Речь идет именно о Венере не случайно. Наблюдениями было установлено, что угол между лучом зрения на Солнце и на Венеру не превышает 45°. Из равнобедренного треугольника Земля — Венера — Солнце можно без труда установить, что его боковая сторона (то есть расстояние Земля — Венера или Венера — Солнце) равна 0,7 расстояния от Земли до Солнца. Значит, если измерить расстояние от Земли до Венеры, то можно определить и расстояние от Земли до Солнца. Расстояние от Земли до Венеры можно определить так. Когда Венера находится точно между Землей и Солнцем, то мы ее «видим» на диске Солнца. В этом случае определить расстояние до Венеры можно точно так же, как определяют расстояние до объекта, находящегося на земле за каким-то непреодолимым препятствием (озером, рекой). Для этого из двух пунктов проводят измерения углов между лучом зрения на объект и линией, соединяющей точки наблюдения. Зная три элемента треугольника (основание и два прилегающих к нему угла), можно определить все другие его элементы, а значит, и истинное расстояние до объекта. Значит, чтобы определить расстояние до Венеры, надо вести наблюдения за ней из двух по возможности сильно удаленных пунктов. Чем больше эта удаленность, тем выше точность в измерении расстояния.
Зная точно одно расстояние (например, от Земли до Венеры), можно определить все остальные размеры Солнечной системы. Дело в том, что наблюдение углов позволяет составить точную схему системы. Остается только установить ее масштаб. А для этого достаточно знать точно одно расстояние. Удобное положение Венера занимает не часто. Это имело место в последнее время в 1874 и 1882 гг., и в ближайшем будущем это снова произойдет 8 июня 2004 г. и 6 июня 2012 г. Но в принципе, кроме Венеры, можно использовать и положение других планет, например Марса или астероида Эроса.
Мы видим светящийся диск Солнца. Почему он светится? Тот свет, который мы видим, зарождается в центральной части Солнца, которую называют ядром. Там идут ядерные реакции, в которых ядра водорода преобразуются в ядра гелия. При этом излучаются кванты с очень высокой энергией. Такое излучение называют гамма-излучением.
Это гамма-излучение из ядра Солнца пробирается к его поверхности очень медленно. На своем пути оно встречает атомы, которые его поглощают. Но эти атомы тут же вновь излучают кванты. Но энергия их меньше энергии поглощенных квантов. Так на пути к поверхности Солнца кванты света многократно поглощаются и вновь переизлучаются. Поэтому они постепенно теряют свою энергию. Это значит, что частота излучения за время его выхода из ядра Солнца на его поверхность уменьшается. Когда излучение выходит наружу, оно становится видимым. Его мы и воспринимаем как Солнце.
Наблюдая с Земли Солнце, мы не видим, что видимый свет исходит не из поверхности, а из слоя определенной толщины. Этот слой называют фотосферой, то есть сферой света. Толщина фотосферы около 300 км.
Энергия из солнечного ядра к его поверхности переносится не только излучением. Имеется и другой способ передачи энергии от очень сильно нагретого слоя в недрах Солнца (несколько миллионов градусов) к относительно холодной его внешней части (всего 6000 градусов). Один из маститых ученых-специалистов по Солнцу сказал, что в данном случае происходит то же, что и в накаленной сковородке с овсяной кашей. Говоря проще, происходит кипение. В сущности, происходит перемешивание, благодаря которому тепло переносится от более горячих областей к менее горячим. Ученые такое перемешивание называют конвекцией.
Под видимой поверхностью Солнца находится слой солнечного газа, который кипит. Эту зону называют зоной конвекции, перемешивания солнечного вещества. Собственно, это перемешивание можно частично наблюдать с помощью телескопов. Когда горячие струи солнечного газа поднимаются к солнечной поверхности, их верхушки видны как более яркие участки фотосферы. Они горячее, поэтому и ярче. Те газы, которые успели охладиться, более темные. Они опускаются вниз. Яркие области в фотосфере имеют размеры около 700 км. Их называют гранулами. Гранулы прямо на глазах возникают и в течение нескольких минут исчезают.
Солнце не ограничивается тем ярким диском, который мы видим. Во время солнечных затмений, когда свет солнечного диска не режет нам глаза, можно видеть свечение за пределами диска. Это говорит о том, что Солнце имеет свою атмосферу.
Самую нижнюю часть солнечной атмосферы назвали хромосферой, то есть окрашенной сферой. Причиной этого послужила красно-оранжевая окраска газа. Здесь преобладает водород, а он светится красным светом. Плотность газа здесь очень малая, в сотни раз меньше плотности воздуха вблизи поверхности Земли.
Красно-оранжевый цвет хромосферы придает ей очень экзотический вид. Если наблюдать хромосферу в телескоп, то можно увидеть картину, которую сравнивают с горящей прерией. Языки красного пламени то и дело взметаются над поверхностью. Чем выше в атмосфере, тем солнечный газ более подвижен.
