Раздел 4 Познание солнечной системы

4.1. Аристарх Самосский (310–230 гг. до н. э.) придумал остроумный способ определения расстояния от Земли до Солнца. Он предложил сравнить интервалы времени между новолунием и первой четвертью, а также между первой четвертью и полнолунием. Чем ближе расположено Солнце к Земле, тем больше должна быть разница между этими интервалами времени.

На рисунке показаны Солнце (S), Земля (E) и орбита Луны. Положение Луны в точках N, Q и F соответствует новолунию, первой четверти и полнолунию. Из простых геометрических соображений следует, что ∠HEQ=∠ESQ, следовательно, HQ/HE=QE/ES. Аристарх из наблюдений определил, что первая четверть синодического месяца (от новолуния до первой четверти) почти на 12 часов короче второй. Отсюда он получил, что расстояние Солнце — Земля приблизительно в 19 раз больше расстояния Земля — Луна. Это значение признавалось астрономами на протяжении более чем полутора тысяч лет.

К задаче 4.1. Метод Аристарха Самосского определения расстояния до Солнца.

Почему теоретически безупречный метод Аристарха дал такую большую погрешность при определении отношения расстояний до Луны и до Солнца?

4.2. Почему солнечный параллакс не определяют путём наблюдения самого Солнца, как это делается с планетами и звёздами? Какие наблюдения проводят для определения параллакса Солнца?

4.3. В начале XVIII в. Эдмонд Галлей предложил простой способ определения суточного параллакса Солнца: предлагалось наблюдать прохождение Венеры по диску Солнца из двух точек на земной поверхности, удалённых одна от другой по широте. У каждого наблюдателя видимая траектория Венеры на фоне солнечного диска изобразится отрезком прямой, но из‑за параллактического смещения эти отрезки будут иметь разную длину. Определив интервалы времени между вступлением и сходом планеты с диска Солнца, можно легко найти длины хорд в угловом измерении и по ним вычислить расстояние между хордами, которое будет равно разности параллаксов Венеры и Солнца. Отношение параллаксов известно и равно обратному отношению расстояний Солнце — Земля и Солнце — Венера. Из этих двух соотношений простое вычисление позволяет найти истинное значение параллаксов Солнца и Венеры, первый из которых очень важен для определения всех расстояний в Солнечной системе. Почему метод Галлея, несмотря на принципиальную простоту и несложность в практическом плане, давал большую погрешность и был заменён другими, более точными методами?

4.4. Метод определения параллакса Солнца по наблюдениям Марса во время его противостояния был предложен французскими учёными Д. Кассини и Ш. Рише. Он даёт точность в 2–3 раза более высокую, чем наблюдения прохождения Венеры по диску Солнца. Суть метода заключается в измерении параллактического смещения планеты при наблюдении её из различных точек Земли. Для вычисления солнечного параллакса по этим данным используется известное значение отношения больших полуосей орбит Земли и Марса. Почему и этот метод определения солнечного параллакса был отвергнут? Позиционные наблюдения каких объектов дают самую высокую точность определения солнечного параллакса?

4.5. Наблюдения какой малой планеты позволили определить параллакс Солнца с высокой точностью?

4.6. Как измерить расстояние от Земли до Солнца, производя в течение года спектральные наблюдения звёзд, расположенных близ эклиптики?

4.7. На основе жизненного опыта сделайте качественные заключения о расстоянии до Солнца, а также о форме, температуре поверхности, спектре и фазовом состоянии вещества светила.

4.8. Почему некоторое время существовала гипотеза о том, что Солнце — твёрдое, холодное тело, окружённое светящейся оболочкой?

4.9. Известны наблюдения солнечных пятен до изобретения телескопа или без его использования. Каким образом они проводились?

4.10. Какие наблюдения солнечных пятен подтвердили их принадлежность к светилу?

4.11. Каким образом было обнаружено вращение Солнца?

4.12. Почему наблюдатели XVII‑XIX веков давали весьма противоречивые данные о периоде вращения Солнца? Галилей — примерно лунный месяц, Шейнер — 27^d, Кассини — 25,58^d, Деламбр — 25^d, Ложье — 25,34^d, Бем — 25,52^d, Кизеус — 25,09^d. Данные Галилея и Шейнера относятся к синодическому периоду вращения Солнца.

