Разведка далеких планет

Еще в 240 г. до н. э. великий греческий астроном Эратосфен использовал свойство взаимной параллельности солнечных лучей для измерения диаметра Земли. А русский ученый М. В. Ломоносов, наблюдая в 1761 г. прохождение Венеры по диску Солнца, обнаружил у нее «знатную» атмосферу. Как видим, и для Эратосфена, и для Ломоносова Солнце послужило зондом при изучении планет. В наше время большинство астрономических открытий сделано благодаря новым приемникам излучения в радио-, рентгеновском, инфракрасном, ультрафиолетовом и гамма-диапазонах. Может создаться впечатление, что прогресс астрономических знаний связан исключительно с применением технических новинок, а природные объекты и явления лишь мешают наблюдениям: например, земная атмосфера размывает изображения, а Луна посылает рассеянный свет в атмосферу. Но изобретательность человеческого ума безгранична: даже то, что порою мешает в работе, ученые заставляют служить науке. Уже давно астрономы научились использовать одни космические объекты для изучения других. Всякий раз, когда природа сама помогает поставить те или иные эксперименты, астрономы стараются не упускать представившуюся им возможность наблюдать за ходом этих экспериментов.

Экран размером в тысячи километров

Астрономы по праву гордятся тем, что в их руках находятся самые крупные (и очень дорогие!) научные приборы – оптические телескопы диаметром 10 м, радиотелескопы диаметром в сотни метров, межконтинентальные радиоинтерферометры с базой, длина которой равна расстоянию от Крыма до Австралии! Кажется, не было крупнее астрономических приборов в истории человечества. Но это не так. Еще древние астрономы использовали для наблюдения солнечной короны «прибор» размером почти 3500 км. Речь идет, конечно, о Луне, которая во время полных солнечных затмений аккуратно закрывает сияющий диск нашей звезды, предоставляя ученым возможность исследовать солнечную хромосферу и корону. Особенно ценно то, что диск Луны имеет тот же угловой размер, что и фотосферный диск Солнца. Луна как будто специально изготовлена для помощи астрономам в изучении Солнца.

Рис. 5.1. Солнечная корона, наблюдавшаяся с территории Монголии во время затмения 1 августа 2008 г. Изображение создано путем объединения 55 кадров, снятых с разными экспозициями: от ¹/₁₂₅ до 8 секунд. Солнце и Луна располагаются на фоне созвездия Рак. Фото: М. Druckmüller, P. Aniol, V. Rusin.

Сколько сил и изобретательности было затрачено на создание внезатменного коронографа! Прибор работает, но пока ему трудно конкурировать с естественным коронографом – Луной, и астрономы по-прежнему с нетерпением ждут солнечных затмений. До сих пор с поверхности Земли благодаря Луне удается получать изумительные снимки солнечной короны (рис. 5.1), превосходящие по качеству даже те, которые получены дорогостоящими космическими обсерваториями (см. рис. 4.24).

Неоценимы в астрономических исследованиях покрытия Луной различных объектов малого углового размера. Астрономы умеют очень точно измерять яркость тусклых источников света – астероидов, звезд, галактик, но земная атмосфера препятствует исследованию тонкой структуры этих источников. Край лунного диска, последовательно закрывая от наблюдателя (или открывая) части изучаемого объекта, позволяет измерить распределение яркости по поверхности объекта, то есть получить его изображение. Луна движется по орбите со скоростью около 1 км/с. Для наблюдателя на Земле край лунного диска на фоне неба движется с угловой скоростью от 0,3″ до 0,5″ в секунду, в зависимости от географической широты наблюдателя и высоты Луны над горизонтом. Современный телескоп с электронным приемником света способен тысячи раз в секунду фиксировать световой поток от объекта 5^m. Значит, угловое разрешение системы «телескоп – Луна» составляет примерно 0,001″, то есть в сотни раз лучше, чем у телескопа «без Луны», и даже лучше, чем у телескопа с дорогостоящей системой адаптивной оптики.

Рис. 5.2. Момент контакта во время покрытия Венеры диском Луны. Фото: Philippe Tosi.

Методом лунных покрытий определяют диаметры астероидов, планет и звезд, открывают и исследуют тесные двойные звезды и даже изучают распределение яркости на дисках некоторых звезд. Сейчас этот метод очень популярен и доступен даже любителям астрономии[5]. Правда, такие наблюдения возможны лишь в тех местах на небе, где бывает Луна: для земного наблюдателя – в полосе шириной около 12° вдоль эклиптики.

У метода лунных покрытий есть и недостатки. Во-первых, дифракция света на краю лунного диска приводит к искривлению световых лучей. Даже точечный источник, когда на него надвигается лунный диск, исчезает не сразу, а предварительно испытав несколько возрастающих по амплитуде колебаний яркости. Исключают эти эффекты математическими методами, сравнивая с наблюдаемой картиной изменения яркости кривые, рассчитанные для источников различного углового диаметра.