Наблюдайте солнце

DjVu

      О том, что Солнце является основным поставщиком света и тепла на Землю, знают все. Но его влияние на Землю настолько сложно, что люди пока еще не могут разгадать многие тайны взаимоотношений этих двух небесных тел. Изучить их можно только объединенными усилиями ученых всего мира. Именно поэтому в 1957 — 58 годах был проведен очередной Международный геофизический год. В это время за Солнцем наблюдали ученые 66 стран мира.
      Через пять лет после каждого такого периода активности Солнца наступает период его спокойствия. Ученые решили повторить наблюдения по программе МГГ и в период спокойного Солнца. Это мероприятие получило название «Международный год спокойного Солнца». Проводится оно с 1 января 1964 года по 31 декабря .1965 года, то есть в течение 24 месяцев.
      Ребята, а ведь вы тоже можете принять участие в наблюдении Солнца и сопутствующих ему явлений. И эта брошюра поможет вам в такой работе.
     
      РАССКАЗ О СОЛНЦЕ
      О том, что Солнце является источником всей жизни на Земле, люди догадывались еще в незапамятные времена. Но в древности и в средние века они не могли понять и научно объяснить природу Солнца, оно было в их воображении «непостижимым чудом», «всемогущим божеством».
      Солнце является центральным телом нашей планетной системы. Вокруг него движутся девять больших планет с их спутниками и большое количество малых планет — астероидов, комет, метеорных тел. Однако масса Солнца в 745 раз больше массы тел, которые движутся вокруг него (см. рис. 1). Д наша Земля меньше Солнца по массе в 333 000 раз. Солнце шарообразно и очень велико по объему. Его диаметр равен 1 390 ООО км, что в 109 раз больше диаметра земного шара. Земля меньше Солнца по объему в 1 300 000 раз. Средняя плотность Солнца невелика и равна всего лишь 1,4 грамма на кубический сантиметр, тогда как средняя плотность Земли равна 5,5 грамма на кубический сантиметр. Впрочем, это вполне естественно, так как Солнце раскалено до температуры в несколько миллионов градусов, и все входящие в его состав веще ства находятся в газообразном состоянии.
      Температура солнечной поверхности равна 6000°, а в недрах Солнца она доходит до 13 000 000°. В условиях столь высоких температур и чудовищных давлений в недрах Солнца происходит непрерывная реакция преобразования атомов водорода в атомы гелия. Такая реакция называется термоядерной. О масштабах излучения Солнца можно судить хотя бы потому, что каждый квадратный сантиметр его поверхности излучает 6000 ватт, а вся поверхность Солнца излучает 3,7 1021 киловатт. Поверхность Солнца в 10 раз ярче пламени электрической дуги, и доля света в общем потоке энергии, излучаемой Солнцем, составляет 8 международных свечей на 1 ватт. Это означает, что каждый квадратный сантиметр солнечной поверхности светится, как 50000 международных свечей, а все Солнце светит как 3,23 1027 свечей. Вот какую «лампу» представляет собой Солнце
      Вся излучаемая Солнцем энергия уходит от него в радиальных направлениях в мировое пространство. Кстати сказать, на долю нашей планеты приходится менее чем 1/2 000 000 000 доля солнечного излучения, но это колоссальная величина. Если получаемую Землей энергию оценить по 4 копейки за киловатт-час, то ежесекундно земляне должны выплачивать 2 миллиарда рублей. (...)
      Таким образом, некоторая часть попавшей в атмосферу солнечной энергии поглощается ею или рассеивается п отражается в мировое пространство. Но большая часть лучистой энергии Солнца достигает поверхности земного шара и согревает сушу и воду, а также прилегающий к ним воздух. За счет этого тепла в воздух поднимается большое количество воды в виде пара, из которого образуется облачность. Неравномерность нагрева поверхности суши и моря обуславливает возникновение воздушных и морских течений. Ветры переносят облака, грунтовые н сточные воды питают реки. Океанические и морские течения оказывают воздействие на климат отдельных частей земного шара. Так тепловая энергия Солнца превращается в механическую.
      Тепло и свет солнечных лучен обеспечивают бурное развитие жизни на Земле. Значительная доля лучистой энергии Солнца преобразуется в скрытую энергию органического вещества. Его масса ныне достигает огромной величины — 10й тонн Обилие органического вещества обуславливает образование каменного угля, нефти, торфа. Если учесть, что в качестве топлива человек использует также древесину и стебли травянистых растений, то станет ясным, что все известные нам источники энергии (за исключением ядерной) являются так или иначе преобразовавшейся энергией солнечных лучей.