4.13. В учебных изданиях часто указывается, что сидерический период вращения экваториального пояса Солнца составляет 25 суток. Так ли это?

4.14. Вращение Солнца происходит с востока на запад, т. е. восточный край приближается к нам, а западный удаляется. Земля же вращается с запада на восток. Параллельны или антипараллельны векторы угловых скоростей Солнца и Земли?

4.15. Английский астроном Р. К. Кэррингтон (1826–1875) обнаружил, что в начале июня и начале декабря каждого года движение солнечных пятен по диску светила происходит по прямым линиям; с июня по декабрь пятна движутся по кривым, выгнутым к северу, а с декабря по июнь — выгнутым к югу. С чем связаны такие вариации траекторий солнечных пятен?

4.16. Как отличить солнечное пятно от планеты, оказавшейся между наблюдателем и Солнцем?

4.17. Немецкий астроном — любитель Генрих Швабе (1789–1875) многие годы неутомимо и терпеливо пытался обнаружить гипотетическую планету внутри орбиты Меркурия во время её прохождения по диску Солнца. Для этого он систематически, начиная с 1826 года, в течение 43 лет зарисовывал расположение пятен на солнечной поверхности. Новую планету он не нашёл. Однако, потерпев в своих поисках неудачу, он всё же сделал важное открытие, касающееся самого Солнца. Что обнаружил Швабе?

4.18. Швейцарский астроном профессор Рудольф Вольф (1816–1893) интенсивно занимаясь в течение полустолетия наблюдениями и статистикой солнечных пятен, ввёл в астрономическую практику относительное число для измерения их количества на видимом диске Солнца, которое сейчас называют числом Вольфа (W ). Его вычисляют по формуле W=k(10g + f), где g — количество групп пятен, включая одиночные пятна; f — общее количество пятен; k — индивидуальный коэффициент наблюдателя, в основном зависящий от его инструмента и условий наблюдения. Почему более удобной характеристикой пятнообразовательной деятельности Солнца оказалось число Вольфа, а не просто общее число пятен? Почему число Вольфа до настоящего времени широко используется в астрономии? Почему критерием активности Солнца также являются числа Вольфа? Какой физический смысл имеет это число? Как определяется коэффициент k?

4.19. Известный американский исследователь Солнца Чарльз Юнг (1834–1908) отметил, что тень солнечного пятна кажется не чёрной, а тёмно — пурпурной Возможной причиной этого явления предполагалась хроматическая аберрация объектива, но выяснилось, что это настоящий цвет тени. Почему солнечные пятна имеют тёмно — красный цвет?

4.20. Появление пар солнечных пятен, имеющих, как известно, разную магнитную полярность, объясняется выходом на поверхность Солнца магнитной силовой трубки. Какую структуру имеет локальное магнитное поле, если на данном участке солнечной поверхности существует только одиночное пятно? Кто впервые выяснил это?

4.21. Любой земной базис недостаточен для получения объёмного изображения Солнца или деталей его поверхности. Каким образом английский астроном Уоррен Де ла Рю в 1861 г. получил первый стереоскопический снимок солнечного пятна?

4.22. Можно ли использовать метод Де ла Рю для получения стереоскопического изображения всего диска Солнца?

4.23. Как Г. Р. Кирхгоф (1824–1887) опроверг бытовавшее в его время мнение, что Солнце — холодное твёрдое тело, окружённое раскалённой оболочкой?

4.24. В середине XIX в. вопрос об источнике энергии Солнца Дж. Гершель называл «великой тайной». Среди первых научных гипотез на этот счёт было предположение, что наше дневное светило является раскалённым остывающим телом или представляет собой химически горящее тело. Юлиус Роберт Майер (1814–1878) показал, что даже если Солнце состояло бы из чистого каменного угля, оно сгорело бы за исторически короткий промежуток времени. Сделайте оценку этого времени.

4.25. Ю. Р. Майер был автором метеоритной гипотезы происхождения энергии Солнца. Какие наблюдения и теоретические соображения опровергли эту гипотезу?

