Солнце и Земля

DjVu

      1. СОЛНЦЕ — ИСТОЧНИК ДВИЖЕНИЙ И ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ

      Солнечные лучи являются источником всех движений и жизни на Земле. Мы ощущаем на себе и видим всюду вокруг их благотворное действие. Наступает весна — и оживает вся природа. Солнце поднимается всё выше среди дня, светит всё ярче. Зеленеют луга, распускаются сады, всходят посевы, развёртываются полным ходом сельскохозяйственные работы в наших колхозах и совхозах. Всё растет и созревает под действием солнечных лучей. Но вот время близится к зиме, дни становятся короче, Солнце в полдень всё ниже над горизонтом, его лучи греют всё меньше. Большие пространства покрываются слоем снега. Холод сковывает льдом реки и озёра, замирает жизнь растений. Если только ослабление действия солнечных лучей в зимнее время вызывает такие глубокие изменения в окружающей природе, то легко себе представить, что было бы на Земле без Солнца — царил бы вечный мрак и холод.
      Исключительное значение Солнца для всей природы на Земле и для человека так велико и очевидно, что уже в далёкие времена люди чувствовали свою полную зависимость от Солнца. Но, не умея объяснить этой зависимости, не зная ничего о самом Солнце, они представляли его себе каким-то сверхъестественным существом-богом, который по своей воле может или облагодетельствовать или покарать и даже уничтожить человека. Ведь порой местами Солнце своим чрезмерным жаром иссушает Землю и обращает в пустыни большие области. Поэтому люди в былые времена боготворили Солнце, поклонялись ему и старались умилостивить. Различные обряды и верования, связанные с этим, дошли в той или иной форме и до настоящего времени. Вот, например, христианский праздник рождества, который всегда приурочивается к концу декабря. Его мы находим и в более древних религиях. В это время Солнце, дойдя до самого низкого положения над горизонтом в году, начинает как бы опять возрождаться, расти, подниматься всё выше. Мы теперь хорошо знаем, что причиной тому движение Земли вокруг Солнца. Для древних же скотоводческих и земледельческих народов это представлялось особым событием, связанным с рождением бога Солнца, и было большим праздником. То же нужно сказать и о весеннем празднике пасхи. Этот праздник умирающего, похороненного и воскресающего бога можно найти почти во всех религиях древности. А когда открыли Америку, то и у туземных жителей были обнаружены религии солнцепоклонения и подобные верования в умирающего и воскресающего бога.
      Источником этих верований на первых порах были явления природы. Божественным чудом казалось превращение похороненного в землю зерна, его как бы воскресение через сравнительно короткое время в виде живого растения. Олицетворение и обожествление сил природы характерно для древних религий, а пережитки этого мы находим в современных религиях.
      Ф. Энгельс так говорил о религии:
      «...Всякая религия является не чем иным, как фантастическим отражением в головах людей тех внешних сил, которые господствуют над ними в их повседневной жизни, — отражением, в котором земные силы принимают форму неземных. В начале истории объектами этого отражения являются прежде всего силы природы...» (Ф. Энгельс, Анти-Дюринг, 1948, стр. 299).
      Однако если первоначально религиозные представления были порождены невежеством людей, то по возникновении эксплуатации, господства одних людей над другими в рабовладельческом, феодальном и затем капиталистическом обществе религия приобретает социальные корни. Она становится орудием порабощения в руках господствующих классов, средством для затемнения сознания трудящихся.
      В. И. Ленин писал: «Религия есть один из видов духовного гнета, лежащего везде и повсюду на народных массах, задавленных вечной работой на других, нуждою и одиночеством. Бессилие эксплуатируемых классов в
      борьбе с эксплуататорами так же неизбежно порождает веру в лучшую загробную жизнь, как бессилие дикаря в борьбе с природой порождает веру в богов, чертей, в чудеса и т. п.» (В. И. Ленин, Соч., т. 10, изд. 4-е, стр. 65).
      В нашей социалистической стране, строящей коммунизм, уничтожена эксплуатация человека человеком и религиозные представления являются пережитком капитализма в сознании людей. Правильные научные представления об окружающем мире помогают полностью избавиться от этого пережитка.
      Каждый советский человек, — живой свидетель того, как всё растущее благополучие трудящихся в нашей стране строится на основе науки,— помнит ответ, данный товарищем Сталиным первой американской рабочей делегации в 1927 году на вопрос об отношении к религии: «Партия не может быть нейтральна в отношении религии, и она ведет антирелигиозную пропаганду против всех и всяких религиозных предрассудков, потому что она стоит за науку, а религиозные предрассудки идут против науки, ибо всякая религия есть нечто противоположное науке» (И. Сталин, Вопросы ленинизма, изд. 10-е, стр. 192—193).
      Изучение всех явлений природы на Земле с несомненностью показывает, что все изменения на нашей планете происходят естественным путём и главным образом за счёт того тепла, которое приносится на Землю солнечными лучами.
      В самом деле, откуда берётся непрерывное движение воды в реках? Благодаря солнечным лучам, нагревающим воду в океанах, морях, озёрах, болотах и пр., происходит испарение воды с их поверхности. Пары воды восходящими токами воздуха, которые также вызываются солнечными лучами, поднимаются в верхние, более холодные слои земной атмосферы, где они собираются в облака. Ветры переносят облака к верховьям рек, где из них выпадает дождь или снег. Они-то и пополняют истоки рек, лежащие на большей или меньшей высоте.
      Солнечные лучи вызывают весеннее половодье, а также таяние ледников на снеговых вершинах, дающее начало многочисленным потокам Спускающихся в долины масс воды. Заставляя движущуюся и падающую воду рек приводить в движение машины на гидроэлектростанциях, мы используем силу, которая подняла воду на высоту (рис. 1).
      Величайшие сталинские стройки коммунизма направлены на использование неиссякаемых источников водной энергии и на преобразование природы громаднейших областей нашей необъятной страны. У Куйбышева и Сталинграда воздвигаются величайшие гидроэлектростанции, которые полностью обеспечат электроэнергией нашу столицу Москву, обширные районы Поволжья и центрально-черноземных областей. Гидроэлектростанции Главного Туркменского канала и Каховская позволят быстрыми темпами развить экономику Прикаспийских районов, Туркмении и Нижнего Приднепровья.
      В движении ветра, переносящего на далёкие расстояния облака, также проявляется энергия солнечных лучей. Благодаря неравномерному нагреванию земной поверхности солнечными лучами появляется различное распределение давления в атмосфере (более тёплый воздух легче, более холодный тяжелее). Это порождает перемещение воздушных масс и образует ветер.
      Та же самая энергия солнечных лучей используется в работе ветряных двигателей И это особенно важно там, где нет рек и почти постоянно гуляют на свободе ветры (рис. 2).
      Весь круговорот воды и воздуха на Земле создаётся, таким образом, действием солнечных лучей.
      В работе постоянно текущих рек и дующих ветров мы имеем, действительно, неиссякаемый источник, непрерывно пополняемый энергией солнечных лучей.
      Солнечные лучи являются и источником жизни и роста растений. Зелёный лист под воздействием света
      поглощает углекислоту из зелёном листе опять-таки с помощью солнечных лучей превращается в вещества, которыми питается растение, за счёт которых оно живёт и кормит весь мир живых существ, в том числе и человека.
      Великий русский учёный К А. Тимирязев (рис. 3) много работал над вопросами жизни растений. Он показал, как растения под действием солнечных лучей, усваивая их энергию, приобретают те ценные свойства, которые используются человеком в пище и в топливе. К. А. Тимирязев писал: «Когда-то, где-то на землю упал луч Солнца, но он упал не на бесплодную почву, он упал на зелёную былинку пшеничного ростка, или, лучше сказать, на хлорофилловое зерно. Ударяясь о него, он потух, перестал быть светом, но не исчез. Он только затратился на внутреннюю работу, он рассёк, разорвал связь между частицами углерода и кислорода, соединёнными в углекислоте. Освобождённый углерод, соединяясь с водой, образовал крахмал. Этот крахмал, превратясь в растворимый сахар, после долгих странствований по растению отложился, наконец, в зерне в виде крахмала же или в виде клейковины. В той или другой форме он вошёл в состав хлеба, который послужил нам пищей. Он преобразился в наши мускулы, в наши нервы. И вот теперь атомы углерода стремятся в наших организмах вновь соединиться с кислородом, который кровь разносит во все «концы нашего тела. При этом луч Солнца, таившийся в них в виде химического напряжения, вновь принимает «форму явной силы. Этот луч Солнца согревает нас. Он приводит нас в движение. Быть может, в эту минуту он играет в нашем мозгу... Пища служит источником силы в нашем организме потому только, что она — не что иное, как консерв солнечных лучей... Человек... вправе... величать себя сыном Солнца» (К. А. Тимирязев, Жизнь растения, изд. 1938 г., стр. 239).
      Не только современные растения служат нам источником энергии. Прежние растительные покровы болотистых мест образовали постепенно залежи торфа. В торфе можно видеть еще остатки трав и тростников. Многие электростанции Советского Союза используют местные запасы торфа для получения электрической энергии.
      Подобные превращения производились в незапамятные времена солнечными лучами в гигантских папоротниках и хвощах, произраставших тогда на тёплых болотистых равнинах (рис. 4). Растения эти накапливали в своих стволах превращённую энергию солнечных лучей. Падая и давая место новым и новым первобытным лесам, они образовали пласты каменного угля, сохранившие накопленную в них энергию Солнца. Эта энергия вновь освобождается и используется для производственных нужд при сжигании угля.
      Ещё более ценным энергетическим сырьём является нефть, дающая керосин, бензин и многое другое. Если в килограмме лучших сортов каменного угля содержи гея до 7500 больших калорий тепла, то килограмм нефти содержит 11000 больших калорий (большая калория — количество тепловой энергии, которым 1 килограмм воды может быть нагрет на 1 градус).
      Уже М. В. Ломоносов высказал мнение, что нефть образовалась в земных глубинах в результате разложения органических остатков. В наше время вопрос о происхождении нефти разработан советскими геологами и химиками во главе с академиком Н. Д. Зелинским. Они установили, что исходными веществами для образования нефти являлись органические соединения, представлявшие собой продукты распада растительных и животных организмов. Эти продукты распада живого вещества захоронялись среди осаждавшихся в море и приносимых с суши песков, глин, известняков. А так как растительные и животные организмы сами являются продуктом солнечных лучей, то и нефть есть не что иное, как законсервировавшаяся когда-то в недрах Земли энергия Солнца.
      По этим ценнейшим запасам энергии, наиболее используемым в настоящее время, наша Советская страна занимает одно из первых мест в мире.
      В сообщении Государственного планового комитета СССР и Центрального статистического управления СССР об итогах выполнения четвёртого (первого послевоенного) пятилетнего плана СССР указывается: «Пятилетний план по добыче угля перевыполнен. Добыча угля в 1950 г. составила 104 процента к заданию пятилетнего плана и увеличилась по сравнению с довоенным уровнем на 57 процентов... Задание пятилетнего плана по восстановлению и развитию нефтяной промышленности перевыполнено. В 1950 г. добыча нефти составила 107 процентов к заданию пятилетнего плана и была на 22 процента больше, чем до войны... В результате успешного проведения геологоразведочных работ выявлены и подготовлены значительные промышленные запасы нефти и газа».
      На получающемся из нефти, так называемом жидком топливе работают все автомашины, сотни тысяч тракторов и комбайнов, бороздящих наши колхозные и совхозные поля, замечательные советские танки и самолёты.
      Все эти энергетические ресурсы недр Земли — залежи торфа и каменного угля, месторождения нефти — являются поистине «кладовыми Солнца». Накопленные когда-то запасы их теперь расходуются всё в больших количествах, не восстанавливаясь, в противоположность тем энергетическим ресурсам, которые связаны с круговоротом воды и воздуха, — так называемым «белому и голубому углю» (движущейся в реках воде и ветру).
      При этом вся потребляемая в настоящее время всеми способами человечеством энергия составляет не больше одной миллиардной части всей той, которую изливают солнечные лучи на Земле. Если бы использовать тепло солнечных лучей, падающих только на одну десятую часть площади территории СССР, то можно было бы получить столько энергии, сколько дали бы 30 тысяч таких электростанций, как Днепрогэс.
      Только научные исследования Солнца, знание того, какова его природа, из чего оно состоит и что на нём происходит, дадут нам понимание всех связей земных явлений с деятельностью Солнца и откроют новые пути для ещё более полноценного использования солнечной энергии во всех её видах.
     
