Появились и экспериментальные данные: начиная с 1959 г. автоматические межпланетные станции стали регистрировать солнечные корпускулярные потоки на разных расстояниях от Земли в межпланетном пространстве. Они установили, что солнечный ветер «дует» постоянно со скоростью около 400 км/сек на расстоянии Земли от Солнца и что число частиц в 1 см3 несколько колеблется. Через 1 см2 за секунду проходит 108–109 частиц и больше после сильных вспышек на Солнце. Они несут с собой магнитное поле и движутся не по радиусам, а по спиралям. Но солнечный ветер не отличается постоянством. В его потоках наблюдаются и турбулентность газа и деформация магнитного поля. В настоящее время солнечный ветер усиленно изучается всеми доступными средствами, так как он ответствен и за процессы в кометах и за многие геофизические явления в земной магнитосфере и атмосфере ( О солнечном ветре см. в книге «Астрономия невидимого», «Наука», 1967)).
Полярные сияния чаще всего, почти ежедневно, наблюдаются в кольцевых зонах радиусом 23° с центром около магнитных полюсов Земли. Самые мощные и высокие полярные сияния наблюдаются не только в высоких и средних широтах, но даже в тропиках, сопровождая собой наступление магнитных бурь, отмечаемых одновременно по всей Земле. Виды и типы полярных сияний, этого электрического свечения в стратосфере, весьма разнообразны. Хотя все они вызваны проникновением в стратосферу частиц высоких энергий, связанных с активностью Солнца, причины существования разных форм сияний неодинаковы. Высота полярных сияний определяется по параллаксу их деталей. Для этого одновременно фотографируют сияние из двух точек и определяют его положение на фоне неба по отношению к звездам.
Чаще всего сияния происходят на высотах 95-120 км, но иногда и немного ниже; изредка же сияния можно увидеть на высотах до 1000 км. Знание этой высоты и плотности воздуха на разных высотах позволяет определить скорость и энергию корпускул, вторгающихся в стратосферу. До высоты 100 км могут проникать протоны с энергией 100 килоэлектронвольт (кэв) и электроны с энергией даже в 10 раз меньшей.
В спектрах полярных сияний наблюдаются яркие линии атомарных и полосы молекулярных кислорода и азота, как нейтральных, так и ионизованных. Среди них есть и запрещенные линии, о которых мы говорили в очерке «История двух незнакомцев». Они обусловлены разреженностью стратосферы, которая на высоте 100 км в миллион раз менее плотна, чем воздух на уровне моря.
С различием химического состава воздуха на разных высотах и различием энергии вторгающихся корпускул связано появление преимущественно тех или других спектральных линий. Поэтому-то в полярных сияниях и наблюдается чарующая игра разных красок и их отблесков на белоснежных полях арктических и антарктических просторов. Наблюдается в спектре полярных сияний и красная линия атомарного водорода, производимая вторжением солнечных протонов.
Очень много для понимания природы полярных сияний дали обширные систематические исследования их, проведенные во время Международного геофизического года (МГГ), а также исследования при помощи искусственных спутников Земли и геофизических ракет.
Магнитное поле Земли в общем похоже на поле намагниченного железного шара с силовыми линиями, выходящими из одного магнитного полюса и входящими в другой. В связи с этим дуги полярных сияний вытягиваются вдоль геомагнитных параллелей, а их лучи — вдоль геомагнитных силовых линий.
Сияния в области геомагнитных полюсов, аморфного вида, производятся очень энергичными электронами, приходящими непосредственно от Солнца, но отклоняемыми в своем движении магнитным полем Земли. Сияния в области наибольшей их повторяемости — в области полярных кругов — возбуждаются электронами с энергией 10 кэв и меньше, которые не могут прийти прямо от Солнца, а приобрели большую скорость, странствуя в магнитном поле Земли, хотя они и не принадлежат к радиационным поясам Земли. Здесь же происходят и сияния, вызванные протонами с энергией в 1 1/2 — 2 кэв, т. е. с такой же, какой обладают протоны солнечного ветра. Протоны эти попадают в зону обтекания геомагнитного поля, а оттуда врываются в стратосферу. Сияния в виде красных дуг на высотах около 350 км создаются ближе к земному экватору протонами небольших энергий из состава солнечного ветра. Детали проникновения корпускул солнечного ветра в стратосферу и их «приключения» в пути еще подлежат выяснению.
Солнечный ветер, вызывая магнитные бури и полярные сияния, возмущая земную ионосферу, влияет на радиосвязь на коротких волнах, а быть может, как считал А. Л. Чижевский, оказывает заметное влияние и на живые юрганизмы. Поэтому изучение солнечного ветра и связанных с ним явлений не безразлично для человеческой практики, особенно в связи с запусками человека в Космос.
Поскольку солнечный ветер связан с активными областями на Солнце, существующими длительное время, а скорость вращения Солнца и скорость корпускулярных потоков известны, наступление магнитных бурь и сильных полярных сияний в некоторой степени удается предсказывать заранее.
Глава 7. Звезды — далекие Солнца
Открылась бездна, звезд полна,
Звездам числа нет, бездне — дна.
Так писал великий ученый и ггоэт, чуткий ценитель красоты природы Михайло Ломоносов. Не в ущерб ему, приведем еще одно высказывание о звездах, принадлежащее, однако, менее авторитетному лицу. «Коллективный автор» Козьма Прутков изложил один анекдот о Декарте так:
«Однажды, когда ночь покрыла небеса невидимою своею епанчею, знаменитый философ Декарт, сидя на ступеньках домашней своей лестницы, некий прохожий подстуцил к оному, с превеликим вниманием на мрачный горизонт смотревшему, с вопросом: «Скажи, мудрец, сколько звезд на небе сем?» — «Мерзавец! — ответствовал сей: — никто необъятного объять не может…»
Смысл всех этих слов тот, что звездам, видимым на небе, «несть числа», а между тем, если говорить о звездах, видимых невооруженным глазом, то они все сочтены давным-давно. Эта задача не необъятна. Мы вполне можем «объять» множественность звезд, она лишь кажется необъятной.
Присмотритесь к звездному небу, разыщите на нем с помощью звездной карты созвездия, и вы скоро убедитесь, как легко ориентироваться на небе, держать на учете все звезды, видимые невооруженным глазом. Их всего около 6000, а сразу над горизонтом их видно только около 3000. Если мы говорим «около», то лишь потому, что острота зрения и прозрачность воздуха бывают различны. В списки занесены и помечены на картах не только все эти звезды, но и множество более слабых.
С уменьшением блеска звезд число их растет, и даже простой их счет становится все более затруднительным.
Так сказать, «поштучно» сосчитаны и занесены в каталоги, а также на карты все звезды ярче 11-й звездной величины. Число звезд, более слабых, мы тоже знаем, но уже не так точно, но это и не так важно. Мы поступаем с ними, как лесничие с деревьями в лесах, не подсчитывающие каждое дерево при учете запасов леса. На небольших типовых площадках определенного размера они подсчитывают число деревьев и умножают их затем на число таких площадок, содержащихся в площади, занятой лесом. Мы поступаем со звездами подобно этому.
В результате подсчет числа звезд, ярче данной предельной звездной величины, можно представить следующей табличкой:
| Предельная звездная величина | Число звезд | Предельная звездная величина | Число звезд |
| 6,0 | 4850 | 13,0 | 5700000 |
| 7,0 | 14300 | 15,0 | 32000000 |
| 8,0 | 41000 | 17,0 | 150000000 |
| 9,0 | 117000 | 19,0 | 560000000 |
| 10,0 | 324000 | 19,0 | 560000000 |
| 11,0 | 870000 | 21,0 | 2000000000 |
Итак, мы держим на строгом учете около миллиона звезд, а всего доступно нашему наблюдению около двух миллиардов звезд. Числа — внушительные, но «объять» их можно.
Где-то в море в ночной тьме тихо мерцает огонек, и если бывалый моряк не объяснит вам, что это, вы часто и не узнаете: то ли перед вами фонарик на носу проходящей шлюпки, то ли мощный прожектор далекого маяка. В том же положении в темную ночь находимся и мы, глядя на мерцающие звезды. Их видимый блеск зависит и от их истинной силы света, называемой светимостью, и от их расстояния до нас. Только знание расстояния до звезды позволяет подсчитать ее светимость по сравнению с Солнцем. Так, например, светимость звезды, в действительности в десять раз менее яркой, чем Солнце, выразится числом 0,1.
Истинную силу света звезды можно выразить еще и иначе, вычислив, какой звездной величины она бы нам казалась, если бы она находилась от нас на стандартном расстоянии в 32,6 светового года, т. е. на таком, что свет, несущийся со скоростью 300 000 км в секунду, прошел бы его за это время. Десятая часть этого расстояния (т. е. расстояние в 3,26 светового года) принимается специалистами-астрономами за единицу для выражения межзвездных расстояний и называется парсеком. Ее назвали так потому, что с этого расстояния угол, под которым виден радиус земной орбиты, перпендикулярный к лучу зрения (этот угол называется параллаксом), составляет в точности одну секунду дуги. Парсек в 206 265 раз больше расстояния от Земли до Солнца, т. е. астрономической единицы, так что
1 парсек=3,26 светового года=206265 астрономических единиц=3,083Х1013 км.
На стандартном расстоянии в 10 парсек, или 32,6 светового года, Солнце показалось бы нам звездой 5-й звездной величины, т. е. не особенно хорошо видимой невооруженным глазом даже в безлунную ночь. Звездная величина светила на этом стандартном расстоянии называется абсолютной звездной величиной.
Блеск звезд, как и всякого источника света, изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния. Этот закон позволяет вычислять абсолютные звездные величины или светимости звезд, зная расстояния до них.