Расширяя границы Вселенной: история астрономии в задачах - Евгений Гусев

4.6. Как измерить расстояние от Земли до Солнца, производя в течение года спектральные наблюдения звёзд, расположенных близ эклиптики?

4.7. На основе жизненного опыта сделайте качественные заключения о расстоянии до Солнца, а также о форме, температуре поверхности, спектре и фазовом состоянии вещества светила.

4.8. Почему некоторое время существовала гипотеза о том, что Солнце — твёрдое, холодное тело, окружённое светящейся оболочкой?

4.9. Известны наблюдения солнечных пятен до изобретения телескопа или без его использования. Каким образом они проводились?

4.10. Какие наблюдения солнечных пятен подтвердили их принадлежность к светилу?

4.11. Каким образом было обнаружено вращение Солнца?

4.12. Почему наблюдатели XVII‑XIX веков давали весьма противоречивые данные о периоде вращения Солнца? Галилей — примерно лунный месяц, Шейнер — 27d, Кассини — 25,58d, Деламбр — 25d, Ложье — 25,34d, Бем — 25,52d, Кизеус — 25,09d. Данные Галилея и Шейнера относятся к синодическому периоду вращения Солнца.

4.13. В учебных изданиях часто указывается, что сидерический период вращения экваториального пояса Солнца составляет 25 суток. Так ли это?

4.14. Вращение Солнца происходит с востока на запад, т. е. восточный край приближается к нам, а западный удаляется. Земля же вращается с запада на восток. Параллельны или антипараллельны векторы угловых скоростей Солнца и Земли?

4.15. Английский астроном Р. К. Кэррингтон (1826–1875) обнаружил, что в начале июня и начале декабря каждого года движение солнечных пятен по диску светила происходит по прямым линиям; с июня по декабрь пятна движутся по кривым, выгнутым к северу, а с декабря по июнь — выгнутым к югу. С чем связаны такие вариации траекторий солнечных пятен?

4.16. Как отличить солнечное пятно от планеты, оказавшейся между наблюдателем и Солнцем?

4.17. Немецкий астроном — любитель Генрих Швабе (1789–1875) многие годы неутомимо и терпеливо пытался обнаружить гипотетическую планету внутри орбиты Меркурия во время её прохождения по диску Солнца. Для этого он систематически, начиная с 1826 года, в течение 43 лет зарисовывал расположение пятен на солнечной поверхности. Новую планету он не нашёл. Однако, потерпев в своих поисках неудачу, он всё же сделал важное открытие, касающееся самого Солнца. Что обнаружил Швабе?

4.18. Швейцарский астроном профессор Рудольф Вольф (1816–1893) интенсивно занимаясь в течение полустолетия наблюдениями и статистикой солнечных пятен, ввёл в астрономическую практику относительное число для измерения их количества на видимом диске Солнца, которое сейчас называют числом Вольфа (W). Его вычисляют по формуле W=k(10g + f), где g — количество групп пятен, включая одиночные пятна; f — общее количество пятен; k — индивидуальный коэффициент наблюдателя, в основном зависящий от его инструмента и условий наблюдения. Почему более удобной характеристикой пятнообразовательной деятельности Солнца оказалось число Вольфа, а не просто общее число пятен? Почему число Вольфа до настоящего времени широко используется в астрономии? Почему критерием активности Солнца также являются числа Вольфа? Какой физический смысл имеет это число? Как определяется коэффициент k?

4.19. Известный американский исследователь Солнца Чарльз Юнг (1834–1908) отметил, что тень солнечного пятна кажется не чёрной, а тёмно — пурпурной Возможной причиной этого явления предполагалась хроматическая аберрация объектива, но выяснилось, что это настоящий цвет тени. Почему солнечные пятна имеют тёмно — красный цвет?

4.20. Появление пар солнечных пятен, имеющих, как известно, разную магнитную полярность, объясняется выходом на поверхность Солнца магнитной силовой трубки. Какую структуру имеет локальное магнитное поле, если на данном участке солнечной поверхности существует только одиночное пятно? Кто впервые выяснил это?

4.21. Любой земной базис недостаточен для получения объёмного изображения Солнца или деталей его поверхности. Каким образом английский астроном Уоррен Де ла Рю в 1861 г. получил первый стереоскопический снимок солнечного пятна?

4.22. Можно ли использовать метод Де ла Рю для получения стереоскопического изображения всего диска Солнца?

4.23. Как Г. Р. Кирхгоф (1824–1887) опроверг бытовавшее в его время мнение, что Солнце — холодное твёрдое тело, окружённое раскалённой оболочкой?