     
      2. ЧТО ГОВОРИТ НАУКА О СОЛНЦЕ
     
      Прежде всего, как далеко Солнце от нас и как оно велико?
      Точные измерения и вычисления, проведённые неоднократно и различными способами, подобными тем, которыми определяются расстояния и на Земле до недоступных, но видимых предметов (с помощью угломерных инструментов), позволили определить расстояние от Земли до Солнца. Расстояние это очень велико, и в километрах выражается числом 149 500 тысяч, то есть почти 150 миллионов километров. Поезд со скоростью 100 километров в час двигался бы без остановки почти 170 лет, чтобы пройти это расстояние. Самолёт, летящий со скоростью около 1000 километров в час — почти 17 лет. Нет ничего быстрее в природе, как распространение света. Физики давно определили, что свет распространяется со скоростью 300 тысяч километров в секунду. Это значит, что в течение одной секунды свет может успеть облететь вокруг Земли по экватору 7,5 раза. И даже при такой скорости свет доходит к нам от Солнца только через 8 с лишним минут.
      Солнце в 400 с лишним раз дальше от нас, чем Луна, а видим мы их на небе в виде дисков почти одинакового размера. Это значит, что в действительности поперечник Солнца более чем в 400 раз больше поперечника Луны и в 109 раз больше поперечника земного шара (поперечник Луны составляет немного более четверти поперечника Земли).
      Чтобы заполнить объём, занимаемый Солнцем, нужно миллион триста тысяч таких шаров, как наша Земля. Представьте себе большой арбуз и зёрнышко пшена — таковы примерно сравнительные размеры Солнца и Земли. Если бы центр Солнца совместился с центром Земли, то Солнце охватило бы собой всё пространство, в котором движется Луна вокруг Земли, и этого еще оказалось бы далеко не достаточно (рис. 5).
      По движению Земли вокруг Солнца на основании закона всемирного тяготения определили и массу Солнца. Она оказалась уже не в миллион триста тысяч раз, а только в триста тридцать три тысячи раз больше массы Земли. Это значит, что Солнце состоит из менее плотного вещества, чем Земля. Средняя плотность всего земного шара по отношению к плотности воды, принятой за единицу, составляет 5,5, а средняя плотность Солнца 1,4. Тем не менее масса Солнца чрезвычайно велика и составляет 99,86 процента массы всей солнечной системы в целом. Это означает, что масса всех планет вместе с их спутниками в семьсот с лишним раз меньше массы Солнца.
      В каком же состоянии находится вещество на Солнце? Прежде чем ответить на этот вопрос, надо знать ответ на другой: какова температура на Солнце? На Земле в обычных условиях состояние вещества в основном зависит от температуры. При комнатной температуре вода является жидкостью, при морозе, когда температура ниже 0°, она обращается уже в твёрдый лед. Если нагреть воду до 100° при нормальном давлении воздуха, она закипит, обратится в пар, а это уже газ. И всякое другое вещество при более или менее высокой температуре превращается в газ. Как же узнать температуру на Солнце?
      Мы получаем от Солнца, несмотря на громадное расстояние его от нас, очень много тепла и света. Уже отсюда можно заключить, каким горячим оно должно быть само. Сравнивая солнечный свет со светом, даваемым различными земными источниками, можно более точно подойти к определению температуры. Впервые русский астроном В. К Церасский, делая опыты с большим вогнутым, собирающим солнечные лучи, зеркалом на Московской обсерватории, вычислил, что температура Солнца никак не менее трёх-четырёх тысяч градусов.
      Каждый, вероятно, имел возможность наблюдать, как кусок железа, разогреваемый в пламени или на углях, например в горне кузницы, при известном калении начинает светиться слабым красноватым светом. При дальнейшем нагревании, при повышении температуры свечение становится ярче и переходит в жёлтый цвет. Продолжая нагревать, можно довести его и до «белою каления».
      Наоборот, по яркости и цвету свечения можно определить температуру источника свечения. На этом основано, между прочим, определение температуры в плавильных печах наблюдением извне.
      Свет Солнца ярче всех наших земных раскалённых тел, в том числе и наиболее горячего и яркого источника света, так называемой электрической дуги, впервые изобретённой русским физиком Петровым. А ведь температура дуги доходит до 3000°—4000°, и все вещества в ней не только плавятся, но и обращаются в раскалённые пары, в газы. Температура яркой поверхности Солнца, следовательно, ещё выше. Её определяли несколькими способами при помощи специальных приборов, гораздо более точно, чем это впервые было сделано В. К. Церасским, и во всех случаях получили около 6000° (рис. 6). При такой температуре ни одно вещество не может находиться ни в жидком, ни тем более в твёрдом состоянии, а только в газообразном.
      Таким образом, Солнце — это колоссальный шар, состоящий из раскалённых газов. Газы эти, как в громадном котле, находятся в постоянном движении.
      Великий русский учёный М. В. Ломоносов (рис. 7) почти 200 лет тому назад уже в основном правильно и очень красочно в стихах изобразил картину того, что происходит на Солнце:
     
      «Когда бы смертным толь высоко
      Возможно было возлететь,
      Чтоб к солнцу бренно наше око
      Могло приблизившись воззреть;
     
      Тогда б со всех открылся стран
      Горящий вечно Океан.
      Там огненны валы стремятся
      И не находят берегов,
      Там вихри пламенны крутятся
      Борющись множество веков;
      Там камни, как вода, кипят,
      Горящи там дожди шумят».
     
