Что же представляет собой Солнце, какова его природа? Над решением этого вопроса целые столетия работала человеческая мысль.
Джордано Бруно в конце XVI ст. утверждал, что Солнце – рядовая звезда вселенной. Но как доказать эту мысль? Во времена Джордано Бруно возможности науки были еще очень ограничены. Потребовались почти три века развития научных знаний, прежде чем замечательные мысли великого мученика за истину смогли быть окончательно доказаны.
Для этого, прежде всего, необходимо было определить расстояние до звезд. Эта задача оказалась исключительно трудной. Еще Аристарх Самосский догадывался, что звезды от нас неизмеримо далеки. Этот мыслитель высказывал гениальную догадку, предвосхитившую коперниковскую систему мира. Он учил, что Солнце неподвижно, а Земля обращается вокруг него. Если это так, возражали ему противники, то звезды для наблюдателя на Земле во время ее движения вокруг Солнца должны смещаться, а этого не происходит. Аристарх в свою очередь отвечал, что мы не можем заметить такое смещение, потому что диаметр орбиты, которую описывает Земля вокруг Солнца, исчезающе мал по сравнению с расстоянием до звезд. Эти замечательные мысли ученого были осмеяны, так как уровень современной ему науки не позволял их доказать. Почему же это было так трудно?
Видимое смещение звезд вследствие движения Земли вокруг Солнца – так называемое параллактическое смещение – должно быть тем меньше, чем дальше звезды. Чтобы определить это смещение, необходимо было измерить чрезвычайно малые углы, что оказалось не под силу наблюдательной технике того времени. Многие астрономы, начиная с Коперника, безрезультатно трудились над определением этих смещений, и величина расстояния до звезд долго оставалась неизвестной.
Первое правильное определение звездного расстояния
Первое правильное определение звездного расстояния в результате точнейших наблюдений и кропотливой их обработки произвел академик В. Я. Струве – русский астроном, основатель всемирно известной Пулковской обсерватории. Оказалось, что расстояние даже до ближайших звезд в сотни тысяч раз превышает расстояние от Земли до Солнца. Если вспомнить, что в астрономии за единицу измерения принимается расстояние от Земли до Солнца, то, например, расстояние ближайшей к Солнцу звезды ? (альфа) в созвездии Центавра равно 270 тыс. астрономических единиц, альфа Центавра – очень яркая звезда Южного неба. Однако Солнце кажется нам в 640 млрд. раз ярче. Принято считать, что различие блеска в одну звездную величину соответствует изменению блеска в 2,5 раза. Таким образом, если видимая звездная величина α Центавра равна нулю, для Солнца она составит –27.
А как же будет выглядеть Солнце, какова будет его светимость, если поместить его на такое же расстояние от нас, как и α Центавра?
Известно, что сила света меняется обратно пропорционально квадрату расстояния. Следовательно, Солнце, которое, как мы уже сказали, представляется нам в 640 млрд. раз ярче α Центавра, при удалении его до расстояния этой звезды будет по отношению к ней в 640 · 109 : 2700002, это отношение равно 9/10 , то есть светимость Солнца оказывается почти такой же и даже чуть меньше, чем светимость α Центавра. Были сделаны аналогичные сравнения с другими звездами и найдены звезды и ярче и слабее Солнца. По светимости Солнце оказалось средней звездой. Сильный видимый блеск Солнца объясняется его сравнительной близостью к нам.
Понятие абсолютной звездной величины
Чтобы сравнить действительную светимость звезд, астрономы ввели понятие абсолютной звездной величины, которая соответствует блеску звезд в том случае, если их расположить от нас на одинаковом расстоянии в 2 062 650 астрономических единиц. При этом абсолютная звездная величина Солнца оказалась равной +4,8, а у звезд были найдены весьма различные абсолютные величины; от –7 (наиболее блестящие) до +19 (самые слабые). Проведя эти исследования, ученые смогли утверждать, что Солнце при удалении его на звездное расстояние будет выглядеть как средняя, не особенно яркая звезда. Оно было бы тогда лишь в три раза ярче, чем самые слабые звезды, видимые невооруженным глазом.
2 062 650 – это число выбрано потому, что на таком расстоянии годичный параллакс звезды (т.е. угол, под которым со звезды можно было бы увидеть расстояние от Земли до Солнца) равен точно 0”,1 (одной десятой секунды дуги).
Чтобы иметь право утверждать, что Солнце – звезда, надо было еще установить общность физической природы светил. Решение этой задачи, казалось, упиралось в непреодолимое препятствие – грандиозность расстояния, отделяющего нас от Солнца и звезд. Но нет преград для человеческой мысли – лучи рассказали человеку о природе – светил, от которых они исходили.
Как же луч света помог изучить природу небесных светил?
Это удалось сделать путем применения спектрального анализа.
Еще в 1814 г. Фраунгофер, наблюдая солнечный спектр, установил, что его светлый фон пересекают темные линии. В 1859 г. Кирхгоф открыл причину появления этих линий. Он установил, что а) непрерывный спектр дают твердые и жидкие тела, а также газы при высоком давлении; б) спектр газа при низком давлении является прерывистым, состоящим из ярких линий, характерных для данного газа; в) газовая среда поглощает те лучи, которые она сама может испускать.
Таким образом, темные линии в солнечном спектре получили объяснение. Было установлено, что яркая светящаяся оболочка Солнца, называемая фотосферой, окружена более холодной газовой оболочкой – хромосферой. Сличение спектра Солнца со спектрами элементов, известных на Земле, позволило определить химический состав фотосферы и хромосферы Солнца.
Температура поверхности Солнца в градусах цельсия
По распределению яркости в спектре Солнца астрономы определили температуру его поверхности в 6000°С. Измерения температур поверхности звезд дали числа от 3000° до 30 000°С (температура отдельных звезд доходит до 100 000°С). Так как звездные лучи дали спектры, аналогичные солнечному, тождественность физической природы Солнца и звезд была установлена, и больше уже не могло быть сомнения в том, что Солнце – это одна из звезд.
Сравнение размеров Солнца и звезд также доказывает, что Солнце является звездой средней величины.
На основании ряда остроумных исследований астрономы установили, что в нашей звездной системе насчитывается около 100–150 млрд. звезд. Солнце, таким образом, – это рядовой член гигантского звездного «острова» – Галактики, размеры которого исчисляются 80 тыс. световых лет. Со «своей» солнечной системой светило мчится вокруг центра Галактики в результате ее вращения со скоростью около 250 км/сек. В этом «галактическом» движении Солнце сопровождают не только 9 больших планет с их спутниками, но и астероиды (число их оценивается в 100 000), кометы (числом, может быть, более тысячи миллиардов) и бесконечное множество космических камней и пылинок. Границы солнечной системы, определяемой областью, где притяжение Солнца преобладает над притяжением звезд, простираются от Солнца на расстояние до двух световых лет (около 130 000 астрономических единиц).