Выше хромосферы находится корона Солнца. Она непостоянна. Плотность вещества в короне очень малая — в миллиарды раз меньше плотности воздуха вблизи Земли. Температура газа в короне достигает миллиона градусов.
Поскольку фотосферу Солнца, то есть его видимую поверхность, человек мог наблюдать с Земли с самого начала своего существования, и без всяких приборов и инструментов, то неудивительно, что самые ранние сведения о Солнце — это сведения о фотосфере. На Солнце человек заметил пятна. Описания пятен на Солнце содержатся в древних китайских летописях, арабских и армянских хрониках, в русских летописях. Так, в Никоновской летописи за 1371–1372 гг. читаем: «…бысть знамение на Солнце, места черные на Солнце, аки гвозди… Сухомень бысть велика, и зной и жар много, яко устрашились и вострепетали людем, реки много пересохше, и озера и болота, леса и боры горяху, и земля горяше. И бысть страх и трепет на всех чеповецах, и бысть тогда дорогонь велика и глад великий по всей земле…» Теперь мы знаем на основании научных данных, что в это время был наиболее интенсивный период в активности Солнца за все время с 684 г. до н. э. и до наших дней. Но мы еще должны разобраться в том, что такое солнечная активность.
Солнечные пятна наблюдались далеко не всегда. Поэтому об этих редких событиях и записывали в хрониках и летописях. Правда, не только поэтому, а и потому, что эти периоды представлялись зловещими, они как будто предвещали большие беды, как это мы читаем в Никоновской летописи. Ясно, что без телескопов, невооруженным глазом люди могли наблюдать только выдающиеся образования на Солнце. Пятна меньших размеров оставались незамеченными.
Положение в корне изменилось с появлением первого телескопа (подзорной трубы). Наблюдения солнечных пятен в телескопы началось в начале XVII в. Их проводили практически одновременно итальянец Галилео Галилей, голландец Иоганн Фабрициус и немецкий профессор-иезуит Христофор Шейнер. Уже в 1611 г. появилась отдельная книга о солнечных пятнах. Ее написал Иоганн Фабрициус. В этой книге сообщались очень важные факты. Оказалось, что пятно со временем смещается на видимом диске Солнца, оно постепенно сдвигается к западному краю диска и затем исчезает за ним. Через определенное время (примерно две недели) то же самое пятно появится снова, но на противоположном, восточном, краю диска. Значит, мы видим то же самое пятно Солнца потому, что само Солнце вращается. Так еще в начале XVII в. было установлено, что Солнце вращается вокруг своей оси.
Шейнер открыл солнечные пятна в 1611 г., а Галилей — годом раньше. Но первым опубликовал свое открытие Фабрициус. Между учеными развернулся спор о природе солнечных пятен. Галилей и Фабрициус считали, что пятна представляет собой образования на самом Солнце. Шейнер отстаивал точку зрения, согласно которой пятно не что иное, как проекция планеты на солнечный диск. Некоторые современные исследователи считают, что точка зрения Шейнера определялась его должностью профессора-иезуита. Так ли это?
Разгадать природу солнечных пятен не удалось ни одному из трех ученых. Предстояло еще многие узнать о них путем многолетних наблюдений, прежде чем природа солнечных пятен стала проясняться. Шейнер проводил наблюдения солнечных пятен вплоть до 1627 г. и результаты своих наблюдений описал в объемном труде. Примерно в это же время (1626 г.) включился в эту работу добровольно и самоотверженно скромный немецкий аптекарь Генрих Швабе. По современной терминологии, наблюдение за Солнцем было хобби Швабе. Ученые называют таких энтузиастов астрономами-любителями. Астрономия очень многим обязана им. Они на свои средства и без всякого за то вознаграждения дали науке очень много полезных (порой незаменимых) наблюдательных данных. Незаменимых потому, что велись эти наблюдения с поразительной настойчивостью и постоянством. Так, начиная с 1726 г. и до своей кончины Генрих Швабе независимо от своего самочувствия направлял свой телескоп на Солнце и вел в журналах детальные записи обо всем увиденном на солнечном диске.
Только после 17 лет наблюдений Г. Швабе решил опубликовать свои результаты. Они состояли в том, что количество пятен на Солнце меняется во времени. Мало того, оно меняется периодически. Так, примерно каждые 10 лет число солнечных пятен достигает максимальной величины, после чего в течение примерно пяти лет постепенно уменьшается, достигая самой малой величины. После этого минимума число пятен снова увеличивается (также на протяжении пяти лет) и достигает своего максимума.
Много лет результаты Швабе оставались незамеченными в ученом мире даже после их опубликования в 1743 г. Только благодаря знаменитому Александру Гумбольту эти результаты стали широко известными. Он описал их в своей книге «Космос», которая вышла в свет спустя 8 лет после публикации самого Г. Швабе. С этого момента начинается новый этап в изучении солнечной активности, который продолжается и в наше время. Он связан неизменно с именем Рудольфа Вольфа.