4.26. Известный физик Гельмгольц в 1854 г. выдвинул идею об излучении Солнца за счёт его гравитационного сжатия. Опровергнута ли в настоящее время эта гипотеза?

4.27. Для определения температуры поверхности Солнца профессор В. К. Цераский использовал вогнутое зеркало диаметром 1 м. Измерения температуры изображения диска Солнца по плавлению разных металлов, помещённых в фокусе зеркала, давали различные значения — вплоть до 3500°, что почти в два раза меньше температуры, определённой современными исследованиями. Какова причина неточности результатов, полученных В. К. Цераским — ошибка метода или ошибка измерений?

4.28. В 1870–х годах выдвигались принципиально разные предположения о температуре поверхности Солнца: Ватерстон и Секки полагали, что температура Солнца достигает нескольких миллионов градусов, а Пуйе и другие учёные считали, что она меньше 2000 градусов. В чём была причина столь резкого различия в оценке температуры Солнца?

4.29. Французский учёный Этьен Малюс (1775–1812) исследовал двойное лучепреломление, рассматривая отражённое в стекле изображение Солнца, прошедшее через кристалл исландского шпата. При некоторых положениях стекла и кристалла были видны два изображения Солнца, а при определённом положении только одно изображение. Почему в качестве источника света учёный использовал Солнце? Почему в опыте были использованы два оптических предмета: стекло (а не зеркало) и кристалл? Каков астрофизический аспект опыта?

4.30. Один из старых способов телескопического наблюдения фотосферы Солнца состоял в применении обычного окуляра, снабжённого тёмным светофильтром. Этот способ был опасен для глаз, поскольку светофильтр иногда лопался от перегрева. Для уменьшения нагрева светофильтра на объектив телескопа надевали крышку с небольшим центральным отверстием. Почему этот способ практически вышел из употребления даже у астрономов — любителей?

4.31. Фотографирование Солнца с помощью обычного телескопа вызывает большие затруднения из‑за огромной яркости объекта: требуются чрезвычайно короткие экспозиции, а при установке затвора рядом с фотопластинкой, близ фокуса телескопа, затвор сильно страдает от нагрева. Как астрономы решили эту задачу в середине XIX века?

4.32. В 1802 г. известный физик-оптик Уильям Волластон впервые со времён Ньютона заменил в спектроскопе круглое отверстие узкой щелью и тем самым увеличил разрешающую способность спектрографа. В спектре Солнца учёный обнаружил семь тёмных линий, которые он принял за естественные границы различных цветов спектра. Что за линии были обнаружены им в спектре Солнца?

4.33. Изучая абсорбционные линии в спектре Солнца, шотландский физик Дэвид Брюстер (1781–1868) обнаружил, что существуют особого сорта линии, почти незаметные, когда Солнце находится высоко над горизонтом, но становящиеся темнее и шире, когда Солнце приближается к горизонту. Как объяснить это явление?

4.34. Астроном Бауэр обнаружил, что изменение наблюдаемого глобального магнитного поля Солнца происходит с периодом в 33^d. Почему магнитное поле Солнца изменяется именно с таким периодом?

4.35. С поверхности Земли солнечные протуберанцы невидимы по той же причине, что и звёзды днём: увидеть их мешает рассеянный в земной атмосфере свет Солнца. Если бы удалось уменьшить яркость дневного неба, не ослабляя яркости протуберанцев, то протуберанцы можно было бы изучать не только в краткие моменты солнечных затмений, но и вообще в любой день. Как эта задача была решена астрономами XIX века?

4.36. Почему древние египтяне изображали Солнце в виде диска с крыльями?

4.37. До 1860–х годов происхождение солнечной короны приписывали лунной атмосфере, а после того, как было доказано её отсутствие — земной атмосфере. Как и когда доказали, что корона принадлежит Солнцу?

4.38. Внутренняя корона Солнца значительно ярче полной Луны. Почему же Луна видна днём, а солнечная корона — нет?

4.39. Солнце вращается, а вращается ли его корона?

4.40. В годы максимума активности Солнца на его диске наблюдается больше пятен. Уменьшается ли при этом светимость Солнца?

4.41. Известный французский физик, один из основоположников фотометрии, Пьер Бугер в 1725 г. сравнил потоки света от Солнца и Луны, используя для этого рассеивающую линзу и свет свечи. Он нашёл, что средняя освещённость от Солнца в 300 тыс. раз превышает освещённость от полной Луны. Согласуется ли это с современными измерениями?

4.42. Каким образом В. Гершель в 1800 г. впервые обнаружил инфракрасное излучение Солнца?

4.43. Широко известен метод определения гелиоцентрического расстояния нижней планеты по отношению к расстоянию Солнце- Земля путём измерения угла наибольшей элонгации планеты. Однако со времён Гиппарха существует также подобный способ определения относительного расстояния верхней планеты от Солнца. Какие угловые измерения и вычисления необходимо произвести, чтобы найти искомое расстояние?

4.44. В 1674 г. известный учёный сформулировал принципы движения планет:

1) все небесные тела обладают собственным центром притяжения и, вообще говоря, притягивают не только собственные части;

2) все тела, начав однажды двигаться равномерно и прямолинейно, продолжают двигаться прямолинейно, пока действие другой силы не заставит их отклониться от своего пути, и тогда они будут вынуждены описывать окружность, эллипс или какую‑либо другую кривую;

3) силы притяжения действуют тем активнее, чем ближе находится к центру притяжения тело, на которое они действуют.

Кому принадлежат эти абсолютно верные заключения?

4.45. Коперник утверждал, что характер движения всех планет, включая Землю, одинаков. А какой учёный выдвинул предположение об одинаковой природе Земли и планет?

4.46. Кто и как впервые доказал, что движение планет связано с силовым воздействием Солнца?

4.47. Какой известный физический механизм был предложен Кеплером для объяснения динамического действия Солнца на планеты? (Всеобщее действие гравитации в то время ещё не было осознано.)

4.48. В первой четверти XX века некоторое время была популярна катастрофическая гипотеза образования Солнечной системы, предложенная Дж. Джинсом. Согласно ей, планеты возникли в результате приливных явлений при близком прохождении около Солнца другой звезды. Почему эта гипотеза позже была отвергнута?

4.49. Французский астроном, математик и физик П. С. Лаплас (1749–1827) обратил внимание на поразительные совпадения в Солнечной системе: движение всех планет, вращение Солнца, Земли, Марса, обращение спутников около своих светил — всё это совершается в одном направлении; все планетные орбиты мало отличаются от окружностей. Со всеми ли выводами Лапласа можно согласиться? Каков космогонический аспект заключения учёного?

4.50. Каким образом В. Гершель в 1783 г. установил, что Солнечная система движется в направлении созвездия Геркулеса?

4.51. Известно, что максимальная высота Солнца над горизонтом меняется при перемещении наблюдателя вдоль меридиана. Какое толкование этому явлению дал древнегреческий астроном Анаксагор, исходивший из представлений о плоской Земле?

4.52. Какие убедительные свидетельства выпуклости земной поверхности и шарообразности Земли, основанные на наблюдениях, выполненных из разных точек планеты, привёл в своей книге «О вращениях небесных сфер» Николай Коперник?

4.53. Наблюдатели ещё две тысячи лет назад отмечали, что земная тень на диске Луны всегда имеет форму круга. Какой вывод о форме Земли сделали античные учёные на основании этого факта?

4.54. Путём измерений на поверхности Земли в античные времена и в средние века были достаточно точно определены размеры земного шара. Какие методы при этом использовали учёные?

4.55. Как по измерениям на поверхности Земли было доказано её сжатие у полюсов?

4.56. Какие физические эксперименты позволили установить сжатие Земли вдоль её оси вращения?

4.57. Какие физические доводы приводились в античное время и в средние века против идеи о вращении Земли?

4.58. Кто из учёных впервые показал, что вращающаяся планета не может иметь сферическую форму? Качественно поясните доказательство сплюснутости Земли у полюсов.

4.59. В сентябре 1852 г. французский физик — экспериментатор Леон Фуко изобрёл удобный и компактный прибор для доказательства вращения Земли. Прибор представлял собой массивное быстровращающееся тело, ось вращения которого имела возможность свободно поворачиваться в пространстве. Для этого система помещалась в карданов подвес. Как Фуко назвал этот прибор? Каким образом с его помощью можно было доказать вращение Земли? На каком физическом принципе основано его действие?

4.60. Известный физик Уильям Томсон в 1862 году указал, что существование морских приливов свидетельствует о наличии у Земли толстой твёрдой коры. Какие рассуждения привели учёного к этому выводу?

4.61. Современные справочники указывают, что гражданские сумерки продолжаются, пока Солнце не опустится под горизонт на 6°, навигационные — на 12°, астрономические — на 18°. Являются ли указанные значения условными или они имеют физическое обоснование?

4.62. Расчёт физика Бенедикта Прево в 1816 г. показал, что в течение столетия земная атмосфера за счёт химических и биологических процессов теряет 1/7200 часть всего кислорода, содержащегося в воздухе. Корректна ли оценка Прево, по которой через несколько миллионов лет атмосфера Земли не будет содержать этого жизненно важного газа?

4.63. Впервые цвет Земли, какой она представляется наблюдателю из космоса, астрономы определили путём наземных наблюдений другого космического тела. Как и кем это было сделано?

4.64. Известный советский учёный Отто Юльевич Шмидт (1891–1956) выдвинул в 1943 г. космогоническую гипотезу, согласно которой современный рост массы Земли является продолжением процесса аккумуляции вещества, начавшегося несколько миллиардов лет назад и приведшего к образованию планеты. Прав ли был учёный?

4.65. Какой сосуд дал имя наиболее распространённой детали рельефа на поверхности многих тел Солнечной системы?

4.66. Какое важное для человека свойство Луны отражено в её славянском названии?

4.67. Какое другое важное свойство Луны отражено в её современном общепринятом названии?

4.68. Мог ли астроном до изобретения телескопа составить карту Луны?

4.69. На чём основывалась убеждённость античных учёных, что Луна — ближайшее к Земле космическое тело, а Марс, Юпитер и Сатурн — более удалённые, причём по удалению от Земли они располагаются именно в таком порядке?

4.70. Какие данные о движении Луны помогли И. Ньютону открыть закон всемирного тяготения?

4.71. Какую работу немецкого астронома Иоганна Мюллера (1436–1476), прозванного Региомонтаном, использовал Христофор Колумб, чтобы поразить воображение туземцев Ямайки угрозой «отобрать у них Луну с неба»?

4.72. Немецкий астроном Иоганн Вернер (1468–1522) предложил в 1514 г. метод определения долготы пункта на поверхности Земли из астрометрических наблюдений Луны, так называемый метод лунных расстояний. В чём суть этого метода? Кто разработал точную теорию движения Луны, позволившую практически использовать метод лунных расстояний?

4.73. В 1693 г. Эдмонд Галлей, сравнивая обстоятельства лунных затмений, наблюдавшихся античными и современными ему астрономами, открыл, что Луна движется ускоренно, т. е. приходит в предвычисленную точку неба с некоторым опережением по времени. Какова причина этого векового ускорения Луны?

4.74. Наблюдения Авенира Александровича Яковкина (1887–1974), проведённые в 1915–1931 гг. на Энгельгардтовской обсерватории под Казанью, позволили с высокой точностью определить характер физической либрации Луны. Сущность этого явления заключается в неравномерном осевом вращении Луны, вследствие чего происходит небольшое, в несколько угловых минут, периодическое смещение видимого центра лунного диска. Периодические изменения угловой скорости вращения известны и у Земли, но их причина — сезонные перемещения воздушных и водных масс, и, как следствие, изменение момента инерции Земли. Таких процессов на Луне быть не может. Какова причина физической либрации Луны?

4.75. Луна представляется глазу плоским диском. Какой общеизвестный факт был приведён Аристотелем в пользу шарообразности Луны?

4.76. Ещё Галилей отметил, что края и середина диска Луны имеют одинаковую яркость. Какой вывод он сделал относительно свойств поверхности нашего спутника?

4.77. Астрономы В. Бер (1797–1850) и И. Г. Мёдлер (1794–1874), наблюдавшие вместе Луну, отмечали, что Море Кризисов, Море Ясности и Море Влажности имеют зелёный цвет. Некоторые наблюдатели того времени истолковывали этот факт как наличие в лунных морях растительности. Почему французский учёный Франсуа Араго (1786–1853) подверг сомнению зелёный цвет морей?

4.78. На Луне, особенно при боковом освещении, отчётливо видны неровности рельефа, однако край лунного диска почти всегда кажется ровным. Как объяснял этот факт Галилей?

4.79. С XIX века в астрономии не утихала дискуссия между сторонниками вулканической и метеоритной гипотез происхождения лунных кратеров. Одним из возражений против метеоритной гипотезы долгое время считалась круглая форма практически всех кратеров: казалось, что это невозможно при разнообразных углах падения метеоритов. Почему метеоритная гипотеза всё таки победила?

4.80. Известные исследователи планетной системы Н. П. Барабашов и А. В. Марков ещё в 1920–е годы показали, что любой объект на Луне имеет максимальную яркость не во время наибольшей высоты Солнца над горизонтом Луны, а в полнолуние (эффект Барабашова-Маркова). С чем связан этот эффект?

4.81. В научно — фантастическом произведении И. Кеплера «Сон, или Лунная астрономия» описаны астрономические явления, якобы наблюдавшиеся с поверхности Луны. В современных терминах один из отрывков звучит так:

«Луна состоит из двух полушарий: одно обращено к Земле, другое — в противоположную сторону. С первого всегда видна Земля, со второго Землю увидеть невозможно. Наблюдателям первого полушария кажется, что Земля на их небе неподвижна, но они легко могут заметить её суточное вращение. На Луне происходит смена дня и ночи, однако, в отличие от Земли, день на Луне всегда равен ночи, их продолжительность не меняется в течение года»

(Кеплер, 1982).

Верны ли сведения о Луне, приведённые Кеплером?

4.82. Иоганн Кеплер в своём произведении «Сон, или Лунная астрономия» утверждал:

«Луна в Исландии часто бывает не видна в то самое время, когда другие народы наблюдают полнолуние».

Верен ли расчёт Кеплера? Ведь сам он никогда в Исландии не был, да и вообще не покидал пределов Центральной Европы. К какому времени года относится замечание замечание Кеплера о невидимости полной Луны в Исландии, которая расположена на широтах от 63° до 66°?

4.83. Галилей в книге «Пробирных дел мастер» пишет:

«На вопрос о том, почему Луна не гладкая и не скользкая, я отвечу, что Луна и все другие планеты внутри темны и сверкают, только когда их освещает Солнце. Следовательно, их поверхность должна быть шероховатой, ибо если бы она была гладкой и скользкой, как зеркало, то отражённый от них свет не достигал бы нас, и они остались бы невидимы»

(Галилей, 1987, с. 178).

Согласны ли вы с рассуждениями Галилея?

4.84. В 1928 г. советские учёные Л. И. Мандельштам и Н. Д. Папалекси высказали идею о возможности радиолокации Луны, которая была реализована в 1946 г. в Венгрии и США. Радиолокация выявила, что Луна отражает радиоволны как гладкий зеркальный шар. Почему в оптическом диапазоне Луна представляется шероховатой, а в радиодиапазоне — гладкой?

4.85. С давних пор названия краёв лунного диска, наблюдаемого невооружённым глазом, астрономы определяли по сторонам земного горизонта: левый (для наблюдателей Северного полушария) край, обращённый к восточной стороне горизонта, считался восточным , а правый край — западным . Почему же после начала исследования Луны космическими аппаратами учёные решили правый край лунного диска называть восточным, а левый — западным?

4.86. Кеплер был уверен, что на Земле нет кольцеобразных гор, подобных лунным кратерам. По его мнению, кольцеобразные горы на Луне созданы не природой — это работа обитателей Луны: углубления вырыты ими, чтобы укрываться в тени от палящих лучей Солнца. Найдите слабое место в предположении Кеплера.

4.87. Французский астроном Бернар Лио на основании поляризационных измерений, проведённых в 1921–1929 гг., пришёл к заключению о том, что Луна покрыта слоем пористого материала, похожего на вулканический пепел. Найден ли вулканический пепел на Луне?