4.24. В середине XIX в. вопрос об источнике энергии Солнца Дж. Гершель называл «великой тайной». Среди первых научных гипотез на этот счёт было предположение, что наше дневное светило является раскалённым остывающим телом или представляет собой химически горящее тело. Юлиус Роберт Майер (1814–1878) показал, что даже если Солнце состояло бы из чистого каменного угля, оно сгорело бы за исторически короткий промежуток времени. Сделайте оценку этого времени.

4.25. Ю. Р. Майер был автором метеоритной гипотезы происхождения энергии Солнца. Какие наблюдения и теоретические соображения опровергли эту гипотезу?

4.26. Известный физик Гельмгольц в 1854 г. выдвинул идею об излучении Солнца за счёт его гравитационного сжатия. Опровергнута ли в настоящее время эта гипотеза?

4.27. Для определения температуры поверхности Солнца профессор В. К. Цераский использовал вогнутое зеркало диаметром 1 м. Измерения температуры изображения диска Солнца по плавлению разных металлов, помещённых в фокусе зеркала, давали различные значения — вплоть до 3500°, что почти в два раза меньше температуры, определённой современными исследованиями. Какова причина неточности результатов, полученных В. К. Цераским — ошибка метода или ошибка измерений?

4.28. В 1870–х годах выдвигались принципиально разные предположения о температуре поверхности Солнца: Ватерстон и Секки полагали, что температура Солнца достигает нескольких миллионов градусов, а Пуйе и другие учёные считали, что она меньше 2000 градусов. В чём была причина столь резкого различия в оценке температуры Солнца?

4.29. Французский учёный Этьен Малюс (1775–1812) исследовал двойное лучепреломление, рассматривая отражённое в стекле изображение Солнца, прошедшее через кристалл исландского шпата. При некоторых положениях стекла и кристалла были видны два изображения Солнца, а при определённом положении только одно изображение. Почему в качестве источника света учёный использовал Солнце? Почему в опыте были использованы два оптических предмета: стекло (а не зеркало) и кристалл? Каков астрофизический аспект опыта?

4.30. Один из старых способов телескопического наблюдения фотосферы Солнца состоял в применении обычного окуляра, снабжённого тёмным светофильтром. Этот способ был опасен для глаз, поскольку светофильтр иногда лопался от перегрева. Для уменьшения нагрева светофильтра на объектив телескопа надевали крышку с небольшим центральным отверстием. Почему этот способ практически вышел из употребления даже у астрономов — любителей?

4.31. Фотографирование Солнца с помощью обычного телескопа вызывает большие затруднения из‑за огромной яркости объекта: требуются чрезвычайно короткие экспозиции, а при установке затвора рядом с фотопластинкой, близ фокуса телескопа, затвор сильно страдает от нагрева. Как астрономы решили эту задачу в середине XIX века?

4.32. В 1802 г. известный физик-оптик Уильям Волластон впервые со времён Ньютона заменил в спектроскопе круглое отверстие узкой щелью и тем самым увеличил разрешающую способность спектрографа. В спектре Солнца учёный обнаружил семь тёмных линий, которые он принял за естественные границы различных цветов спектра. Что за линии были обнаружены им в спектре Солнца?

4.33. Изучая абсорбционные линии в спектре Солнца, шотландский физик Дэвид Брюстер (1781–1868) обнаружил, что существуют особого сорта линии, почти незаметные, когда Солнце находится высоко над горизонтом, но становящиеся темнее и шире, когда Солнце приближается к горизонту. Как объяснить это явление?

4.34. Астроном Бауэр обнаружил, что изменение наблюдаемого глобального магнитного поля Солнца происходит с периодом в 33d. Почему магнитное поле Солнца изменяется именно с таким периодом?

4.35. С поверхности Земли солнечные протуберанцы невидимы по той же причине, что и звёзды днём: увидеть их мешает рассеянный в земной атмосфере свет Солнца. Если бы удалось уменьшить яркость дневного неба, не ослабляя яркости протуберанцев, то протуберанцы можно было бы изучать не только в краткие моменты солнечных затмений, но и вообще в любой день. Как эта задача была решена астрономами XIX века?

4.36. Почему древние египтяне изображали Солнце в виде диска с крыльями?

4.37. До 1860–х годов происхождение солнечной короны приписывали лунной атмосфере, а после того, как было доказано её отсутствие — земной атмосфере. Как и когда доказали, что корона принадлежит Солнцу?