      До изобретения телескопа, когда небесные светила можно было видеть только простым глазом, Солнце представлялось ровно и ярко сияющим, вечно ясным и являлось символом чистоты и совершенства. Но уже первые наблюдения в телескоп показали, что солнечный диск далеко не такой всюду ровный, сияющий и яркий. Это хорошо видно на фотографии Солнца, снятой с помощью телескопа (рис. 8). Здесь можно видеть, что середина диска гораздо ярче, чем его края. Это является результатом того, что на самом деле перед нами газовый шар и в середине диска к нам идут лучи прямо сквозь поверхностные слои из больших глубин, то есть из более горячих областей атмосферы Солнца, у краёв же диска лучи приходят из менее нагретых слоёв.
      Видимая нами поверхность Солнца, которая, в сущности говоря, является не поверхностью, а некоторым слоем, глубже которого мы уже практически видеть не можем, называется фотосферой. Если рассматривать её в телескоп, при сильном увеличении, так что весь диск Солнца уже не помещается в поле зрения, то можно видеть, что фотосфера имеет как бы зернистое строение (рис. 9).
      На сероватом фоне выступают более яркие пятнышки или гранулы (итальянское рисовое зерно), отчего такое строение фотосферы называется грануляцией. Гранулы чрезвычайно изменчивы и постоянно находятся в движении. При большой удалённости Солнца от нас они даже в сильные телескопы кажутся крупинками. В действительности же размеры гранул на Солнце составляют около тысячи километров, как это показал еще в 1905 году русский учёный А. Ганский. Чрезвычайная изменчивость грануляции указывает на то, что фотосфера Солнца не однородна: она состоит из отдельных газовых образований, выталкиваемых из глубин и находящихся в беспрерывном движении. Это, действительно, напоминает горящий вечно океан, где огненные валы стремятся и не находят берегов, как писал образно Ломоносов. Там ведь нет твёрдой коры, нет материков, островов, как на Земле.
      Первые же наблюдатели в телескопы усмотрели на яркой поверхности Солнца и более крупные образования ~-тёмные пятна. Открытие тёмных пятен на Солнце было ударом по защитникам религиозных представлений о Солнце как об особом небесном светиле божественного происхождения. Иногда пятна держатся на Солнце несколько дней, а иные и больше месяца. По перемещению пятен подметили, что солнечный шар вращается, и таким путём Определили время полного оборота фотосферы, который близ экватора составляет 25 наших суток. Чем дальше от экватора к полюсам, тем вращение медленнее. Это указывает еще раз на то, что Солнце не твёрдое. Особенности вращения Солнца подробно исследованы академиком А. А. Белопольским и его учениками.
      На Солнце пятна бывают не везде, а только в двух сравнительно нешироких поясах по обе стороны от солнечного экватора (от 5° до 40° солнечной широты).
      Возникают пятна в фотосфере обычно сравнительно небольших размеров и, постепенно развиваясь, растут, могут достигать огромных размеров, изменяются, распадаются на части и исчезают. Многие пятна на Солнце принимают размеры, значительно превосходящие размеры нашей Земли (рис. 10).
      Что же представляют по своей природе тёмные пятна на Солнце? Типичное развитое пятно имеет более или менее сложное строение. Середина пятна более тёмная, а окружена она как бы полутенью. Но такими тёмными пятна кажутся только на очень ярком фоне фотосферы. На самом деле и они испускают свет. По этому свечению пятен определили, что в них температура, правда, ниже, чем в фотосфере, но все-таки очень высокая — около 4500°. А это значит, что и пятна состоят из раскалённых «газов. Газы эти находятся в постоянном движении.
      Изучение движений газов в области пятна показало, что пятна образуются вихреобразным движением солнечного вещества, потоками солнечных газов в поверхностных слоях фотосферы и над ней. Некоторой аналогией подобного явления являются циклоны в нашей земной атмосфере. Всё это свидетельствует о том, что на Солнце развёртываются громадных масштабов процессы.
      Наблюдая в течение многих лет пятна в телескоп, подметили, что число их в разные годы бывает различно. Особенно «урожайный» год на пятна называется годом максимума. Затем их образуется на Солнце с каждым годом всё меньше и меньше. Через шесть-семь лет наступают годы минимума пятен, когда пятен меньше всего. В годы минимума на Солнце тёмных пятен временами совсем не видно. Затем число пятен увеличивается, они становятся всё крупнее, и через четыре-пять лет вновь наступает год максимума. Так это повторяется в среднем через каждые одиннадцать лет. Последний максимум пятен на Солнце (рис. 11) был в 1947 году. Минимума пятен на Солнце надо ожидать в 1954 году, а следующего максимума — к 1958 году.
      Около пятен часто видны более яркие места в виде светлых хлопьев или жилок, их назвали факелами. Они бывают видны и без пятен. Видеть факелы можно лучше всего у краёв солнечного диска, где он не так ярок (рис. 12). Это не значит, что в середине видимого диска факелов нет, их просто там мало. Факелы скорее всего также являются участками фотосферы, но с несколько отличным от неё распределением температуры.
      Количество факелов на Солнце подчиняется той же одиннадцатилетней периодичности, что и количество пятен. Общее поле группы пятен и факелов представляет активную область на Солнце. Но в то время как пятна на Солнце появляются не дальше 40° от солнечного экватора, факелы наблюдаются и в более высоких широтах и даже у солнечных полюсов. Определение температуры факелов, произведённое в нашей Главной астрономической обсерватории в Пулкове еще в 1931 году, показало, что температура факелов градусов на 150 выше, чем температура фотосферы. Наиболее подробное определение температуры факелов проведено за последние годы В. А. Крат (Пулково) и О. Д. Митропольской (Крымская обсерватория).
      Фотосферой, которая даёт нам видимый солнечный диск, Солнце не ограничивается. Во время полных солнечных затмений, когда вся фотосфера закрыта Луной, бывает видна светящаяся розовым или красноватым цветом кайма вокруг всего Солнца (рис. 13). Это — слой более разрежённых и менее раскалённых газов над фотосферой; он назван хромосферой. Хромосфера занимает высоту до 15 тысяч километров над фотосферой. Сравнительно тонкий слой между хромосферой и фотосферой, толщиной всего около 200 километров, называется обращающим слоем.
      Самый вид хромосферы, которая представляется как бы постоянно колышущейся, показывает, что она никогда не находится в спокойном состоянии. Замечено, что во время повышенной деятельности Солнца, то есть в годы Максимума солнечных пятен и факелов, хромосфера имеет несколько большую высоту вдоль всего края Солнца, тогда как во время минимума пятен она уменьшается.
      В отдельных местах из хромосферы как бы вздымаются языки пламени, называемые протуберанцами, или выступами (рис. 14). Сто лет тому назад учёные, наблюдая протуберанцы во время затмения, еще не могли решить, принадлежат ли протуберанцы Луне или Солнцу.
      Наши пулковские астрономы, наблюдавшие в разных местах России затмение 1851 года, окончательно доказали, что это громадные раскалённые струи вещества Солнца, одинаковые по своему составу с хромосферой. Теперь при помощи специальных приборов наблюдают хромосферу и протуберанцы без затмений. Подметили, что ча-. сто протуберанцы ведут себя довольно спокойно. Они медленно изменяются, и их можно видеть в течение нескольких дней и даже месяцев (рис. 15). А есть и такие, которые существуют совсем недолго и быстро меняют свой вид (рис. 16).
      Нередко они вздымаются на сотни тысяч километров. Часто протуберанцы возникают на больших высотах над фотосферой и спускаются затем вниз. Несколько лет тому назад советский астроном В. П. Вязаницын определил температуру протуберанцев. Она оказалась около 5000°.
      Количество появляющихся протуберанцев и их мощность на Солнце в основном меняются с тем же одиннадцатилетним периодом, как количество пятен и факелов. В годы максимума пятен больше наблюдается протуберанцев. Хотя протуберанцы появляются во всех областях поверхности Солнца, значительная часть их наблюдается в тех же солнечных широтах, что и пятна.
      Интересно, что и области хромосферы, расположенные над пятнами и факелами, обнаруживают наиболее беспокойное состояние и определённые завихрения. На рис. 17 при помощи особого, специально устроенного аппарата выделены только те газы, которые расположены в хромосфере над группой из двух пятен. На фотографии видны завихрения, обнаруживающие спиральную структуру.
      Изучение движений газов в области пятен и высоко над ними показало, что в верхних частях хромосферы происходит втекание газов в направлении к ядру пятна, а затем опускание их вниз. Напротив, в нижних частях над самой фотосферой, газы вытекают из пятна, растекаясь сверху фотосферы (рис. 18).
      Процессы, совершающиеся в глубинах фотосферы и видимые как тёмные пятна на диске Солнца, захватывают высокие области хромосферы и иногда сопровождаются образованием громадных выбросов над хромосферой в виде протуберанцев.
      Кроме того, в хромосфере замечены особые яркие вспышки, иногда по своей яркости превосходящие даже яркость фотосферы. В отличие от протуберанцев, вздымающихся на большую высоту, вспышки в хромосфере представляют собой образования, возникающие в нижнем её слое, они быстро появляются и исчезают. Время их возникновения и существования измеряется минутами, редко они остаются в течение нескольких часов. Они тесно связаны с пятнами и по месту и по времени.
      Все эти изменения на Солнце оказывают то или другое влияние на наши земные явления. Об этом и рассказано подробнее в главе 4.
      Во время полных солнечных затмений можно видеть не только розовую хромосферу и выступающие огненные языки — протуберанцы, но и более обширную оболочку Солнца светло-серебристого цвета. Её назвали солнечной короной (рис. 19). Корона простирается далеко за пределы видимого диска Солнца. Замечательно, что корона в разные годы имеет совсем неодинаковый вид. Наш русский астроном Ганский установил, что вид короны меняется в соответствии с количеством пятен и протуберанцев на Солнце. В годы максимума пятен корона широко раскинута вокруг Солнца, образуя как бы светлый венец вокруг всего диска. В годы же минимума пятен корона вытянута главным образом только вдоль экватора (рис. 20).
      Такое изменение формы короны указывает на то, что причина этого находится не столько в пятнах, которые в максимуме сосредоточиваются ближе к солнечному экватору, сколько в общей активности поверхностных слоёв Солнца, в частности в протуберанцах.
      Корона благодаря её слабому свету наблюдалась вначале только в короткие минуты полных солнечных затмений. В тридцатых годах был построен особый инструмент, устанавливаемый на большой высоте в горах. С помощью его стало возможно наблюдать корону и без затмений, правда, в наиболее яркой её части, близкой к хромосфере. У нас имеется теперь специальная южная обсерватория для таких наблюдений.
      Очень важные исследования внешних солнечных слоёв были произведены советскими экспедициями во время полных солнечных затмений 1936, 1941 и 1945 годов. Первое затмение 19 июня 1936 года было замечательно тем, что оно проходило очень длинной полосой вдоль территории Советского Союза от Черноморского побережья, через низовья Волги, Урал, всю Сибирь до Тихого океана (рис. 21).
      Нигде и никогда еще не было такой широкой и планомерной организации всех наблюдений, как это делается у нас й советской стране. Заводы наши изготовляют особые инструменты для фотографирования Солнца, а также и другие специальные инструменты. Снаряжаются специальные экспедиции учёных разных городов. Организуются наблюдения вдоль всей полосы затмения в разных местах. Обработка наблюдений и теоретических исследований даёт возможность изучить физическую природу и строение солнечной короны, движение вещества в ней и другие закономерности (работы советских астрономов В. Г. Фесенкова, Г. А. Тихова, Г. А. Шайна, Е. Я. Бугославской, С. К. Всехсвятского, А. Н. Дейча, Н. Н. Парийского, О. А. Мельникова, И. С. Шкловского).
      На основании этих исследований мы можем составить себе следующее представление о природе солнечной короны.
      Корона представляет собой самые верхние и самые разрежённые области солнечной «атмосферы», т. е. внешней газовой оболочки Солнца. Она делится на две части, отличающиеся по яркости и по своему физическому характеру: внутреннюю корону, простирающуюся примерно на 200 тысяч километров от фотосферы, и внешнюю, всё слабеющую и постепенно сливающуюся с фоном неба. Корона состоит из заряжённых частиц: лёгких частиц, заряжённых отрицательным электричеством (электронов), а также других, более тяжёлых частиц, заряжённых положительным электричеством (атомов различных элементов, от которых оторваны электроны). Плотность короны очень мала — газ, состоящий из этих заряжённых частиц, чрезвычайно разрежён. Но частицы, особенно лёгкие, движутся с огромными скоростями, так что температура, определяемая по скорости движения частиц газа, оказывается очень большой для электронного газа — около миллиона градусов.
      Советские учёные показали, что всё вещество короны участвует в общем вращении Солнца, в то же время в ней происходит некоторое движение частиц от Солнца.
      Свечение солнечной короны, дающее серебристый цвет, связано с тем, что заключённые в ней электроны рассеивают во все стороны свет самого Солнца. В свечении же внешней короны большую роль играет также рассеяние солнечного света пылевыми частицами, заполняющими нашу планетную систему. Эта пыль бывает видна как зодиакальный свет, который подробно исследован нашим академиком В. Г. Фесенковым.
      Из чего состоит Солнце? Какие вещества там обнаружены? Об этом нам рассказывают сами солнечные лучи.
     