4.88. Многочисленные попытки обнаружить лунную атмосферу по рефракционным эффектам во время покрытия звёзд Луной дали отрицательный результат. Однако весьма незначительная (13˝) рефракция всё же была обнаружена на длине волны 3,7 см английским астрономом Ильсмуром 24 января 1956 г. во время покрытия Луной Крабовидной туманности. Доказывает ли это наблюдение наличие у Луны атмосферы?

4.89. Некоторые наблюдатели в XIX веке отмечали, что во время полной фазы солнечного затмения Луна приобретает вид чёрного шарообразного тела. С чем может быть связано это явление?

4.90. Почему в середине полной фазы лунного затмения Луна кажется объёмной, в то время как вне земной тени она представляется плоским диском?

4.91. Почему при полной фазе солнечного затмения, как отмечают наблюдатели, человеческие лица приобретают оливковый или зеленоватый оттенок?

4.92. По свидетельству очевидца кольцеобразного затмения 1737 г. в Эдинбурге, без закопчённого стекла невозможно было различить тёмную Луну на диске Солнца. На такой же эффект обратил внимание астроном Бейли во время затмения 1836 года. По его мнению, ослабление дневного света было едва ли заметнее, чем при «набежавшем на Солнце облачке». Почему яркость Солнца во время кольцеобразного затмения остаётся очень высокой?

4.93. Во время полного солнечного затмения 8 июля 1842 г. в Липецке Отто Струве, сын В. Я. Струве, обратил внимание, что «многие образованные зрители не хотели верить, что затмение было на самом деле полным». Почему Солнце продолжало ярко светить, несмотря на то, что его диск был закрыт Луной?

4.94. Ещё древние астрономы отмечали, что во время полного лунного затмения диск Луны почти никогда не исчезает из виду совершенно. В чём причина этого явления?

4.95. По расчётам Вильяма Гершеля, для того, чтобы Луна оставалась видимой, находясь в тени Земли во время полной фазы лунного затмения 22 октября 1790 г., преломление солнечных лучей в земной атмосфере должно было превосходить 54´, что казалось Гершелю невозможным. Он предпочёл допустить, вслед за некоторыми древними учёными, что Луна имеет собственное слабое свечение. Опровергните это мнение.

4.96. В каком случае яркость Луны больше во время полной фазы теневого затмения: когда Луна в перигее или в апогее?

4.97. Астрономы XIX столетия отмечали, что во время лунных затмений размеры теневого конуса Земли оказывались больше, чем это давали вычисления. Относительное увеличение радиуса тени отмечалось Майером, Мёдлером, Бером в пределах от 1/28 до 1/60. Как могут давать тень прозрачные слои земной атмосферы?

4.98. Во время лунных затмений 16 июня 1666 г. в Тоскане и 26 мая 1668 г. в Париже было отмечено, что Луна всходила уже затмившейся, в то время как Солнце ещё находилось в западной части неба около горизонта. Подобное явление замечали и древнегреческие наблюдатели. В чём причина столь странного поведения Луны?

4.99. Почему спектр вспышки, зафиксированный бесщелевым спектрографом в момент касания диском Луны края солнечной фотосферы, имеет вид набора дуг разной длины?

К задаче 4.99. Негативное изображение спектра вспышки, полученного во время солнечного затмения при помощи призматической камеры без щели.

4.100. Участник английской экспедиции на Новую Землю Э. Г. Шеклтон (1874–1922) во время солнечного затмения 1896 г. получил снимок спектра короны при помощи призменной камеры и обнаружил, что линии водорода, гелия и кальция, хорошо заметные в изображениях протуберанцев, совершенно не наблюдаются во внутренней короне. Действительно ли данные химические элементы отсутствуют в короне Солнца?

4.101. Какую гипотетическую планету хотели назвать Вулканом?

4.102. Французский астроном Урбен Ж. Ж. Леверье (1811–1877), блестяще предсказавший существование планеты Нептун, после длительных исследований движения Меркурия обнаружил «избыточное» смещение перигелия планеты на 38˝ в столетие. Для объяснения этого явления он в 1859 г. предположил существование в Солнечной системе неизвестной планеты, находящейся вдвое ближе к Солнцу, чем Меркурий, и по массе сравнимой с ним. Обнаружена ли интрамеркуриальная планета, предсказанная Леверье?

