоретический характер, тогда как результат И. С. Астаповича отвечал наблюдаемым фактам.

Может быть, было бы лучше, если бы оказался прав не Астапович, а Мультон! Ведь таинственное облако располагалось слишком близко к Земле. Оно попало внутрь конуса земной тени, которая тем не менее почему-то нисколько не мешала его свечению.

И все же отказаться от мысли о газовой природе противосияния было невозможно. Слишком много фактов выступало в защиту этой гипотезы. Но тогда следовало объяснить, почему противосияние светится и не рассеивается в пространстве.

После долгих размышлений И. С. Астапович пришел к таким заключениям.

Газовое облако, порождающее противосияние, должно непрерывно пополняться все новыми и новыми порциями газа. Только в этом случае ему обеспечено сравнительно устойчивое существование в течение по крайней мере многих десятилетий.

Казалось естественным, что источником пополнения противосияния может быть лишь тот исполинский газовый океан, который окутывает нашу планету.

От внешних частей земной атмосферы к противосиянию, по-видимому, тянется какой-то газовый рукав, состоящий из непрерывно движущихся газов. Иначе говоря, у Земли, вероятно, есть своеобразный газовый отросток, точнее - газовый хвост, направленный, как и кометные хвосты, в сторону, противоположную Солнцу. Само же противосияние не является каким-то облакообразным сгустком газов вблизи Земли. Противосияние — это проекция на звездное небо газового хвоста Земли.

Если бы хвост Земли светился на всем своем протяжении, то противосияние не существовало бы - его свечение «размазалось» бы на все небо.

Однако в действительности свечение в хвосте начинается с расстояния около 125 тысяч километров от Земли. Только с этого участка мы и начинаем видеть хвост Земли, представляющийся нам каким-то оторванным от Земли светящимся облаком.

Так был открыт газовый хвост Земли - удивительная часть нашей планеты, о существовании которой многие из ее обитателей даже не подозревают. Открытие И. С. Астаповича привлекло внимание многих ученых. Начались детальные исследования противосияния с помощью различных приборов.

Осенью 1948 г. на горной астрофизической обсерватории вблизи Алма-Аты академик В. Г. Фесенков и его сотрудники по­лучили ряд фотографий противосияния. Снимки производились с помощью светосильных фотокамер, и потому качество их было весьма высоким.

Противосияние фотографировалось несколько раз в течение ночи, и по фотографиям удалось снова определить его удаленность от Земли. Она получилась весьма близкой к величине, найденной И. С. Астаповичем.

На той же обсерватории астроном Н. Б. Дивари изучал яркость противосияния с помощью специального фотометра. Показания прибора совпали с выводами, полученными при наблюдениях невооруженным глазом. Противосияние изменялось и по форме, и по яркости.

Наконец, сотрудник горной обсерватории М. Г. Каримов весной 1949 г. получил фотографию спектра противосияния. Несмотря на применение высокочувствительных пленок, экспозиция (выдержка) при съемке составила в общей сложности тридцать пять часов — так слаб свет противосияния.

Выяснилось, что спектр противосияния мало отличается от спектра ночного неба, порождаемого разреженными газами верхних слоев атмосферы. Тем самым газовая природа противосияния была окончательно установлена.

В спектре противосияния выделялись линии, характерные для азота и кислорода - главных составляющих земной атмосферы. Таким образом, спектрограф подтвердил несомненную связь противосияния с атмосферой Земли. Гипотеза И. С. Астаповича превратилась в строго установленный факт.

Трудно представить себе Землю в роли кометы. И все же некоторое сходство между Землей и кометами, несомненно, есть (рис. 1).

Газовый хвост Земли должен быть очень длинен. Если считать, что убывание яркости в нем происходит по тому же закону, что и в газовых кометных хвостах, то, как показывают расчеты Астаповича, газовый хвост Земли имеет длину около 650 тысяч километров, то есть простирается далеко за орбиту Луны.

Как и газовые кометные хвосты, газовый хвост Земли слегка отклонен в сторону, обратную движению Земли вокруг Солнца. Этим обстоятельством и объясняется тот факт, что центр противосияния смещен на 3 градуса к западу от точки, противоположной Солнцу.

Рис. 1. Хвост Земли по И. С. Астаповичу
Эллиптическая форма противосияния, как считал академик В. Г. Фесенков, вызвана сплюснутостью земной атмосферы в направлении, перпендикулярном к плоскости земной орбиты. Поэтому и любые поперечные сечения газового хвоста Земли имеют сплюснутую эллиптическую форму.

Газовый хвост Земли состоит из быстро движущихся молекул. Выброшенные за границы атмосферы отталкивательным действием лучей Солнца, эти молекулы сплошным газовым потоком непрерывно рассеиваются в межпланетное пространство. Их скорость движения такова, что в течение суток состав хвоста обновляется несколько раз.

