Расширяя границы Вселенной: история астрономии в задачах - Евгений Гусев

5.74. В настоящее время доказано, что лунные кратеры возникли в результате ударного взаимодействия с Луной метеоритов разного размера.

5.75. Представление о разумных жителях Луны — селенитах — было распространено в средние века, когда ещё не знали о неблагоприятных для жизни условиях на поверхности нашего спутника. Отражающая способность поверхности Земли из‑за облаков, снега и светлых грунтов примерно на порядок превышает альбедо поверхности Луны. В сочетании с большим угловым диаметром диска Земли на небе Луны это даёт значительно большую освещённость на Луне от Земли, чем на Земле от Луны при аналогичных фазах. Из‑за равенства периода обращения Луны вокруг Земли и периода вращения Луны вокруг собственной оси Земля почти неподвижна на лунном небе. Однако из‑за оптических либраций Луны Земля в течение месяца описывает на небе нашего спутника небольшой эллипс. Период вращения Земли для лунного наблюдателя (24h50m) определяется как суточным вращением Земли относительно звёзд (23h 56m), так и обращением Луны вокруг Земли (27,32 сут.).

5.76. Плотность горных пород на Луне не превышает плотности вещества гор на Земле. Поверхность Луны покрыта толстым слоем сыпучего материала — реголита. Этот вывод был сделан уже современными учёными из астрофизических наблюдений, и он был подтверждён контактными исследованиями лунной поверхности. Горы на Луне, особенно кратеры, не являются особенно крутыми. Эффект крутизны гор возникает при наблюдениях рельефа вблизи терминатора. Посередине крупных кратеров, действительно, имеются центральные горы, а вещество внутри больших кратеров обычно тёмное.

5.77. Пылинки, находящиеся в воздухе, опускаются медленно, особенно мелкие, так как на них, кроме силы притяжения, действует сила сопротивления среды (сила Стокса), направленная вверх. Медленно опускающийся космический корабль садится на струе газа, вырывающегося из сопла реактивного двигателя. Скорость истечения газа должна быть велика, чтобы создать достаточный импульс посадочному отсеку. Газ, ударившись о поверхность Луны, придал частицам реголита большую скорость. Низкие траектории пылевых частиц возникли при сдувании пыли с поверхности камней, которыми был усеян район посадки. Дальность полёта частиц пыли из‑за малого ускорения свободного падения и отсутствия сопротивления среды была существенно больше, чем в условиях Земли.

5.78. При ходьбе скорость перемещения определяется амплитудой и частотой (ν) свободных колебаний ног как физических маятников при данном значении ускорения свободного падения (g). Для шагов умеренной амплитуды (линейные колебания маятника) эта зависимость хорошо известна: ν~g½. А поскольку ускорение свободного падения на Луне в шесть раз меньше, чем на Земле, то и скорость ходьбы у космонавтов была в 2,5 раза меньше их скорости на Земле при прочих равных условиях. Напротив, при прыжках дальность полёта должна быть в 6 раз больше, чем на Земле, но реально скорость передвижения таким методом не достигала максимального теоретического значения из‑за того, что движение космонавта во время прыжков стесняли скафандр и неуверенность, связанная с незнакомой обстановкой.

5.79. О неизвестных в то время спутниках Марса написал в своём фантастическом произведении «Путешествия Гулливера» (1726 г.) английский писатель Джонатан Свифт. О них же упоминает и французский философ Вольтер в своём произведении «Микромегас» (1752 г.). Оба автора, вероятно, основывались на идеях Кеплера, который предполагал наличие у Марса двух спутников, исходя из возможной пропорции: у Земли один спутник, у Юпитера — четыре (известных в то время).

Указанные Свифтом периоды обращений спутников Марса оказались близки к истине, так как Фобос обращается вокруг Марса за 7,65 часов, а Деймос за 30,3 часов. Но действительные ареоцентрические расстояния спутников оказались заметно меньше: Фобос удалён от центра планеты на 1,4 её диаметра, а Деймос — на 3,5. Московский астроном И. Ф. Полак (1939) считал, что Свифт, по всей вероятности, взял для расстояний предполагаемых спутников Марса округлённые расстояния I и II спутников Юпитера, которые равны 3,0 и 4,7 диаметра планеты (Юпитера, не Марса), а периоды их обращения, составляющие 42 часа и 85 часов, уменьшил в 4 раза.