     
      3. КАК УЗНАЛИ, ИЗ ЧЕГО СОСТОИТ СОЛНЦЕ
     
      Еще сто с небольшим лет тому назад считали, что человек никогда не узнает, из чего состоят небесные тела, так как не может взять с них кусок вещества й испытать его, как он это делает с земными телами. Так именно и рассуждал философ-идеалист Огюст Конт в середине прошлого века: «Люди никогда не узнают состава небесных светил, — это совершенно невозможно», — говорил он, — пытаясь этим доказать «ограниченность человеческого познания».
      Однако прошло немного времени, как наука открыла такой способ исследования химической природы вещества, для которого не нужно иметь в руках самое это вещество, а достаточно исследовать лучи света, идущие к нам от него. Небесные светила как раз являются самосветящимися телами и посылают на Землю свои лучи. Изучение этих лучей позволило определить химический состав звёзд и в особенности Солнца — ближайшей к нам звезды.
      Так, наука на практике показала, что нельзя ставить преград человеческому знанию. «...Нет в мире непознаваемых вещей, а есть только вещи, еще не познанные, которые будут раскрыты и познаны силами науки и практики» (История ВКП(б). Краткий курс, стр. 108). Это — одно из основных положений теории марксизма-ленинизма, руководствуясь которым советские учёные добиваются небывалых результатов в науке и технике своими планомерными коллективными исследованиями, тесно связывая их с практикой строительства коммунизма.
      Способ распознавания состава вещества по лучам света открыт сто лет тому назад и назван спектральным анализом. Разработанный особенно за последние годы, он имеет исключительное значение не только для изучения далёких небесных светил, но и в познании строения и поведения близких нам мельчайших частиц вещества — атомов, из которых состоит и всякое земное тело. Применения спектрального анализа дают возможность на наших заводах в одну-две минуты оценить качество стали, определить, что и в каких долях добавлено к ней, и т. д.
      Атомы — мельчайшие частицы химических элементов или простых веществ, как водород, кислород, железо и другие (их насчитывают 96), из которых состоит всё разнообразие тел природы. Атом построен ив центрального ядра, имеющего ничтожно малые размер^ Но заключающего почти всю массу атома, и лёгких электронов, обращающихся вокруг ядра на разных расстояниях от него. Ядро всегда заряжено положительным электричеством, а электроны — отрицательным. В свою очередь атомное ядро состоит из ещё более мелких частиц — протонов с положительными зарядами и нейтронов — незаряжённых частиц. Атомы различных химических элементов отличаются друг от друга лишь количеством протонов и нейтронов, образующих ядро, и числом электронов, составляющих электронную оболочку его. Самым простым элементом является водород, в ядре которого только один протон и в оболочке — один электрон. Вообще же в атоме каждого химического элемента обычно столько же электронов в оболочке, сколько протонов в ядре. Свойства химических элементов тесно связаны со строением их атомов. Эта связь впервые вскрыта гениальным русским учёным Д. И. Менделеевым (рис. 22).
      Оказалось затем, что определённые изменения в расположении и движении электронов около ядер вызывают свечение вещества или излучение. Надо суметь только обнаружить эти изменения, т. е. свойства вещества в лучах света.
      В чём же заключается этот замечательный способ?
      Спектр (слово латинское, значит — видение, призрак) — так назвал еще Ньютон ту цветную полосу, которую он впервые получил, пропустив солнечный луч от ставни с прорезанной в ней щелью сквозь стеклянную трёхгранную призму (рис. 23, верхняя часть). Цвета на этой полосе располагались, непрерывно переходя от одного к другому в такой последовательности: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый. Так же располагаются цвета радуги, получающейся естественным путем от прохождения солнечных лучей сквозь капельки дождя, играющие роль стеклянных призм.
      Мы видим, таким образом, что обыкновенный белый солнечный луч превращается здесь в совокупность различных цветных лучей. Значит, он не простой, а сложный — и стеклянная призма или капля дождя разделяет его на составные части. Дело в том, что, вступая в стекло, лучи света преломляются и отклоняются к основанию, а при выходе из призмы ещё больше отклоняются. При этом различного цвета лучи преломляются по-разному. Наименьшей преломляемостью обладают красные лучи, они меньше других отклоняются от первоначального направления и располагаются, как показано на рис. 23, внизу полосы спектра. Самое верхнее место в ней занимают фиолетовые лучи, как наиболее преломляющиеся, а остальные цветные лучи располагаются в промежутке между ними, соответственно своей преломляемости. Можно легко убедиться, что все полученные в спектре цветные лучи, будучи собраны опять в один общий пучок, составят белый свет. Для этого достаточно поставить вторую призму на пути их, но перевёрнутую основанием вверх. На экране вместо цветной получится узкая полоска обычного белого света (рис. 24).
      Все эти лучи составляют видимую часть спектра. Но видимыми лучами солнечный спектр не ограничивается. Если там, где получается спектр, поместить фотографическую пластинку, то она обнаружит, что за фиолетовыми и дальше есть лучи, обладающие ещё большей преломляемостью, но не воспринимаемые глазом. Это — так называемая ультрафиолетовая часть спектра. Есть невидимые глазом лучи и за красным концом спектра. Они могут быть обнаружены термометром и называются инфракрасными, или тепловыми. Такие лучи ещё меньше наверху — непрерывный спектр, сплошная радужная подоска, даваемая твёрдым или жидким раскалённым источником света; в середине — спектр из ярких линий, спектр излучения светящегося газа; внизу—спектр с тёмными линиями, спектр поглощения, вызываемый газом, помещённым перед более горячим источником непрерывного спектра преломляются и занимают место дальше красных (рис. 25-1).
      Спектр всех цветов — сплошной или непрерывный — получается, когда свет идёт от твёрдого раскалённого тела, например от волоска электрической лампочки или от накалённой жидкости, например металла в плавильной печи. От раскалённого газа такой сплошной спектр получается только в том случае, если он находится под очень большим давлением или если газ ионизирован, т. е. от атомных ядер оторваны окружающие их электроны. Если же лучи испускаются раскалёнными и разрежёнными парами (газами) какого-нибудь химического вещества (элемента) при небольших сравнительно давлениях, то в спектре обнаружатся только отдельные цветные линии в определённых местах, то есть получится так называемый линейчатый спектр. При этом каждый химический элемент даёт свои, только ему принадлежащие линии и в своих местах спектра. По этим линиям можно узнать, из каких элементов состоит то вещество, которое посылает нам данный свет (рис. 25-2).
      Может быть и такое положение, что свет от добела раскалённого тела по пути проходит через газ или пао меньшей температуры: например, свет от электрической лампочки проходит сквозь пары натрия в пламени спиртовой горелки. Тогда на цветном спектре обнаружатся тёмные линии как раз в тех местах, где должны были находиться цветные линии данного газа, если бы он сам был источником света. Газ, следовательно, поглотил как бы те лучи, которые сам способен испускать, а все остальные лучи спектра пропустил. Такой спектр называется спектром поглощения (рис. 25-3).
      В спектре солнечного луча обнаружено много тёмных линий (рис. 26). Это является следствием того обстоятельства, что лучи, идущие от яркой, наиболее раскалённой фотосферы, прежде чем попасть к нам, проходят сквозь более холодные наружные слои Солнца, т. е. все те газы, которые находятся над фотосферой. Сама фотосфера даёт сплошной спектр всех цветов. Находящиеся же над ней газы различных химических элементов поглощают каждый свои лучи и обнаруживают своё присутствие в атмосфере Солнца соответствующими тёмными линиями в спектре. Устанавливая точно положение всех тёмных линий в спектре Солнца, можно безошибочно сказать, какие химические элементы находятся на Солнце. Точно определить по цвету ту или другую линию в спектре, где цвета незаметно переходят одни в другие, весьма трудно. Но есть такая физическая характеристика цветного луча, которая определяется более точно.
      Когда выяснено было, что свет есть особый волнообразный процесс, в основе которого лежат электромагнитные колебания так же, как и радиоволны, но только с чрезвычайно частыми колебаниями, то стало ясно, что лучи различных цветов отличаются друг от друга частотой колебаний. А чем чаще колебания (чем больше число их в секунду), тем короче длина каждой волны. Волны видимого света таковы, что их длины выражаются уже не метрами и не сантиметрами, а тысячными долями миллиметра или микронами, обозначаемыми греческой буквой ц. Место каждого луча в спектре обозначается его длиной волны. Видимый спектр от красного до фиолетового конца содержит лучи с длинами волн от 0,7 ц до 0,4 ц. Есть лучи с гораздо более короткими волнами (ультрафиолетовые, рентгеновы и т. д.), а есть и с гораздо более длинными вплоть до радиоволн (длина волны которых измеряется от сантиметров до многих метров). Чем короче длина волны, тем большую преломляемость имеет соответствующий ей луч, а стало быть, и больше отклоняется призмой, и наоборот. Устраиваются специальные спектроскопы (для рассматривания спектров) или спектрографы (для фотографирования спектров), в которых лучи, отличающиеся длиной волны на 0,001 микрона, отстоят друг от друга в спектре на несколько миллиметров. Такой спектр даёт возможность очень точно исследовать не только наличие тех или других линий, но и их особенности (ширину, интенсивность и пр.). По наибольшей интенсивности тех или других частей спектра, по характеру спектральных линий можно определить температуру, ряд других физических характеристик вещества и многое другое. В этом и состоит то, что называется спектральным анализом.
      Пользуясь спектральным анализом и тщательно изучив в лабораториях спектры всех основных элементов, из которых состоят все вещества на Земле, учёные нашли, что тёмные линии в спектре Солнца все соответствуют определённым линиям в спектрах земных элементов. Следовательно, на Солнце находятся те же химические элементы, что и на Земле.
      Открытие на Солнце тех же самых веществ, какие встречаются на Земле, имело глубокое значение. Долгое время существовало мнение, которое всячески поддерживалось реакционными учёными — защитниками религии, что небесные светила, в том числе и Солнце, состоят из какого-то особого неземного вещества, которое познать человеку недоступно. Изучение химического состава небесных тел разрушило религиозные представления о разделении мира на земной и небесный и подтвердило одно из основных положений диалектического материализма о том, что вселенная едина в своей материальности и материя меняет только свои формы в зависимости от условий. На Земле вещество существует в самых разнообразных видах и сочетаниях как в твёрдом, жидком, так и газообразном состоянии, как в виде сложных горных пород и ещё более сложных органических веществ, так и простых газов — кислорода, азота, воздуха и других.