      Солнце оказывает воздействие и на состояние земного магнетизма и электричества. Так, например, установлена прямая зависимость между солнечным излучением и состоянием магнитного поля Земли. При резком увеличении солнечной активности можно наблюдать дрожание магнитной стрелки компаса, то есть магнитную бурю. Очевидно, воздействие Солнца на усчовня дальней радиосвязи, так как радиоволны распространяются на большие расстояния благодаря отражательному свойству одного из слоев верхней атмосферы — ионосферы. В зависимости от солнечной активности находится н такое явление природы, как полярное сияние. Нетрудно догадаться, что солнечная активность оказывает определенное воздействие на растения н животных. Замечено, что в годы повышения солнечной активности лучше растут деревья, увеличивается число эпидемических заболевании, наблюдаются и другие явления.
      Из всего сказанного следует, что для изучения многих явлений, происходящих на Земле, важно исследовать и режим Солнца.
      Теперь уже окончательно установлено, что светящаяся поверхность Солнца (фотогфера) неоднородна. На ней можно наблюдать яркие уддшенные области, которые называются факелами, а также облака раскаленных газов гранулы. .Но самыми примечательными образованиями являются темные пятна (см. рис. 2). Ойи появляются как в одиночку, так и группами в экваториальной области Солнца, но избегают узкой зоны вблизи самого экватора. Выше 45 параллели пятна почти никогда не наблюдаются. Установленные закономерности в образовании пятен на солнечной поверхности позволяют утверждать, чго их количество и размеры пропорциональны солнечной активности. Активность же Солнца через каждые 11 лет увеличивается, а между максимумами она спадает. Вот почему наблюдения пятнообразоиателыюй деятельности, а также сопутствующих ей процессов представляют исключительный научный интерес. Такие наблюдения ведутся астрономами посредством специальных телескопов. Любительские наблюдения интересны для самих наблюдателей, так как обобщений таких наблюдений позволяет глубже разобраться в природных явлениях.
      Во время солнечных затмений можно еще наблюдать на Солнце фонтаны раскаленных газов — протуберанцы, хромосфериые вспышки и свечение солнечной короны. Но затемнения Солнца бывают редко, и поэтому любите чи могут подготовиться к его наблюдениям по одной из указанных в конце этой брошюры книг. Здесь же этот вопрос рассматриваться не будет.
      Вернемся к движению Земли вокруг Солнца и сопутствующим ему явлениям. Полный оборот вокруг Солнца Земля совершает за год. Путь ее движения называется орбитой. Лсь суточного вращения земного шара наклонена к Плоскости орбиты на угол 66,5 градуса. Величина и направление наклона земной оси не меняются, северный конец ее всегда направлен на Полярную звезду. При всем этом будучи в одной точке орбиты, Земля оказывается более обращенной к Солнцу северным полушарием, а в противоположной точке орбиты — южным полушарием (см. рис. 3). В первом случае во всех местах севернее экватора полуденная высота Солнца буПет наибольшей, и оно дольше всего бывает над гор фонтом. В это время земная поверхность северного полушария получает самое большое количество тепла. У шс лето, а в южном полушарии в это время зима потешу, что во всех местах южнее экватора полуденная выси а Солнца оказывается наименьшей, и оно меньше всего бывает над горизонтом в течение суток. Во втором случае наблюдается совершенно противоположная гартина. Теперь южное полушарие более обращено к Солнцу, н там лето, а в северном полушарии — зима Между этими предельными положениями земного шара бывает среднее, когда оба полушария одинаково согреваются солнечными лучами, н после лета в северном (полушарии наступает осень, а в южном полушарии после зимы — весна и наоборот. Итак, смена времен года на Земле происходит потому, что наша планета движется вокруг Солнца и при этом ее ось наклонена к орбите; направление и величина наклона не изменяются, к по этой причине в различных точках орбиты земной шар оказывается более обращен к Солнцу то севером, то южным полушариями. Наблюдается этот процео в виде изменения полуденных высот Солнца и изменения точек восхода и захода, а следовательно, и продолжительности суточною пути Солнца над горизонтом в течение года.
     
      КАК ОРГАНИЗОВАТЬ НАБЛЮДЕНИЯ
      Для ведения систематических наблюдений Солнца надо сделать наблюдательную площадку. Расположите ее на таком месте, с которого лучше всего обозревается небосвод и особенно восточная, южная и западная стороны горизонта.
      На ровном месте устанавливается небольшой столбщ с заостренной вершиной (рис. 4). Часов в 9 или 10 утра в погожий день радиусом, равным длине тени, вокруг столбика проводится окружность. Делается это посред ством привязанного к столбику шнура и заостренной палочки. В точку, где тень столбика своим концом касается окружности, вбейте колышек. Перемещаясь по часовой стрелке до полудня, тень столбика будет укорачиваться, а после полудня она станет удлиняться. В какой-то момент кончик тени коснется окружности. Эту точку надо заметить вторым колышком. Теперь между колышками проводится прямая линия, которую надо разделить пополам. Через полученную точку н основание столбика проводится линия. Это и будет полуденная линия или меридиан, проходящий через точку установки столбика. Конец, проходящий через основание столбика, соответствует направлению на юг, а противоположный конец будет направлен на север. Способом провешивания полуденную линию можно продолжить в обоих направлениях на какое угодно расстояние.
     
      ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЧЕК ВОСХОДА И ЗАХОДА И ПОЛУДЕННЫХ ВЫСОТ СОЛНЦА
      На полуденной линии устанавливается азимутальный стол. Сделайте его из вертикально врытого столба и прикрепленного к нему горизонтального круга. По краю круга нанесите градусные деления. Начальным считается то деление, которое стоит в южном конце полуденной линии. Все прочие деления обозначьте через каждые 5 или 10 градусов по часовой стрелке от 0 до 360 градусов. У нулевого деления изображается буква Ю (юг), у деления 90° — 3 (запад), у 180° — С (север), у 270° — В (восток). Можно обозначить н промежуточные стороны. В центре круга закрепите визирную планку (см. рис. 5)
      Так как точки восхода н захода Солнца симметричны относительно полуденной линии, то определять можно одну из них, скажем, точку захода. Если, например. Солнце зашло в точке, азимут (угловое расстояние от южного конца полуденной линии) которой оказался 135 градусов (северо-запад, то азимут точки восхода Солнца в этот день был 225 градусов (северо-восток). Данные об изменении точек восхода и захода Солнца и длины дневного пути над горизонтом можно оформлять графически, как показано на рис. 6.
      Высота Солнца над горизонтом определяется в полдень, то есть в момент, когда Солнце находится над полуденной линией. Делается это посредством квадранта (см. рис. 7), который устанавливается также на полуденной линии в 2 метрах к югу от азимутального столе.
      На вертикально врытом столбе закрепляется угольник, к сторонам которого прикрепляется мгталличегкая линейка длиной 45 см (более длинная обрубается) Она изгибается в дугу, равную четверти окружности. Тогда каждые полсаптнмстра будут соответствовать градусу, а каждое миллиметровое деление будет соответствовать 0,2 градуса. В центре дуги закрепите стерженек. Тень от него в полдень упадет на шкалу изогнутой линейки, и надо лишь произвести отсчет от верхнего конца шкалы, так как полуденная высота Солнца будет равна пакрестлежащему углу между направлениями (от центрального стерженька) на нулевое деление верхнего конца линейки и на тень стерженька.
      Записываемые данные об изменении полуденных высот Солнца можно изобразить графически, как показано на рисунках 8 и 9. Если же одновременно с определениями полудСнцЬ1Х высот Солнца ведутся и наблюдения погоды, в частности определяются и среднедекадные и среднемесячные температуры воздуха, то можно график Изменения полуденных высот Солнца (рис. 9) совмествть с графиком изменения, например, среднедекадных температур (рис. 10). В результате получается интереснейшая картина прямой зависимости среднедекадНЬ1Х температур от полуденных высот Солнца. Так ЮНЬ1е наблюдатели могут получить полную картину довольно сложных явлений, попять ее и помочь другнгл разобраться в сезонных изменениях природы своего края.
     
      НАБЛЮДЕНИЯ СОЛНЦА
      Организуя н ведя наблюдения Солнца, не следует забывать о том, что оно является опасным для глаз. На него нельзя смотреть простым глазом II тем более через какой-нибудь оптический прибор без специальных светофильтров, так как мгновенно и навсегда можно испортить или совсем потерять зрение.
      При наблюдении Солнца невооруженным глазом в качестве защитного фильтра можно использовать обыкновенную фотопластинку. Для этого ее надо в течение 4 — 6 минут проявить на свету, а затем отфнксировать, промыть и высушить. Располагая такую пластинку перед глазами, можно безопасно наблюдать солнечный диск, но простым глазом многого на нем не заметить. Несравненно интереснее наблюдать Солнце в телескоп.
      Для визуальных наблюдений Солнца годится всякий, даже самодельный, телескоп. Перед тем, как смотреть на Солнце в телескоп, надо обязательно впереди объектива поставить защитный фильтр. Но удобнее и безопаснее не смотреть на Солнце через телескоп, а
      наблюдать его на экране, который прикрепляется к окулярному концу трубы телескопа (см. рис. 11), У телескопов, выпускаемых оптическими заводами и продающихся в магазинах учебного оборудования, такие устройства есть, а если нет, то экранчик с опорным стержнем нетрудно изготовить своими силами.
      К трубе телескопа металлическими кольцами или ремнями прикрепите брусок длиной 50 — 60 см. На свободном конце бруска смонтируйте подвижной экран и к нему во время наблюдений прикрепляйте чертежную бумагу (см. рис. 12).
      Суть простейших визуальных наблюдении Солнца состоит в ежедневной (лучше в полдень) зарисовке видимых пятен н последующей обработке таких рисунков. Для этого на листках чертежной бумаги заранее вычерчиваются окружности диаметром 100 мм, и во время наблюдения изображение солнечного диска точно совмещается с такой окружностью. Достигается это
      путем перемещения экрана по опорному бруску. Видимые в данный момент пятна быстро и точно обводятся простым мягким карандашом, ,а потом на листке указывается порядковый номер, дата и время наблюдения, а также записывается оценка i качества изображения. Полученные таким образом зарисовки солнечных пятен обрабатываются согласно указаниям, данным в книге: В. В. Шаронов. Солнце к его наблюдения. 2-е издание, Гостехиздат, 1953 г.
      Для фотографирования Солнца к телескопу приспособьте специальную фотонриставку с затвором и кассетой (см. рис. 13) или узкопленочный фотоаппарат типа «Зенит». При фотографировании посредством приставки изображение солнечного диска на негативе должно иметь диаметр 100 мм, и печатание на фотобумагу производится контактно. В случае же применения узкопленочного фотоаппарата надо использовать переходные втулки, чтобы солнечный диск занимал 2/з или даже */ ширины кадра. При печати с узкой пленки изображение солнечного диска увеличивается до 100 мм в поперечнике.
      Продолжительность экспозиции определяется опытным путем применительно к имеющимся пленкам или пластинкам. Важно подобрать I наиболее подходящие светофильтры и диафрагму, чтобы добиться неяркого, но четкого изображения солнечного диска. Наводится телескоп с фотокамерой На Солнце по тени, отбрасываемой прибором на подставленный экран. При этом объектив должен бить закрыт, а экспонирование прои »водится . быстро, чтобы не сгорел затвор. Наведение на резкость рекомендуется делать по Луне и раз няпсегта шметить положение соответствующих устройств. Нельзя пользоваться зеркальным видоискателем фотоаппарата, нель-1я смотреть в сторону Солнца
      Смысл наблюдений Солнца состоит в том, чтобы ребята не любовались бы бесконечно наблюдаемыми на нем явлениями, а пытливо изучали их. Ценны лишь те наблюдения Солнца, которые ведутся длительное время {месяцами, а лучше годами) и систематически, без пропуска погожих дней, когда предоставляется возможность произвести очередное наблюдение. В итоге получаются графики изменения солнечной активности (см, рис. 14). Их сопоставление с данными наблюдений земного магнетизма, грозовой активности, полярных сияний, погодообразугадлх процессов н других явлений, так или иначе связанных с солнечной активностью, позволяет убедиться в сложных взаимосвязях наблюдаемых в природе процессов.
     
      НАБЛЮДЕНИЯ ЗЕМНЫХ ПРОЯВЛЕНИЙ СОЛНЕЧНОЙ ЧКТИВНОСТИ
      Солнечная активность в земных условиях резче всего проявляется в том, что связано с электромагнитными и зависящими от них явлениями.
      Для ведения простейших наблюдений земного магнетизма можно использоваь обыкновенный компас. Устанавливая его на полуденной линии так, чтобы вблизи не было железных предметов, ориентируйте буквами «С» и «Ю», соответственно по направлениям север и юг, то есть по полуденной линии Освободив магнитную стрелку н дав ей успокоиться, замечаются и записываются отклонение ее северного конца от направления полуденной линии. Величина этого отклонения характеризует магнитное склопение стрелки компаса, которое может быть восточным или западным (см. рис. 15). В журнале наблюдений записывается дата, время, величина магнитного склонении.
      Дата, время, продолжнИпьность и сила грозовых явлений записывается в пвобый журнал. Сравнения графиков солнечной активист и грозовой активности дает поразительную картин связи этих явлений: чем больше на Солнне пяген, ъ м чаще н сильнее бывают грозы на Земле.
      Жители высоких широт Особенно часто оказываются свидетелями полярных сияний. Редко, но бывают они н в низких широтах. Регистрация да г, времени н интенсивности полярных сияний Мкже должна производиться в отдельном журнале. Прв этом особенную ценность будут представлять лодрФшые описания, цветные зарисовки н фотоснимки явления.
      Если одновременно с нл лишениями солнечной активности ведутся и наблюфиня погоды, то интересную картину можно получить лап сопоставлении данных "об изменении погоди с данньвш о солнечной активности: чем больше на Солнце пяти, тем менее устойчива погода.
     
      ДРУГИЕ ИНТЕРЕСНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ
      Наблюдая Солнце, нельзя не обратить внимание на цвет н интенсивность зорь, на световые столбы, круги и кольца, которые наблюдаются около Солнца, на случаи из-за облачного сияния к другие явления. Все оптиче скне явления, наблюдаемые в атмосфере Земли, надо подробно описывать, зарисовывать, а по возможности и фотографировать. Это поможет глубже разобраться в закономерностях атмосферной оптики н религиозным представлениям о «знамениях небесных» противопоставить научные объяснения этих интереспеиших явлении природы.
      Но самым интересным из оптических явлений будет наблюдение «зеленого луча». Распространено мнение, что это почти неуловимое явление н удовольствие видеть его выпадает на долю очень редких счастливчиков. В самом же деле, если чаще наблюдать заходящее или восходящее Солнце, то можно быть уверенным, чго «зеленый луч» будет пойман. Надо только иметь в виду следующее: «зеленый луч» наблюдается при хорошей прозрачности воздуха, когда заходящее Солнце почти не краснеет, и наблюдается это явление в момент, когда верхний кран солнечного диска уходит под горизонт, а остающаяся над горизонтом частица солнечного диска вдруг приобретает необыкновенно чистую зеленую окраску. Подробное описание и зарисовка такого явления будут очень ценны для ученых.
     
      ПОСЛЕДНИЙ СОВЕТ
      Когда ребята заинтересуются наблюдением Солнца, у них каждый день будут возникать все новые и новые «почему» я «как», каждый день будет приносить новые подробности о наблюдавшихся явлениях. К концу смены в пионерском лагере или через месяц другой в школе обязательно надо хорошенько подготовить н провести костер или вечер. Ребята охотно подготовят коротенькие рассказы о Солнне, о наблюдаемых явлениях, которые так или иначе связаны с Солнцем Обязательно надо позаботиться о красивом оформлении результатов наблюдений Солнца. Здесь могут быть и графики изменения систематически наблюдавшихся явлений и зарисовки, и фотоснимки с подробным описанием.
      Хорошо к такому меропрятию выпустить тематическую стенгазету «Наше Солнце», а на самом костре или вечере организовать занимательную викторину «Знаешь ли ты Солнце?» Вопросы викторины можно заранее написать на больших листах бумаги н вывеси гь n.i видных местах. Тут же можно указать и книги, d которых пай дутся ответы на вопросы. Пусть ребята подумают, почитают, и самые старательные из них окажутся победителями н получат призы.
      Все это сделает разнообразнее н интереснее пионерскую жизнь, а главное — поможет приобщиться к наблюдениям и научным объяснениям природных явлений.