5.80. Это были интуитивные соображения, основанные на принципе пропорциональности (см. задачу 5.79).

5.81. Наши современники уже давно привыкли к движению искусственных спутников Земли, которые перемещаются по земному небосводу так же, как Фобос на небе Марса: они обычно восходят на западе и заходят на востоке. Это свойство всех искусственных спутников, движущихся по орбитам в направлении вращения Земли (а таких спутников абсолютное большинство) на высоте меньшей, чем высота геостационарной орбиты (а только такие спутники и видны невооружённым глазом).

5.82. Слово «если» в цитате, скорее всего, свидетельствует о том, что затмения в те далёкие времена предсказывать не умели. Приведённая запись есть не что иное, как руководство к наблюдениям, во время которых полагается фиксировать все обстоятельства астрономического явления. Накопленные данные использовались для попыток прогноза будущих явлений. Отсюда берут начало как астрономия, так и астрология.

5.83. Предсказание солнечных затмений для определённого места на поверхности Земли представляет сложную задачу (вообще, теория движения Луны — одна из самых сложных задач небесной механики). Если рассматривать историю про астрономов Хи и Хо не как легенду, а как описание реальных событий, то совершенно очевидно, что пострадали они незаслуженно: причиной неверного прогноза было не пьянство (настоящие астрономы не пьют!), а недостаточно высокий уровень небесной механики в Древнем Китае, равно как и в других странах в ту далёкую эпоху.

5.84. Галлей наблюдал внутреннюю корону Солнца. Полной уверенности в принадлежности наблюдаемой «атмосферы» Луне у Галлея не было. В качестве второго возможного варианта происхождения явления он рассматривал Солнце.

5.85. Несмотря на неудачные условия наблюдения, Юнг подметил интересное явление. Причиной неполной темноты в момент полной фазы солнечного затмения главным образом является рассеяние солнечного света в земной атмосфере: свет из областей полутени проникает в область тени, поскольку её размер (около 200 км) сравним с толщиной земной атмосферы. Дополнительными источниками света служат также свечение солнечной короны, пепельный свет Луны и свечение ночного неба: суммарный свет звёзд, межзвёздного и межпланетного вещества, а также собственное свечение земной атмосферы.

5.86. Впервые наблюдавшийся Юнгом «спектр вспышки», как назвал это явление английский астроном Норман Локьер (1836–1920) — это спектр излучения солнечной хромосферы, который удаётся заметить лишь во время полных солнечных затмений благодаря тому, что Луна во время полной фазы затмения закрывает собой яркие слои фотосферы. В спектре вспышки даже с помощью бесщелевых спектрографов можно наблюдать большое количество хромосферных эмиссионных линий. Движение края Луны, закрывающего хромосферу, позволяет определить изменение с высотой хромосферной эмиссии с лучшим пространственным разрешением, чем это возможно с помощью самых совершенных изображений. Уже сам Юнг после первого наблюдения указал, что «слой этот имеет в толщину, по — видимому, лишь несколько менее 1600 километров, и движение Луны очень скоро скрывает его».

Далее Юнг пишет:

«Наблюдение, сделанное автором в 1870 году и описанное выше, получило блестящее подтверждение со стороны фотографии во время полного затмения 1896 года. Шэклтон, фотограф английской экспедиции на станции Новая Земля (единственная экспедиция, которая не была расстроена дурной погодой) получил в критический момент мгновенный фотографический снимок при помощи «призматической камеры“. Это просто камера с двумя большими призмами впереди её оптического стекла. Никакого коллиматора здесь не употребляется. Это фотографический, спектроскоп без щели“.

Когда луна всё более и более надвигается на солнце, она оставляет незакрытым крайне узкий серп. Серп этот сам по себе действует подобно щели обыкновенного спектроскопа. Фотографические снимки, полученные с таким инструментом непосредственно перед полной фазой затмения, совершенно похожи на обыкновенный солнечный спектр. Отличие заключается лишь в том, что тёмные фраунгоферовы линии заменяются тёмными серпами. Это, так сказать, негативные изображения ещё не покрытой части солнечного диска. Скоро, однако, фотосфера исчезает. Остаётся серп, гораздо более бледный, который есть не что иное, как солнечная атмосфера. Если наблюдение 1870 года было правильно, то полученный фотографический снимок должен дать ряд ярких изображений на месте прежних тёмных. Так оно и оказалось»