      На Солнце находятся всё те же водород, кислород, кальций, натрий, железо и пр. Вследствие высокой температуры сложных соединений на Солнце нет и все вещества встречаются лишь в газообразном состоянии.
      Если еще не все элементы обнаружены на Солнце, то это не значит, что их там нет. Некоторые элементы трудно обнаружить. Например, только в 1942 году найдено золото в атмосфере Солнца.
      О том, что мы можем с полной уверенностью по спектру судить, какие вещества находятся на Солнце и сравнивать с земными, свидетельствует следующий замечательный факт. Когда ещё только началось исследование Солнца спектральным анализом (во второй половине прошлого века), в спектре солнечной хромосферы заметили такие линии, соответствующих которым не находилось ни в одном спектре известных тогда химических элементов на Земле. Отсюда сделали заключение, что это особый элемент, который существует только на Солнце, и дали ему название гелий, что значит «солнечный газ». Но прошло немного более четверти столетия, и вот на рубеже двадцатого века химики, работая над одним минералом (клевенитом), выделили из него этот самый газ. Заставив его светиться и исследовав его спектроскопом, нашли в точности те же линии, как и на Солнце. Теперь научились добывать гелий и из других веществ на Земле.
      Так, исследуя солнечные лучи, можно, с одной стороны, сравнением с земными веществами узнавать состав Солнца, с другой стороны, открывать по спектру Солнца вещества, которые не были до того известны на Земле. Это показывает, какое мощное средство для исследования вещества вообще наука приобрела с открытием спектрального анализа.
      Спектральный анализ позволяет не только узнать, какие химические элементы есть на Солнце, но и в каких относительных количествах. Оказалось, что больше всего на Солнце самого лёгкого вещества — водорода, который там составляет свыше 50 процентов в весовых долях. А так как атомы водорода самые лёгкие, то по количеству их водород значительно преобладает над всеми остальными химическими элементами в солнечной атмосфере: 80 процентов объёма атмосферы Солнца занимает водород.
      Затем сравнительно больше других химических элементов на Солнце гелия, кислорода и различных металлов. Из последних преобладают в поверхностных слоях Солнца как раз те, из которых состоит наша земная кора: натрий, железо, кальций, магний и др. К ним можно присоединить кремний.
      Пользуясь особым устройством спектроскопа, оказалось возможным наблюдать на Солнце картину распределения каждого отдельного химического элемента в атмосфере Солнца. Устройство такого прибора, называемого спектрогелиографом, основано на том, что на экране, где получен солнечный спектр, делается вторая щель на месте линии, принадлежащей данному элементу, например водороду. Сквозь эту вторую щель пройдут только его лучи, остальные будут задержаны экраном (рис. 27). Надо заметить, что тёмные линии в солнечном спектре не лишены совершенно света и в них лучи только ослаблены, причём это лучи, идущие только от одного химического элемента. Если за второй щелью поместить фотографическую пластинку, то лучи эти будут действовать на неё и мы получим отпечаток линии водорода. Передвигая весь аппарат относительно изображения Солнца перпендикулярно направлению щели и оставляя неподвижной фотопластинку, мы получим в результате сплошную фотографию только одного водорода на солнечной поверхности, как это изображено на рис. 28. Это спектрогелиограмма Солнца в водородных лучах. Обращаем внимание на большую тёмную полосу в нижней части этой водородной фотографии Солнца и на ряд мелких полосок. Они получились тёмными потому, что в этих местах есть массы водорода, поднявшиеся значительно выше, чем общий светящийся слой водорода в хромосфере. Выше расположенные водородные массы поглотили лучи, шедшие от нижних водородных масс. Это не что иное, как протуберанцы, состоящие из водорода и проектирующиеся на диск Солнца. Подобным образом можно получить фотографию Солнца в лучах паров кальция и других элементов. Так можно видеть распределение различных веществ в хромосфере и притом на различных её уровнях. Так же получен снимок, изображённый на рис.17.
      Во время полного солнечного затмения получали спектр без щели от узкого серпа хромосферы, когда Луна, став между нами и Солнцем, только что закрыла всю фотосферу. Тогда сразу вспыхнуло на тёмном фоне множество ярких разноцветных серпиков как раз в тех местах, где в обычном солнечном спектре располагаются тёмные линии (рис.29 — спектр вспышки). Интересно, что серпики эти вышли разной величины и в разных местах спектра, но больше всего коротких, которые почти сплошь заполняют полосу спектра. Это значит, что громадное большинство химических элементов находится только в самом нижнем слое над Фотосферой, так называемом обращающем слое. Он и назван потому так, что он как бы обращает солнечный спектр с тёмными линиями в спектр с светлыми линиями на тёмном фоне. Те газы, которые находятся над фотосферой и обычно поглощают лучи, когда через них проходит свет фотосферы, теперь сами светятся при закрытой фотосфере у краёв её. Яркие серпики большего размера принадлежат газам, расположенным выше над фотосферой, и по месту их на спектре мы можем вполне определённо сказать, что это главным образом водород, затем гелий и кальций.
      Обращающий слой, в котором находятся почти все вещества, обнаруженные в спектре Солнца, и который расположен над самой фотосферой, имеет в толщину около 200 километров. Для громадного Солнца это небольшая высота. Высота же хромосферы составляет около 15 тысяч километров. Выше всего в ней наблюдаются водород и кальций, а затем гелий.
      О движениях солнечных газов прямо по направлению к нам или от нас нам даёт знать тот же спектр смещением линий в ту или другую сторону. Как уже отмечалось, свет распространяется волнами. От длины волн зависит цвет и место, соответствующее ему в спектре. Если источник света приближается к нам, то за единицу времени будет доходить до нас от него большее число волн, чем если бы он был неподвижен, и длина волны окажется короче. Соответствующие линии в спектре сдвинутся в сторону фиолетового края. При удалении же источника света каждая волна приходит с запозданием и
      в единицу времени доходит меньшее число волн, а потому волны оказываются длиннее. Спектральные линии в этом случае смещаются с нормального места в сторону красного края. По величине смещения, как впервые опытным путём доказал выдающийся наш астрофизик А. А. Белопольский, мы можем определись и скорость движения светящегося вещества. Этот способ позволил изучить движения газов на Солнце путём сравнения спектров отдельных мест солнечной поверхности с нормальным спектром. Например, над солнечными пятнами массы раскалённого водорода и кальция притекают со всех сторон к центральной части пятна. Пятно как бы втягивает лежащее над ним вещество хромосферы. Внизу же у самой фотосферы, в обращающем слое, газы поднимаются внутри пятна вверх из недр фотосферы и растекаются во все стороны в обращающем слое от центральной части пятна. Наряду с этим наблюдается, как пары кальция в одних слоях солнечной атмосферы медленно движутся вверх из глубины Солнца, в других опускаются. Так спектр обнаруживает круговорот вещества на Солнце (рис. 18).
      Подобным же способом, направляя спектроскоп на противоположные края солнечного диска, Белопольский проследил скорости вращения Солнца на всех его широтах. Раньше время вращения Солнца, как отмечено выше, определялось по изменению видимого положения пятен на диске Солнца. Но пятна ведь бывают на сравнительно узкой полосе, не дальше 40° от солнечного экватора. Методом же Белопольского удалось произвести наблюдения и в близполярных областях.
      Эти наблюдения обнаружили, что один край видимого диска при вращении солнечного шара к нам приближается, а другой удаляется. Так, Белопольский, а также ряд его учеников подтвердили прежние выводы и нашли, что вращение Солнца всё более замедляется вплоть до самых полюсов, где период вращения увеличивается уже до 35 суток.
      Наблюдаемые при этом смещения линий, между прочим, дают возможность отделить в получаемом нами солнечном спектре те тёмные линии, которые ему не принадлежат, а образуются нашей земной атмосферой, сквозь которую также приходится проходить солнечным лучам. Земные линии, конечно, остаются на своих местах, тогда как все солнечные линии смещаются.
      Спектр показал также, что во внутренней короне происходят весьма быстрые движения составляющих её частиц. Эти движения, как уже указывалось, характеризуют высокую температуру короны. Физические процессы, происходящие в солнечной короне, подробно изучены нашим московским астрономом И. С. Шкловским. Наблюдения показывают, что время от времени с поверхности Солнца происходит выбрасывание заряжённых частиц, электронов, протонов и более тяжёлых положительно заряжённых частиц. Двигаясь с огромной скоростью, частицы эти достигают и нашей Земли. Замечено, что выбрасывание частиц с поверхности Солнца происходит более интенсивно в годы максимумов солнечной деятельности и именно в тех областях Солнца, которые являются наиболее активными.
      За последние годы обнаружено, что Солнцем испускаются также радиоволны, которые улавливаются на Земле специально устроенными радиоприёмниками, и наши советские учёные установили, что эти волны преимущественно идут от солнечной короны и хромосферы. Они тесно связаны с наличием протуберанцев на Солнце.
      Важные результаты в этом отношении получены нашей советской экспедицией по наблюдению полного солнечного затмения в 1947 году в Южной Америке под руководством директора Пулковской обсерватории А. А. Михайлова. Наблюдения полутораметровых радиоволн производились при помощи специальной установки на корабле, сконструированной нашими физиками, радио-специалистами. В то время как фотосфера, испускающая в основном весь видимый свет, была полностью закрыта Луной и наступило полное затмение, радиоволны наблюдались, но только в ослабленном виде. Это значит, что радиоволны, доходящие к нам от Солнца, испускаются внешними оболочками Солнца. При этом различные области солнечных оболочек излучали не одинаково интенсивно. Тщательные наблюдения и сравнения показали, что наибольшие излучения исходили из тех мест, где были пятна и в особенности протуберанцы, т. е. опять-таки наиболее активные области Солнца. Исследование Солнца при помощи радиолучей открывает совершенно новые перспективы хотя бы уже потому, что радиоволны не задерживаются облаками, туманами
      й вообще их распространение не зависит от погоды, тогда как в световых лучах мы можем наблюдать Солнце только в ясные дни, которых в большинстве мест на Земле меньше в году, чем облачных или пасмурных.
     
     
      4. ЧТО ПРОИСХОДИТ НА ЗЕМЛЕ
      В СВЯЗИ С ИЗМЕНЕНИЯМИ НА СОЛНЦЕ
     
      Из всего сказанного следует, что влияние Солнца на Землю должно быть очень сложным. Здесь нужно учесть и световую энергию, получаемую нами от Солнца, и потоки быстрых частиц, испускаемые Солнцем, и другие явления. При этом мы должны иметь в виду, что состояние самого Солнца периодически меняется в течение одиннадцати лет в среднем. Поэтому чрезвычайно важно выяснить, как эти одиннадцатилетние изменения на Солнце влияют и на Землю.
      Например, можно было бы предполагать, что в годы максимума пятен Солнце светит несколько слабее и от этого на Земле может быть холоднее. Но непосредственные измерения энергии солнечных лучей, то есть общего количества тепла и света, получаемых Землёй от Солнца, не обнаруживают какого-либо заметного влияния пятен на среднюю годовую температуру Земли. Общий мощный поток энергии, испускаемый Солнцем, отличается удивительным постоянством.
      Изучение Земли и бывших в прошлом изменений на ней показало, что Солнце и многие тысячи лет тому назад так же светило и грело, как и теперь. Геологи прочитали ещё более древнюю историю Земли по окаменелым остаткам животных, живших в те времена. И эти исследования также свидетельствуют, что почти за миллиард лет общая температура, господствовавшая на Земле, не изменилась значительно. Если и были такие времена, когда климат в тех или других областях Земли был теплее или холоднее, например ледниковые периоды, то в настоящее время их наступление объясняется чисто земными причинами, а не какими-либо коренными изменениями, происходившими с Солнцем.
      И всё же на Земле происходит ряд таких явлений, которые определенно связаны с одиннадцатилетним периодом солнечной деятельности.
      Жители северных стран хорошо знакомы с теми особыми свечениями неба, которые носят название северных сияний. Их правильнее называть полярными сияниями, так как они наблюдаются не только вблизи Северного полюса, но и Южного. В местностях, расположенных за Полярным кругом, сияния бывают довольно часто и охватывают большие области неба. Обычно на северной стороне неба в тёмную ночь появляется сначала слабое свечение зеленоватого оттенка. Понемногу оно становится всё ярче, и в нём начинают отчётливо выделяться отдельные полосы и яркие лучи, которые быстро проносятся по небесному своду. Это своеобразное свечение часто образует красивые дуги или арки, своими концами опирающиеся на горизонт, а от них поднимаются вверх длинные светлые лучи. А иногда сияния наблюдаются, как волнующиеся вертикальные светлые драпри (рис. 30 и 31). Иногда вся северная половина неба начинает сверкать зелёными и малиновыми переливами, довольно ярко освещая землю. Но чем дальше от Полярного круга к югу, тем реже видны сияния. В Ленинграде еще можно наблюдать их обычно по нескольку раз в году, на широте Москвы реже, а в южных областях СССР это — совсем редкое явление. Полярные сияния давно уже, стали систематически наблюдаться и регистрироваться. На основании этих наблюдений вполне твёрдо установлено, что сияния связаны с положением магнитных полюсов Земли.
      Определили и высоту, на которой происходят полярные сияния. Она оказалась от 65 до 1100 километров. Следовательно, это — явление, происходящее в нашей земной атмосфере, которая простирается над Землёй на высоту более тысячи километров. На таких больших высотах воздух чрезвычайно разрежённый.
      В чём же причина этих удивительных сияний? Ещё 200 лет тому назад, когда сияния представлялись загадочными явлениями, гениальный русский учёный М. В. Ломоносов, сам родившийся на Крайнем Севере и много раз любовавшийся в свои молодые годы этими воздушными красочными занавесами й венцами, наметил правильный путь к пониманию природы полярных сияний. Вот что мы находим в одном из его сочинений под названием «Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих»:
      «Весьма вероятно, что северные сияния рождаются от происшедшей на воздухе электрической силы. Подтверждается сие подобием явления и исчезания, движения цвету и виду, которые в северном сиянии и в электрическом свете... показываются».
      Здесь, как и во многих других случаях, Ломоносов своим гениальным умом предвосхитил то, что нашло настоящее научное объяснение только в наш век.
      Было установлено, что в те годы, когда пятен на Солнце бывает больше, то и полярные сияния тоже наблюдаются очень часто. Наиболее яркие сияния бывают тогда, когда на Солнце через середину его диска проходят особенно большие пятна и другие образования. Полярные сияния, следовательно, связаны с солнечной активностью.
      В настоящее время это объясняется следующим образом. Как мы уже говорили, с поверхности Солнца с большими скоростями выбрасываются частицы вещества, среди которых встречаются как лёгкие электроны с отрицательными зарядами, так и более тяжёлые частицы с положительными зарядами. Они достигают нашей Земли и прежде всего попадают в самые верхние, наиболее разрежённые слои атмосферы. Ударяясь об отдельные частицы воздуха, осыпая их как бы электрическим дождём, они вызывают свечение этих частиц. В малом масштабе подобное свечение газов наблюдают физики в своих лабораториях, выкачивая воздух из трубок, сквозь которые пропускаются электрические заряды. Мы наблюдаем аналогичные явления в светящихся трубках световых реклам, иллюминаций или в «лампах дневного света».
      В настоящее время обнаружено, что причины полярных сияний заключаются не только в возбуждении частиц верхних слоёв земной атмосферы, но и в прямом свечении атомов водорода, летящих от Солнца.
      Точные наблюдения показывают, что и полярные сияния, так же как и другие явления, о которых ещё будет сказано, запаздывают несколько по сравнению с прохождением пятен и факелов через центральную часть солнечного диска. Величина этого запаздывания составляет 1—2 суток. Это обстоятельство подтверждает, что указанные явления на Земле вызываются не солнечными лучами, доходящими к нам от Солнца всего за 8 минут, а именно частицами или, как их называют, корпускулами, двигающимися от Солнца со скоростями, хотя а большими, но всё же гораздо меньшими скорости света.
      Положение тех мест на поверхности Солнца, из которых происходит выбрасывание быстрых частиц, нам пока с достоверностью еще не известно. По-видимому, эти места очень тесно связаны с солнечными пятнами. В настоящее время существует много данных в пользу того, что этими местами являются факелы, о которых уже говорилось выше. И факелы и пятна подчиняются одиннадцатилетнему периоду. Следовательно, и количество полярных сияний также должно показывать периодичность.
      Почему же сияния происходят главным образом в полярных областях Земли? Это станет понятным, если мы примем во внимание, что движущиеся частицы, несущие на себе электрические заряды, образуют электрический ток, который всегда взаимодействует с магнитными силами. Поток частиц от Солнца, приближаясь к Земле, также сосредоточивается главным образом вблизи наибольших магнитных сил, то есть вокруг магнитных полюсов Земли, которые расположены недалеко от географических полюсов.
      Наша Земля представляет собой как бы огромный магнит. Человек, воспользовавшись этим, устроил компас и применил его в мореплавании.
      Компас состоит из горизонтальной магнитной стрелки, свободно вращающейся на вертикально поставленном острие. Эта магнитная стрелка направляется одним концом приблизительно к северу, другим — к югу. Но если точно изо дня в день следить за положением магнитной стрелки, то окажется, что иногда она ведёт себя несколько беспокойно: стрелка начинает отклоняться то в ту, то в другую сторону. По временам эти отклонения бывают довольно значительными и быстрыми. Их называют магнитными бурями. Предсказание магнитных бурь имеет важное значение. Магнитная стрелка во время такой бури становится уже не очень надёжным указателем стран света. Кроме того, во времена сильных магнитных бурь в Земле возникают электрические токи, проникающие в телеграфные и телефонные провода и нарушающие связь. В отдельных случаях эти земные токи достигали такой силы, что вызывали аварии в электрических сетях.
      Когда стали систематически следить за всеми этими явлениями, то обнаружили, что и они находятся в тесной связи с периодически повторяющимися явлениями на Солнце. Подобно полярным сияниям, магнитные бури наблюдаются чаще всего и с наибольшей силой как раз в те годы, когда на Солнце больше всего пятен, факелов, протуберанцев — вообще в годы наибольшей активности Солнца. И здесь причиной служит та же периодически изменяющаяся деятельность Солнца и выброс частиц с его поверхности. Будучи электрически заряжёнными, они несут с собой и магнитное поле, которое вызывает изменения в земном магнетизме.
      Если подсчитать число магнитных бурь, число полярных сияний за каждый год и построить график, показывающий тем большую высоту точек, чем больше было -в то время магнитных бурь и полярных сияний, то получатся кривые, изображённые на рис.32. Здесь для сравнения помещена и третья кривая, изображающая ход изменения количества пятен на Солнце в те же годы. На графике ясно видно почти полное соответствие всех трёх кривых. Связь эта, обнаруженная еще в прошлом столетии, подтверждается современными исследованиями.
      Со времени изобретения радио и его широкого распространения обнаружено влияние Солнца и на прохождение радиоволн. Временами условия радиослышимости усиливаются или резко ухудшаются, иногда в такой степени, что вообще приходится прекращать радиоприём. Установлено, что и в общей радиослышимости проявляется та же периодичность, как в явлениях полярных сияний и магнитных бурь, то есть в соответствии с одиннадцатилетним периодом явлений на Солнце.
      Нарушение нормальных условий радиосвязи имеет двоякий характер. Во-первых, радиосвязь обычно нарушается тогда, когда наблюдаются магнитные бури или более слабые колебания магнетизма Земли, так называемые магнитные возмущения, а также полярные сияния. В этом случае, так же как и ранее, мы имеем дело с быстрыми частицами, которые, летя от Солнца, врываются в нашу земную атмосферу и производят в ней различные изменения, связанные с электромагнитными явлениями.
      Однако существует и другой вид нарушений радиосвязи, имеющий большое значение для коротких радиоволн. А именно — временами на поверхности Солнца наблюдаются сильные вспышки ультрафиолетового излучения — так называемые извержения. Эти извержения отмечаются наиболее часто вблизи больших групп солнечных пятен. В том месте, где наблюдается извержение, солнечная поверхность особенно ярко светится.
      Наблюдения показали, что каждая такая достаточно яркая вспышка сопровождается сейчас же резким ухудшением радиоприёма на коротких волнах. Иногда радиоприём вообще невозможен в течение нескольких десятков минут и даже часа.
      Совершенно очевидно, что здесь радиопомехи связаны уже не с быстрыми частицами, летящими от Солнца, а с резким усилением ультрафиолетового излучения, идущего к нам от Солнца. Это усиление ультрафиолетового света вызывает изменения в нашей земной атмосфере, в которой и распространяются радиоволны.
      Дело в том, что ультрафиолетовые лучи, т. е. наиболее коротковолновое излучение, идущее от Солнца, обладают и наибольшей энергией. Своим воздействием на верхние слои земной атмосферы они производят ионизацию воздушных газов, заключающуюся в отрывании внешних электронов с их отрицательными электрическими зарядами. Сами атомы становятся положительно электрически заряжёнными. В верхних слоях атмосферы образуются так называемые ионосферы или ионизованные слои, электрически заряжённые. Радиоволны определённой длины волны, посылаемые с Земли, через такие слои не могут пройти, частью поглощаются и большей частью отражаются. Ионизованные воздушные слои для определённых радиоволн как бы непрозрачны, а радиоволны от них отражаются, как лучи света отражаются от зеркала. Большая работа по изучению связи между ионизацией различных уровней верхних слоёв атмосферы и коротковолновым излучением солнечной хромосферы и короны проделана за последние годы И. С. Шкловским.
      В настоящее время установлено, что в нашей атмосфере имеются два основных ионизованных слоя: один — на высоте 100—140 километров, называется слоем Е, другой — на высоте около 250 километров, называется слоем F. При этом слой F содержит больше электрически заряжённых частиц. Слой Е представляет препятствие для длинных радиоволн, но короткие, более энергичные волны через него проходят и отражаются уже от слоя F.
      Усиление ультрафиолетового излучения Солнца вызывает усиленную ионизацию и приводит к изменению хода главным образом коротких радиоволн. В более верхних слоях атмосферы и главным образом в околополярных областях Земли потоки заряжённых частиц, несущихся от Солнца и вызывающих одновременно полярные сияния и магнитные бури, вызывают также нарушение структуры верхних ионосферных слоёв и также являются причиной нарушений радиосвязи.
      Надо заметить, что распространение радиоволн от радиопередаточной станции идёт во все стороны прямолинейно и благодаря кривизне земной поверхности прямые радиоволны могут дойти до радиоприёмников только на определённое расстояние, сравнительно небольшое. Например, на рис. 33 они доходят до точки Б, а уже точки, лежащие за Б, как М, В, Г, Д, будут закрыты для прямых лучей. Но волны, направленные в высоту и отразившиеся от ионизованного слоя Е или от слоя F, могут попасть и в дальнейшие точки, где установлены радиоприёмники. При этом в более близких точках эти волны не будут приняты. Например, на рис. 33 волна, попавшая в точку Д, не будет принята в точках Af, В и Г — эти точки будут находиться, как говорят, в мёртвой зоне для этой волны. А может быть и так, что волна, дошедшая до земли (в точке М на рис. 33), отразится от неё, а дойдя вновь до ионизованного слоя и отразившись от него, попадёт ещё в гораздо более далёкую точку на земной поверхности. Так, многократным отражением радиоволны могут огибать Землю и могут быть приняты и на противоположной стороне Земли. Понятно, что всякое изменение в положении ионосферных слоёв, их структуры будут изменять и ход лучей радиоволн. А это-то и происходит под влиянием солнечного излучения, его изменений и под действием летящих от Солнца частиц. Вот почему наблюдения за явлениями на Солнце, за появлением на нём пятен, протуберанцев, факелов и пр. дают возможность предвидеть те или другие изменения в радиосвязи и принимать нужные меры.
      Даже постоянно повторяющаяся у нас смена дня и ночи влияет на радиослышимость в тех или других радиоволнах. В ночные часы, когда солнечные лучи не воздействуют на атмосферу в данном месте, ионизация слоёв Е и F ослабляется. Слой Е уже не препятствует применению радиосвязи на тех или иных волнах, а слой F не задерживает и не отражает коротких радиоволн. Поэтому в ночные часы связь на коротких волнах теряет преимущества дальности. Длинные волны отражаются слоем F, поэтому целесообразно ночью вести связь на длинных радиоволнах, а днём — на коротких. Так же обнаруживается зависимость по отношению к временам года, от широты места и др. Зная все эти зависимости, можно рассчитать для любого места на Земле и времени (для обычных условий или, так сказать, для спокойного Солнца), состояние ионосферы и условия радиосвязи. Нарушение же этих обычных условий вызывается появлением на Солнце тех или других активных областей и их положением на диске Солнца. Наибольшее их влияние на Землю происходит именно тогда, когда они подходят к центру солнечного диска, располагаются, так сказать, «против нас».
      Возникает вопрос: не оказывают ли процессы, происходящие на Солнце, влияние на такие земные явления, как погода, грозы и пр.? Этот вопрос вполне закономерен, но установить здесь эту связь оказалось гораздо труднее. Причина заключается прежде всего в необычайной сложности самих явлений погоды, которая характеризуется температурой, атмосферным давлением, влажностью, облачностью, ветрами. Самые разнообразные условия на Земле оказывают здесь очень существенное влияние. Можно указать, что, повидимому, только такие крупные атмосферные явления, как, например, вторжение арктических холодных воздушных масс на юг, связаны непосредственно с процессами на Солнце. Важные работы в этом направлении проведены за последние годы астрономами нашей Пулковской обсерватории.
      Надо заметить, что за последние пятьдесят лет наблюдалось общее потепление в более высоких северных широтах нашего земного полушария и одновременное понижение температуры в низких широтах. Пулковский астроном М. С. Эйгенсон сделал попытку объяснить это явление общим ростом солнечной активности, который происходит после падения её, имевшего место в 1900 году. Это можно видеть по ходу кривой пятнообразования на Солнце на рис. 34: вся кривая как своими подъёмами в годы максимумов пятен, так и опусканиями в годы минимумов как бы всё повышается от 1900 к 1950 году.
      Отмечено также усиление колебаний в атмосферном давлении, а значит, общей циркуляции земной атмосферы при возрастании солнечной активности. В связи с этим увеличивается число циклонов, т. е. движений воздушных масс, вызываемых наименьшим давлением в центральной их части и сопровождающихся выпадением осадков (дождя, снега).
      Более определённо можно говорить о грозах, количество которых увеличивается в годы максимума пятен на Солнце. Это и подтвердилось в 1947 и 1948 годах. Подмечено ещё чередование засушливых и дождливых годов, связанное так или иначе с периодом солнечной деятельности, но еще вполне определённо об этом говорить трудно,— это требует дальнейшего длительного изучения.
      Придавая значение всем этим естественным связям, надо в то же время резко и категорически отмести стремление некоторых буржуазных учёных поставить в связь с солнечными пятнами и явления общественной жизни. Например, в книге Юнга о Солнце мы находим целый раздел, который так и озаглавлен: «Солнечные пятна и торговые кризисы». Самым серьёзным образом сообщается там о выдающемся «профессоре», который старался показать связь наступления торговых кризисов с увеличением пятен на Солнце. Там же рассказывается и о другом «учёном», который доказывал, что появление азиатской холеры связано также с периодом солнечных пятен. Конечно, факт неминуемого периодического наступления кризисов в капиталистическом обществе несомненен. Но при чём же тут Солнце? Нелепость этих утверждений очевидна. Экономические кризисы исчезают с ликвидацией капиталистической системы, что и доказано полностью в нашем Советском социалистическом государстве, которое пережило уже три периода солнечных пятен без всяких экономических кризисов и идёт к всё большему расцвету, тогда как капиталистические государства за это время переживали жестокие кризисы и в настоящее время находятся под угрозой нового экономического кризиса. А всякие эпидемии прекращаются с принятием определённых санитарных мер и с общим улучшением материально-бытовых условий трудящихся масс. Истинная наука должна не придумывать разные искусственно подобранные связи, а находить подлинные естественные связи, привлекая все данные, даваемые наблюдениями.
      Многое из того, что наука уже узнала о процессах, происходящих на Солнце, использовано и используется в деле изучения явлений природы Земли и направления их на пользу человека. Но еще очень многое требует дальнейшего изучения; особенно это касается более детального выявления естественных зависимостей, существующих между нашими земными явлениями и теми, которые происходят на Солнце. При этом очень важен вопрос о том, откуда берётся энергия, которую Солнце излучает не только на Землю, но во всё окружающее пространство в таких колоссальных количествах. Сколько времени уже происходит это излучение и как долго сможет оно ещё продолжаться? Какая участь грозит Земле и человечеству в связи с этим? Что добыто наукой в ответ на все эти вопросы?
     
     
      5. КАКОВЫ ИСТОЧНИКИ СОЛНЕЧНОЙ
      ЭНЕРГИИ И НАДОЛГО ЛИ ИХ ХВАТИТ
     
      Вопpoc о том, каковы источники солнечной энергии, исчерпаемы ли они, не происходит ли остывания Солнца и долго ли ещё оно будет снабжать Землю теплом и светом,— этот вопрос давно занимал умы людей. Много разных теорий и предположений высказывалось по этому поводу в соответствии с состоянием научных знаний в те или иные времена. Наиболее привычным источником свечения наших земных тел является горение (например свеча, керосиновая лампа) или излучение раскалённым телом, как это происходит в волоске электрической лампочки, когда через него проходит ток, в свечении расплавленного металла в печи и пр.
      Первой мыслью и было, естественно, связать излучение Солнца с горением. Однако как только накопилось достаточно сведений о том, сколько энергии могут дать самые различные виды топлива, простой подсчёт показал, что при том количестве энергии, которое непрерывно излучает Солнце, оно сгорело бы уже за 3 тысячи лет дотла, даже если бы состояло из самого высококачественного каменного угля. А известно, что не только Земля существует, но и человек живёт на ней уже гораздо больше. Следовательно, не может быть горение источником солнечной энергии.
      После того как стали применять к объяснению явлений природы закон сохранения и превращения энергии, открытый гениальным русским учёным М. В. Ломоносовым, была выдвинута мысль, что Солнце разогревается за счёт постоянно происходящего сжатия под действием собственной силы тяжести. Что работа, затрачиваемая при сжатии вещества, превращается в тепло, в этом убеждается всякий, кто работает с велосипедным или автомобильным насосом при надувании воздухом колёсных камер. Вот и попробовали подсчитать, в течение скольких лет Солнце могло бы пополнять расходуемую им энергию, если бы сжималось даже от значительных размеров до тех, которые оно имеет сейчас. В этом случае получается, правда, более длительный промежуток времени, около 20 миллионов лет, но и этого далеко не достаточно.
      Какое же количество энергии излучает Солнце на самом деле и сколько лет оно действительно существует?
      Количество энергии, которое приносят солнечные лучи на Землю, можно непосредственно измерить. Первые измерения были сделаны весьма простым способом — нагреванием воды солнечными лучами. Определённое взвешенное количество воды наливалось в круглую металлическую тонкостенную коробку с плоским дном, покрытым чёрной сажей, чтобы поглощались все лучи, упавшие на неё (рис. 35). Коробка выставлялась на солнечные лучи так, чтобы они падали перпендикулярно на дно в течение определённого времени. При этом измерялась температура воды в начале и в конце. Энергия солнечных лучей, поглощённая чёрным матовым дном, превращалась в тепло, которое нагревало воду в коробке. А так как для повышения температуры каждого грамма воды на 1° требуется 1 малая калория, то и можно было рассчитать, сколько энергии передали лучи, падая на каждый квадратный сантиметр в единицу времени. Надо было учесть ещё, что солнечные лучи, прежде чем попасть на Землю, должны были предварительно пройти через земную атмосферу, которая поглотила некоторую долю их энергии. Точно так же часть энергии ушла на нагревание самой коробки. Все эти возможные потери были учтены многочисленными опытами в разных условиях и расчётами. В настоящее время построены очень точные аппараты с привлечением электрических измерений. Эти измерения очень успешно производились советскими учёными: академиком В. Г. Фесенковым, Н. Н. Калитиным(в Слуцке) и Л. В. Гульницким (в Алма-Ата). В результате всех измерений найдено, что солнечные лучи, падающие перпендикулярно на 1 квадратный сантиметр земной поверхности, приносят около 2 малых калорий энергии (точнее 1,9 м. кал.) за 1 минуту и это число является более или менее постоянным, почему и носит название солнечной постоянной. Число это кажется небольшим, по надо обратить внимание на то, что речь идёт только об одном квадратном сантиметре. Если же взять всю половину поверхности земного шара, которая обращена к Солнцу, то получится колоссальное число, выражающееся двойкой с 18 нулями малых калорий или двойкой с 15 нулями больших или килограмм-калорий. Если обратиться к территории нашего Союза ССР, то энергия солнечных лучей, падающих только на 1/10 этой территории, равносильна 30 тысячам Днепрогэсов, или, что то же, один процент этой энергии составляет то, что дали бы 3 тысячи Днепрогэсов.
      Если же мы захотим узнать, сколько Солнце ежеминутно излучает энергии во все стороны вокруг себя, то полученную энергию солнечных лучей, падающих на Землю, надо увеличить во столько раз, во сколько поперечник Земли укладывается вдоль окружности, описанной вокруг Солнца с радиусом, равным расстоянию от Солнца до Земли, т. е. 150 миллионов километров. В таком случае полученное нами колоссальное число надо ещё увеличить в миллионы раз.
      Сколько же времени Солнце непрерывно излучает такое неимоверно большое количество энергии? Более или менее правильное представление о возрасте Солнца удалось получить после того, как наука разрешила вопрос о возрасте Земли, вернее — о времени, прошедшем с момента образования твёрдой земной коры.
      Уже геологи, изучая осадочные породы и отложения на разных глубинах Земли, с учётом возможной скорости их образования, пришли к заключению, что затвердевшая земная кора существует, по крайней мере, миллионы лет. Но лишь после открытия радия и других радиоактивных веществ, как уран и торий, стали возможны действительно надёжные и точные определения возраста Земли. Дело в том, что атомы таких веществ, находятся в неустойчивом состоянии и распадаются, переходя в атомы других химических элементов. Распад урана, например, сопровождается выделением гелия, образованием свинца и происходит независимо от внешних условий с постоянной скоростью. Свинец, образовавшийся из урана, отличается по некоторым своим характеристикам от обыкновенного свинца, а потому его легко распознать. Происходит такое образование уранового свинца очень медленно: 1 процент урановой руды преобразуется в свинец только в 66 миллионов лет. Определив в какой-нибудь урановой горной породе процент урана, превратившийся в свинец, можно высчитать число лет, прошедшее с того момента, когда сама эта горная порода образовалась, начала существовать как твёрдое тело. Применение этого способа к наиболее древним, найденным на Земле породам показало, что возраст их составляет от 1 до 3 миллиардов лет. Следовательно, Земля существует во всяком случае не менее 3 миллиардов лет. Несомненно также, что возраст Солнца должен быть ещё больше, так как Солнце не может быть моложе Земли.
      Зная теперь, что Солнце уже миллиарды лет излучает колоссальные количества энергии, не приходится сомневаться, что те обычные источники, о которых речь шла выше, никак не вяжутся с возрастами Земли и Солнца. Надо еще иметь в виду, что солнечное излучение за время существования твёрдой земной коры почти не изменилось, как утверждают геологи, изучая остатки жизни и в самых древних слоях Земли.
      Успехи современной физики в области строения вещества и атомных явлений дают разрешение вопроса о действительных источниках энергии Солнца. Они удовлетворяют всем требованиям в отношении времени и количества энергии.
      Хотя непосредственным наблюдениям доступны лишь наружные слои Солнца, не глубже фотосферы, но уже, исходя из этих наблюдений и на основании законов физики и механики, можно делать выводы и о внутреннем строении Солнца. Раз Солнце существует, как устойчивое тело, не изменяя заметно своих размеров, то это означает, что действующие на него силы уравновешивают друг друга. Одна из этих сил — вес солнечного вещества, т. е. давление вышележащих слоёв, всё увеличивающееся к центру. С другой стороны ей противодействуют силы упругости газов, возрастающие с увеличением температуры, которая поэтому должна быть тем выше, чем больше становится вес вышележащих слоёв, то есть чем дальше мы проникаем вглубь.
      Расчёты показывают, что температура Солнца близ центра его должна быть очень высокой — около 20 миллионов градусов. А ведь чем выше температура, тем быстрее движутся частицы вещества. В недрах Солнца скорости частиц очень велики и неминуемы частые и сильные столкновения их. Налетая друг на друга, атомы взаимно разрушают свои электронные оболочки. Поэтому в недрах Солнца атомы почти полностью ионизованы.
      В составе Солнца, как известно, больше всего водорода, атом которого в обычных условиях состоит из одного протона и одного электрона. Значит, в центре
      Солнца много свободных протонов, которые вследствие высокой температуры обладают большими скоростями. Сталкиваясь с атомными ядрами других элементов, протоны эти могут вызвать их разрушение или преобразование. При некоторых таких преобразованиях, или ядерных реакциях, как их называют физики, освобождается энергия, та самая атомная энергия, которая выделяется в небольших количествах при обыкновенном радиоактивном распаде и которую уже научились освобождать искусственным путём.
      Атомная энергия выделяется не только путём расщепления ядер, но иногда и путём соединения: например, при образовании ядра гелия из ядер водорода (протонов) через сложный цикл промежуточных реакций.
      Открытие способа получения атомной энергии было величайшим достижением науки. Империалисты тотчас же использовали её как разрушающее средство. В руках американских монополистов атомная бомба стала средством военной угрозы. Но еще в 1946 году товарищ Сталин разоблачил смысл шумихи, поднятой англо-американскими поджигателями новой войны вокруг атомной бомбы: «Атомные бомбы предназначены для устрашения слабонервных, но они не могут решать судьбы войны, так как для этого совершенно недостаточно атомных бомб». (Газета «Правда» от 25 сентября, 1946 г., № 228). Провал «атомной дипломатии» обнаружился со всей очевидностью, когда появилось сообщение ТАСС от 25 сентября 1949 г. о том, что Советский Союз овладел секретом атомного оружия и имел в своём распоряжении это оружие еще в 1947 году.
      Советский народ стоит за мир и укрепление дела мира во всём мире. Использование атомной энергии в Советском Союзе направлено на оборону нашей страны от нападения англо-американского агрессивного блока. Учёные СССР работают над овладением всеми возможными способами применения атомной энергии для мирных целей, для роста благосостояния трудящихся, для ускорения строительства коммунизма.
      Возможности, которые открывает перед советским народом применение атомной энергии, поистине необозримы. Выполнение великого сталинского плана преобразования природы сможет быть значительно ускорено благодаря этому новому мощному источнику энергии. Изменение русла рек, обводнение пустынь, превращение их в цветущие и населённые края, повышение эффективности транспортных средств за счёт значительного снижения веса и объёма горючего, облегчение труда человека — всё это в СССР из мечты превратится в действительность. С применением атомной энергии становятся также реальными мечты о полёте на другие планеты.
      В недрах Солнца преобразование элементов, и именно водорода в гелий, происходит само собой вследствие частых столкновений частиц. Энергия, выделяющаяся при этом, пройдя сквозь толщу Солнца от центра наружу и претерпев ряд преобразований, излучается с поверхности в виде тех солнечных лучей, которые приносят свет и тепло на нашу Землю. Сколько же ещё времени сможет Солнце освещать и обогревать Землю? Как уже говорилось раньше, в настоящее время Солнце состоит более чем на 50 процентов из водорода (по весу). Этого громадного водородного запаса хватит Солнцу, чтобы всё с той же интенсивностью оно излучало энергию ещё десятки миллиардов лет. Это такой срок, который превосходит не только всю прошлую историю человечества, но и всю историю нашей Земли.
      В буржуазной науке неоднократно пропагандировались и имеют хождение и теперь «теории» о том, что с Солнцем может произойти та или иная катастрофа, оно может взорваться и вспыхнуть подобно тому, как это действительно происходит иногда с некоторыми звёздами, которые носят название, «новых» звёзд. Красочно рисовались картины гибели Земли при подобных катастрофах, так сказать «конца света». Все эти «теории» не выдерживают критики в свете передовой, материалистической науки. Советские астрономы Б. В. Кукаркин и П. П. Паренаго показали, что Солнцу не угрожает опасность вспышки. «Новые» звёзды — это небольшой класс особых, непохожих на Солнце звёзд в нашей звёздной системе, составляющий едва только тысячную долю процента всего числа звёзд в ней. Подавляющее же большинство звёзд, в том числе и наше Солнце, являются весьма устойчивыми, и с ними никаких катастроф не происходит. Но все-таки каково же будущее Солнца?
      Нам могут сказать: всё-таки Солнце не вечно будет существовать таким, как теперь, пройдут десятки миллиардов лет и исчерпаются запасы водорода. Современная физика говорит нам, что превращение водорода в гелий— это не единственный источник энергии, могут быть превращения и других элементов, для которых, однако, требуется более высокая температура. Одним из возможных путей развития Солнца может быть следующий. По исчерпании водорода и при отсутствии восполнения излучаемой энергии Солнце может сравнительно быстро сжаться, а от этого значительно повысится температура его внутренних частей, так что станут возможными ядерные преобразования иного типа и Солнце сможет за счёт этого источника энергии излучать ещё миллиарды лет. Но ведь и это не вечно, и когда-нибудь Солнце всё-таки начнёт медленно остывать и превращаться в более холодную звезду, перестанет снабжать теплом и светом нашу Землю. Повлечёт ли это за собой неизбежную гибель человечества? Совсем нет!
      Мы, советские люди, являемся не только свидетелями, но и участниками тех небывалых преобразований природы и величайших строек коммунизма, которые производятся в нашей стране под руководством великой партии Ленина — Сталина на основании достижений науки и техники. С развитием науки и техники достижения эти будут увеличиваться. Солнечная энергия — это ведь, в сущности, та же атомная энергия, которой мы уже сейчас научились управлять. За миллиарды лет, которые еще впереди, без сомнения будет найден способ компенсировать убыль энергии Солнца и такие средства сообщения, которые освободят его от неизменного прикрепления к Земле. Возможности человеческого познания и использования сил природы неограничены, наука не знает преград, и мы можем бодро смотреть в будущее человечества.
      Пока нам нет еще неотложной необходимости думать о том, что будет, когда Солнце погаснет, и искать способов замены солнечной энергии. Есть более насущные задачи. Ведь далеко не полностью используется та колоссальная, непрерывно льющаяся энергия солнечных лучей, которая снабжает и ещё, ничуть не уменьшаясь, будет миллиарды лет снабжать нашу Землю.
     
     
      6. В КАКОЙ МЕРЕ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ЭНЕРГИЯ
      СОЛНЕЧНЫХ ЛУЧЕЙ НА ЗЕМЛЕ И СПОСОБЫ
      НЕПОСРЕДСТВЕННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЕЕ
     
      Лучи Солнца, попадающие на Землю, прежде всего встречают её воздушную оболочку, атмосферу, которая частично отражает их, частично рассеивает и поглощает и до земной поверхности в общем доходит уже около половины их энергии.
      Одним из важнейших посредников на Земле для использования энергии солнечных лучей является растительный мир (пища, дрова, торф, каменный уголь и пр.). Использует ли само растение всю падающую на него энергию солнечных лучей? Подсчёт и исследования показали, что растения накапливают в виде химической энергии около 1—2 процентов падающей на листья лучистой энергии Солнца. Вспомним, что вся суша на земной поверхности занимает меньше 30 процентов её, а растительность и того меньше, если исключить пустыни, голые скалы, места, покрытые вечными снегами, и др.
      Всё это значительно уменьшает процент солнечной энергии, доходящий до человека и используемый им. Если даже прибавить к этому и то, что используется гидроэлектростанциями в круговороте воды и воздуха, всё это будет выражаться какими-нибудь тысячными долями процента от той энергии лучей, которая доходит до Земли.
      Всё это показывает, какое громадное количество энергии оказывается неиспользованным, так сказать, пропадает «даром». Вполне естественно выдвинут вопрос о непосредственном использовании энергии солнечных лучей путём улавливания их теми или другими приспособлениями.
      С самого появления этой мысли возникли два пути в этом направлении: собирания лучей при помощи вогнутого зеркала и накапливания тепла под стеклом.
      Первые солнечные машины начали строиться в конце прошлого столетия. Большое вогнутое зеркало ставилось прямо под солнечные лучи, а в фокусе зеркала (точке, около которой собираются лучи, отразившись от вогнутого зеркала) располагался котёл с водой или другой какой-нибудь приёмник солнечных лучей. Зеркало особым часовым механизмом поворачивалось так, что на
      него в течение всего дня падали прямо солнечные лучи. Такие установки нашли своё применение в жарких саранах и там, где много ясных дней в году. Вообще они большого успеха не имели, так как были еще очень громоздки, сложны в обслуживании и экономически невыгодны. Но их особенностью является то, что при помощи их можно достигнуть большой концентрации солнечной энергии и высоких температур — свыше тысячи и даже двух тысяч градусов. При такой температуре могут плавиться металлы. Подобную солнечную машину построил у нас советский учёный, доктор технических наук Ф. Ф. Молеро (рис. 36). Такие машины были бы хороши, если бы Солнце сияло всё время. Но работа их автоматически прекращается, как только Солнце заходит за горизонт или когда облака затягивают небосвод, а в течение года на большей части поверхности Земли, такие условия преобладают.
      Если не гнаться за очень высокими температурами, то гораздо проще и с лучшими результатами получаются устройства для накопления тепла в закрытом ящике, в который пропускаются солнечные лучи через стёкла. Устройство это основано на том, что обыкновенное стекло хорошо пропускает световые лучи и не пропускает тепловые, сравнительно длинноволновые инфракрасные лучи. Последние излучаются всяким нагретым, но несветящимся телом, например наружными стенками натопленной печи. Указанным свойством стекла пользуемся все мы, имея в домах окна с вставленными стёклами. Этим же свойством объясняется действие парников.
      Чтобы скопить побольше тепла от солнечных лучей, можно взять ящик, зачернить внутри его стенки, а сверху прикрыть стеклом. Этот ящик надо поставить так, чтобы солнечные лучи падали перпендикулярно (под прямым углом) на стекло. Тогда солнечные лучи, в которых содержатся световое и ещё более коротковолновые излучения, пройдут через стекло, войдут в ящик и, поглотившись чёрными стенками ящика, нагреют их. Нагретые стенки сами начинают излучать тепловые инфракрасные лучи, уже более длинноволновые. Однако их стекло не пропускает, и они остаются в ящике, нагревая всё, что находится внутри. Чем дольше ящик находится под солнечными лучами, тем больше тепла накапливается в нём. Если поместить в ящик воду, то можно довести её до кипения.
      Таким способом можно набрать ещё больше тепла, причем это накопление будет происходить и при облачном небе в течение дня, пока световые лучи будут проникать сквозь стекло. Правда, в этом случае нагревание будет слабее и итти медленнее, так как много коротковолновых лучей поглощают облака.
      Надо иметь в виду, что будет происходить потеря тепла через стенки ящика наружу благодаря их теплопроводности, в том числе и стекла. Поэтому такое устройство требует очень хорошей теплоизоляции.
      Целый ряд опытов по построению рациональных конструкций поглотителей солнечного тепла производился у нас в СССР. С лучшим, чем это было в зарубежных странах, коэфициентом полезного действия были построены солнечные установки проф. Б. П. Вейнбергом. Особенно же блестящих результатов достиг К. Г. Трофимов в Ташкенте путём устройства наилучшей теплоизоляции (рис. 37). Им применялась стекольная защита в несколько рядов стёкол с воздушными прослойками. Воздух же, как известно, плохо проводит тепло. Подобная же тщательная изоляция сделана была и в остальных стенках. Применив слоистую изоляцию, К. Г. Трофимов значительно увеличил эффективность работы своих установок. Они делались неподвижными, но с таким наклоном стекла, чтобы в полдень лучи Солнца падали под прямым углом к нему. Устанавливались они и на крышах домов и на земле перед домом, как на рис. 38. Можно делать их и вращающимися так, чтобы лучи весь день направлялись перпендикулярно к стеклу. Разумеется, в последнем случае получается большее нагревание внутри ящика и температура в нём доводится до 200° и больше.
      Водонагреватели системы Трофимова получили большое распространение в Узбекской ССР. Там эти водонагреватели используются для самых разнообразных целей: для снабжения горячей водой квартир, прачечных, душевых, бань и пр. На территории Ташкентской геофизической обсерватории еще перед Великой Отечественной войной был построен дом, где всё обслуживается Солнцем: кухня, баня и пр. Подобная баня пропускает много людей в сутки и при этом не тратится ни одного килограмма топлива. В условиях Узбекистана каждый квадратный метр солнечного водонагревателя заменяет собой по производительности 250 килограммов каменного угля и даёт большую экономию, уменьшая потребность в топливе, которое нужно привозить издалека.
      К. Г. Трофимов разработал также ряд конструкций гелиосушилок (гелиос — по-гречески Солнце), предназначенных для сушки фруктов (рис. 39) и морки шелковичных коконов (рис. 40). Они нашли применение во многих колхозах Средней Азии. Они дают сушёные фрукты высокого качества, и сама сушка происходит гораздо быстрее, чем на открытом воздухе, продукция не пылится и не засоряется, предохранена от всякого рода вредителей.
      Не только Средней Азией ограничивается у нас непосредственное использование солнечной энергии. В Тбилиси построили солнечную баню, для нагревания воды в которой использована крыша здания. Плоскость под стеклянной крышей выложена зачернёнными волнистыми алюминиевыми листами — поглотителями солнечного тепла. По этим листам проложены обычные водопроводные трубы, в которых циркулирует вода. Проходя по трубам, она нагревается до 70° и поступает в резервуар, а оттуда в души и краны.
      Южные области предоставляют больше возможностей для использования гелиоустановок. Но в большей или меньшей мере эти возможности имеются и в других местах. Еще 20 лет тому назад была построена в Западной Сибири солнечная кухня. В ней нагревание достигалось комбинацией зеркал, собирающих лучи над ящиком с зачернёнными стенками и стеклом. Вся установка устроена подвижной, чтобы всё время она занимала наиболее благоприятное положение по отношению к Солнцу. Хотя построена эта кухня была совсем кустарно, но работала довольно исправно, так что холодная вода закипала в баке через час.
      Для многих мест, особенно в пустынях, имеет большое значение получение пресной воды из солёной. Для этого устраиваются так называемые опреснители воды. В них нагревание воды также производится солнечными лучами.
      Вода при этом испаряется и сгущается на внутренней поверхности наклонно поставленных стёкол, по которым она и стекает в приспособленный желобок. Так могут быть использованы солнечные лучи в тех местах, которые по большей части страдают от избытка их.
      К непосредственному использованию солнечных лучей относятся и все виды лечения солнечными лучами, так называемые солярии (от латинского слова, обозначающего Солнце). На некоторых курортах солнечные лучи используются для нагревания лечебных грязей, облучения тела человека, больных мест на нём и пр.
      За последнее время наметились новые пути, при которых энергия солнечных лучей превращается в электроэнергию, и эти пути открывают большие перспективы. Правда, имеющимися еще в настоящее время способами получается слишком малая электроэнергия, чтобы сё можно было технически использовать. Но уже эти пути наметились, и дело науки и техники развить и усовершенствовать эти способы. Советским учёным партия Ленина — Сталина и Советское правительство создают все возможности для этого. Можно быть уверенным, что в скором времени мы будем свидетелями больших успехов и в области непосредственного использования энергии солнечных лучей.
      Много уже сделано советскими астрономами по исследованию Солнца, в особенности за последние годы: проведены разнообразные исследования по изучению спектра Солнца, физических процессов, происходящих на Солнце, закономерностей пятнообразования, деятельности Солнца и связи её с процессами на Земле. Много ценных исследований произведено в результате наблюдений полных солнечных затмений нашими известными учёными академиком В. Г. Фесенковым, членами-корреспондентами Академии наук СССР Г. А. Тиховым и А. А. Михайловым и целыми коллективами более молодых талантливых исследователей Солнца.
      Для систематического и непрерывного изучения всех явлений на Солнце в СССР создана «Служба Солнца» и разработана более усовершенствованная система советских показателей солнечной деятельности. Все наши главнейшие обсерватории, особенно в Крыму, Средней Азии, на Кавказе, выполняют в ясные дни наблюдения над Солнцем, следя за появляющимися на нём пятнами и факелами, производя измерения, наблюдая протуберанцы и пр. К этому надо прибавить и наблюдения многих наших любителей астрономии, объединяемых Всесоюзным астрономическим обществом. В результате такой коллективной постановки работы Солнце почти ни на один день не ускользает от глаз наших наблюдателей — на обширном протяжении нашей страны постоянно где-нибудь да бывает ясное небо, позволяющее наблюдать явления на Солнце. Все эти наблюдения направляются для сводки и обработки в Центральное астрономическое учреждение — Пулковскую обсерваторию Академии наук СССР близ Ленинграда.
      На основании этих данных ведутся обширные работы по вопросам использования солнечной энергии, по вопросам, связанным с предсказанием магнитных бурь, распространением радиоволн и пр. Результаты всех этих работ направлены на нужды нашего народного хозяйства, на удовлетворение запросов строительства коммунистического общества.
      Многое, уже добытое наукой, успешно используется на практике, но еще многое требует дальнейшего изучения. Можно не сомневаться, что наша советская наука, получившая в условиях, созданных для неё великой партией Ленина — Сталина, совершенно исключительные возможности развития, всё глубже будет проникать в существующие связи между солнечными и земными явлениями и открывать всё новые пути использования их на пользу трудящимся нашей социалистической Родины. Залогом будущих успехов советской науки является то, что она обладает самым верным и надёжным маяком — методом диалектического материализма.