Некоторым может показаться, что такая «утечка» земной атмосферы через хвост Земли опасна для жизни человечества. Не можем ли мы, в самом деле, через какое-то время лишиться воздушной оболочки и погибнуть от удушья?

Подсчеты показывают, что подобные страхи неосновательны. Если бы даже газовые запасы земной атмосферы ниоткуда не пополнялись, то и в таком случае атмосферное давление уменьшилось бы наполовину лишь за миллиард лет.

На самом же деле в атмосферу непрерывно поступают все новые и новые порции газов при извержении вулканов и при разных биологических процессах. Таким образом, о катастрофической потере атмосферы Земли через ее газовый хвост не может быть и речи.

Хотя Земля имеет кометообразный хвост, ее сходство с кометами носит, скорее, все же внешний характер — слишком уж различна природа этих тел.

В кометах их твердая часть - ядро — представляет собой скопление ледяных глыб затвердевших газов с включенными в них твердыми частицами типа метеоритов. Земной шар совершенно не похож на кометное ядро. Весьма различны и их размеры. Поперечник самых крупных из кометных ядер не пре­вышает обычно нескольких километров, то есть почти в несколько тысяч раз меньше поперечника Земли.

Земля не комета. Но Земля имеет кометообразный хвост, природа которого все-таки еще не вполне ясна. Чем, например, объяснить свечение газового хвоста Земли? Возможно, что его молекулы, поглощая энергию солнечных лучей, затем переизлучают ее, сияя холодным светом. Но почему тогда это свечение начинается только на расстоянии около 125 тысяч километров от Земли, а более близкие части хвоста остаются темными ?

В кометах, имеющих крохотное ядро, молекулы их исполинских хвостов всегда освещаются Солнцем. Газовый хвост Земли в значительной своей части находится внутри конуса земной тени, но, скрытый от солнечного освещения, все же светится. Не вполне ясной была и природа тех сил, которые «сдувают» молекулы земной атмосферы в сторону, противоположную Солнцу.

Рис. 2. Магнитосфера Земли

До войны загадка противосияния оставалась нерешенной. Были неясными многие вопросы. Было высказано предположение, что газовые хвосты есть и у других планет. Например, близкая к Солнцу и окутанная густой атмосферой Венера, должна иметь газовый хвост, не уступающий земному. Правда, обнаружить его с Земли очень трудно — слишком слабо свечение хвоста и слишком ярок тот сумеречный фон неба, на котором обычно наблюдается Венера.

Еще более слабым хвостом должен обладать Марс, уже растерявший значительную долю своей первичной атмосферы. Что же касается больших планет: Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, то обнаружить их хвосты вряд ли удастся — слишком далеки они от Солнца.

В послевоенные годы средствами космонавтики развернулись подробные исследования околосолнечного и околоземного пространства.

Установлено, что Солнце постоянно выбрасывает в межпланетное пространство электроны и ионы различных элементов, главным образом водорода. Разлетаясь во все стороны непрерывным потоком, они образуют так называемый солнечный ветер. В окрестностях земной орбиты плотность этого ветра составляет 10 частиц в одном кубическом сантиметре, а скорость частиц в средней примерно 450 км/с. Некоторые из частиц достигают скорости в десятки тысяч километров в секунду. Их называют солнечными космическими лучами.

Нередко с поверхности Солнца извергаются потоки ионов повышенной плотности (до 100 частиц в 1 см3). Их называют корпускулярными потоками. Все эти разновидности солнечного вещества взаимодействуют с магнитным полем Земли — ее магнитосферой.

Строение земной магнитосферы сложное (рис. 2). Далеко не все ее силовые линии замыкаются в Земле. Со стороны, противоположной Солнцу, они вытягиваются в длинный шлейф, образуя своеобразный магнитный хвост Земли. В эту зону попадает разнообразное солнечное вещество и наэлектризованные твердые межпланетные пылинки. Сюда же сдуваются солнечным ветром молекулы из верхних слоев земной атмосферы.

Наоборот, со стороны Солнца магнитосфера сжата, сплюснута, а с внешней стороны она граничит с магнитным слоем заметно повышенной напряженности - магнитной ударной волной.

Известно, что всякое механическое движение обратимо. Можно, например, считать солнечный ветер покоящимся, а Землю - несущейся в потоках солнечного вещества. В этом случае сходство Земли с исполинской кометой становится еще явственнее. Совершенно очевидно, что хвост Земли — образование непостоянное, динамичное. Но на смену пролетающего через хвост вещества от Солнца и Земли поступают его новые порции.

Раз в месяц полная Луна пересекает хвост Земли, она будоражит его вещество, вызывает изменения в магнитосфере, а это в свою очередь отражается на самочувствии людей. Впрочем, детали этих взаимосвязей предстоит выяснить в будущем….

Источник

Меток нет
Запись: Хвост Земли!
опубликована 10 июля, 2012 в 19:55 и находится в Блоги |
Копирование разрешено ТОЛЬКО С АКТИВНОЙ ССЫЛКОЙ: