Солнце — звезда, подобная миллиардам звезд, сияющих на ночном небе.
Определив расстояние до Солнца, астрономы убедились, что его размеры действительно колоссальны. Хотя на небе видимый поперечник Солнца равен лунному; или даже немного меньше, расстояние до Солнца (149,6 млн. км, или 1 астрономическая единица) в 400 раз превышает расстояние Луны от Земли; следовательно, во столько же раз Солнце должно быть больше Луны. Если лунный диаметр равен (см. табл. 1) 3,5 тыс. км, значит, размеры Солнца — 1400 тыс. км, в 109 раз больше, чем у Земли.
Измеряя количество энергии, идущее от Солнца, и силу его света, ученые нашли температуру его поверхности, достигающую 6000°, и убедились, что Солнце — это гигантский раскаленный газовый шар, по массе (т. е. количеству вещества) в 330 000 раз превосходящий Землю и почти в 700 раз совокупную массу всех больших планет.
Солнце играет решающую роль во всех процессах на Земле, и поэтому его исследование имеет не только теоретическое, но и громадное практическое значение.
Создана непрерывная служба Солнца, которая с помощью оптических солнечных телескопов, а также радиотелескопов проводит наблюдения процессов на солнечной поверхности. Ведутся регистрация и изучение солнечных пятен — гигантских электромагнитных вихрей в солнечной атмосфере. Размеры их превышают иногда десятки и сотни тысяч километров; напряженность магнитных полей в пятнах, которые научились измерять астрономы, нередко превышает тысячи гаусс[3]. Над яркой поверхностью Солнца — фотосферой — расположены слои более разреженных, раскаленных газов хромосферы. Они часто вздымаются с поверхности в виде протуберанцев на высоту в сотни тысяч километров. В хромосфере и еще в более верхних частях атмосферы Солнца — солнечной короне, четко видимой во время полных солнечных затмений, разыгрываются грандиозные вихри и бури.
Эти процессы управляются могучими электромагнитными силами, возникающими в ионизованном солнечном веществе — в солнечной плазме.
Лучи солнечной короны являются потоками солнечного вещества — корпускулярными потоками, состоящими главным образом из ядер атомов (в основном из ядер атомов водорода — протонов) и электронов.
С особым вниманием изучаются взрывы на Солнце, приводящие к вспышкам, ультрафиолетового и рентгеновского излучения, к выбросу солнечных корпускул и громадного количества жестких космических частиц.
Около 30 лет назад ученые обнаружили, что Солнце является источником радиоволн. Теперь на многих обсерваториях мира специальные радиотелескопы непрерывно следят за Солнцем и регистрируют его излучение на метровых, сантиметровых и миллиметровых волнах. Полученные данные в виде записей раскрывают картину могучих процессов, разыгрывающихся на солнечной поверхности. Когда в районах пятен происходят гигантские взрывы, астрономы по всплескам радиоизлучения могут определить скорости солнечного вещества, достигающие десятков и даже сотен тысяч километров в секунду. Со скоростью, близкой к скорости света, мчатся частицы космических лучей. Возникающие при солнечных взрывах быстрые космические частицы пронизывают межпланетное пространство.
Первопричиной солнечного излучения и всех процессов на Солнце, по-видимому, является атомная (термоядерная) энергия, вырабатываемая внутри Солнца. При температуре 13–20 млн. градусов в недрах Солнца водород преобразуется в гелий и при этом освобождается часть внутриатомной энергии. Ее оказывается достаточно, чтобы поддерживать высокую температуру звезд в течение миллионов и миллиардов лет.
Астрономы и физики напряженно работают, чтобы разгадать природу солнечных вспышек. Некоторые исследователи полагают, что при движении заряженного солнечного вещества (ионизованного газа) в магнитном поле может происходить сжатие потоков, приводящее к взрывам. Академик В. А. Амбарцумян допускает, что взрывы происходят в результате выхода на поверхность Солнца вещества центральных областей, находящегося в сверхплотном «дозвездном» состоянии. Переход из сверхплотного состояния в состояние обычного разреженного, нагретого газа должен приводить к взрывам. У некоторых звезд эти взрывы приобретают масштабы грандиозных космических катастроф.
Не выясняя природу солнечных процессов, нельзя понять и особенностей Земли, поскольку Солнце играет решающую роль в жизни Земли и других ближайших к нам планет. Солнце излучает гигантское количество света, тепла, радиоволн, заряженных частиц. За секунду Солнце растрачивает энергию, достигающую сотни миллиардов миллиардов киловатт, т. е. в тысячу с лишним раз большую того, что можно было бы получить, сжигая все запасы каменного угля, какие есть на Земле. Из этой энергии Земля получает лишь одну двухмиллиардную, часть, но и это составляет десятки тысяч миллионов киловатт.
Жизнь растений и животных поддерживается и развивается за счет энергии Солнца. Вместе с тем процессы солнечной активности — ультрафиолетовое излучение Солнца, корпускулярные потоки, вырывающиеся с солнечной поверхности, — определяют многие особенности явлений на Земле. От них зависит состояние радиационных поясов вокруг Земли и колебания земного магнитного поля. Потоки жесткого ультрафиолетового излучения и заряженные частички ионизуют верхние слои нашей атмосферы и определяют условия распространения радиоволн, условия радиосвязи на земной поверхности.
Возбуждение в верхней атмосфере (ионосфере) передается в нижние слои, в тропосферу, где разыгрываются все явления погоды.
Гигантский круговорот воды, вызываемый солнечной энергией — испарение вод океанов и перенос водяного пара и капелек воды ветрами, — зависит в некоторой мере от ритма солнечной деятельности. Вот почему 11-летний цикл солнечной активности сказывается на росте деревьев и растений. Однако выяснены далеко еще не все стороны этой связи между солнечными процессами и явлениями на Земле. И не только астрономы, но и геофизики, специалисты по атмосфере и гидросфере, по льдам, земным токам и другим явлениям, а также биологи, физики, радиофизики и исследователи космического пространства интенсивно изучают все проявления солнечных воздействий.
Форма Земли и новые методы ее изучения
В XVIII и XIX веках для измерения Земли астрономы использовали точный метод триангуляции. При этом непосредственное измерение больших длин на Земле заменяется определением углов в системе треугольников, разбиваемых на выпуклой земной поверхности. Сопоставление таких измеренных дуг, проведенных и вдоль меридианов и по долготе, через различные материки, позволило составить представление о форме и действительных размерах твердой оболочки Земли.
Земля оказалась отличной от шара; только в самом грубом приближении можно принимать ее за шар с радиусом 6371,км. В действительности она сплюснута у полюсов в соответствии с законами вращения тел и теорией тяготения Ньютона. Полярный радиус почти на 21 км короче экваториального радиуса. Поэтому во втором приближении Землю можно считать немного сплюснутой сферой, так называемым сфероидом, или эллипсоидом вращения. Элементы этого эллипсоида служат основой для построения точных карт земной поверхности.
Мы приведем данные об эллипсоиде, которые были установлены в 1940 г. советскими учеными: экваториальный радиус равен 6378 км, полярный радиус — 6356,9 км. Поэтому длина меридиана Земли, т. е. окружности, проходящей через полюсы, равна 40 010 км, а площадь всей поверхности составляет 510 млн. км2. Из них на сушу приходится только 29 %; остальная часть, т. е. почти три четверти всей поверхности, составляет гигантская площадь океанов и морей.
Тем не менее реальная форма Земли отличается и от эллипсоида; материки несколько выступают над поверхностью океанов, а суши оказывается значительно больше в Северном полушарии Земли, нежели в Южном. Выяснение точной фигуры Земли представляет громадный интерес. Поэтому ученые продолжают точные измерения методами геодезии, определяя стороны и углы треугольников и строя геодезические знаки, которые располагаются в вершинах этих треугольников. Производится измерение силы тяжести во всех доступных точках Земли, для чего в последнее время используются чрезвычайно точные гравиметры. Полученные данные позволяют не только судить о неоднородностях в земной коре, залежах полезных ископаемых, но и исследовать форму Земли.
Масса Земли (количество ее вещества) составляет 6000 млрд. млрд. т. Деля массу на объем, мы получаем среднюю плотность земного вещества, которая оказывается в 5,5 раза больше, чем воды. А так как средняя плотность у поверхности всего лишь 2,6 по отношению к воде, вещество внутренних областей Земли должно быть очень сильно уплотнено и соответствовать плотности железа или стали.
В последнее время для изучения размеров и формы Земли стали использовать искусственные спутники. На основе законов небесной механики астрономы умеют определять точные орбиты спутников и путем непрерывных наблюдений следят за всеми изменениями в их движении. Поэтому всегда можно знать, где, когда и на какой высоте пролетает спутник. Точные измерения положения спутника на небе, произведенные из нескольких точек Земли, позволяют судить о положениях самих наблюдателей, т. е. позволяют проверять геодезические данные о земной поверхности. Результаты получаются в ряде случаев более точными, чем при геодезических определениях.
Метод наблюдений спутников особенно важен при выяснении вопроса: смещаются ли материки друг относительно друга? Правда ли, что американский континент отошел в давно прошедшие времена от западных границ Европы и Африки, как это предполагают некоторые ученые? Ведь, действительно, линия восточного побережья Америки хорошо соответствует очертаниям западных берегов Европы и Африки. Для выяснения этого вопроса нужно большое количество точных наблюдений. Пройдет некоторое время, и ученые смогут дать ответ на вопрос о движении материков.
Ракеты и спутники все шире используются также для непосредственного наблюдения Земли с большой высоты, из межпланетного пространства. Все видели замечательные цветные фотографии земной поверхности, снятые Г. С. Титовым с корабля-спутника «Восток-2». Уже ведется постоянная метеорологическая служба со спутников, оборудованных телевизионными установками. По изображениям на экранах земных телевизоров можно следить за состоянием погоды в различных районах Земли, изучать движение циклонов.