4.103. В 1882 г. Джованни Скиапарелли предпринял систематическое исследование поверхности Меркурия. В отличие от других астрономов, свои наблюдения он проводил днём. В чём состоит преимущество дневных наблюдений Меркурия?

4.104. Каким образом в 1874 г. посредством фотометрических наблюдений было доказано, что поверхность Меркурия по рельефу и цвету очень похожа на лунную? Это открытие было подтверждено только через 100 лет при помощи изображений, переданных космическим аппаратом.

4.105. Почему у древних греков для Венеры существовало не одно, а два имени: Фосфорос и Гесперис?

4.106. С помощью каких наблюдений М. В. Ломоносов смог доказать существование у Венеры плотной атмосферы?

4.107. Свечение ночной стороны Венеры впервые было замечено в 1645 г. А в 1873 г. было высказано предположение, что происхождение «пепельного света» Венеры то же, что и пепельного света Луны — освещение тёмной стороны планеты полной Землёй. Опровергните эту гипотезу.

4.108. Астрономы XIX века настойчиво пытались исследовать поверхность Венеры. Неровности на линии терминатора, вызванные, как мы теперь понимаем, неоднородностью облачного покрова планеты, они принимали за горы. Немецкий астроном Иоганн Шрётер (1745–1816) даже предполагал существование на Венере гигантского горного массива высотой 43 км. Могут ли быть на Венере столь высокие горы?

4.109. Может ли на поверхности Венеры существовать жидкая вода?

4.110. Почему происходят и как проявляются сезонные изменения на поверхности Марса, впервые обнаруженные В. Гершелем и подтверждённые известными исследователями Марса — Фламмарионом, Скиапарелли и Ловеллом?

4.111. В 1830 г. Джон Гершель первый пришёл к правильному выводу, что цвет Марса обусловлен цветом его почвы, сходной с земными песчаниками. Однако в то время существовала и альтернативная гипотеза, объясняющая красный цвет Марса поглощением в его атмосфере голубой части спектра Солнца. Какие наблюдения позволили отвергнуть эту гипотезу?

4.112. Во второй половине XIX века предполагалось, что климат на Марсе довольно мягкий. Основывалась эта гипотеза на том, что зимой полярные шапки занимают сравнительно малую часть поверхности, тогда как, учитывая удалённость планеты от Солнца, снег должен покрывать всё зимнее полушарие Марса. Как было доказано, что климат на Марсе суровый?

4.113. «Каналы» на Марсе и спутники Марса были открыты в 1877 г. соответственно итальянским астрономом Дж. Скиапарелли и американским — А. Холлом. Случайно ли то, что оба открытия, вызвавшие широкий резонанс среди учёных и в обществе, были сделаны в одно время?

4.114. В первой половине XX столетия известный русский астроном Гавриил Адрианович Тихов (1875–1960) пытался доказать существование растительности на Марсе, сравнивая спектры марсианских морей и зелёных растений Земли. Однако в спектре марсианских морей не был обнаружен избыток инфракрасных лучей, свойственный земным растениям. Какую остроумную интерпретацию этого факта предложил Г. А. Тихов, чтобы согласовать его со своей гипотезой, которая позже всё же была отвергнута?

4.115. В книге Камиля Фламмариона (1842–1925) «Живописная астрономия» обсуждаются условия видимости Марса в эпоху великого противостояния:

«Так как середина лета в южном полушарии Марса случается в эпоху прохождения его через перигелий, то именно это полушарие лучше всего бывает видно для нас, и его‑то мы и наблюдаем в то время, когда планета находится в наименьшем расстоянии от нас. Отсюда понятно, что южное полушарие планеты мы знаем гораздо лучше, чем северное. Пройдут многие тысячелетия, прежде чем северный полюс Марса можно будет увидеть с Земли даже на таком расстоянии, как половина расстояния Земли от Солнца, т. е. 75 млн. км»

(Фламмарион, 1897, с. 383).

Что имел в виду Фламмарион, утверждая, что через тысячи лет земным астрономам станет удобнее наблюдать северное полушарие Марса?

4.116. В 1610 г., наблюдая в телескоп одну из ярких планет, Галилей заметил, что она как бы состоит из трёх соприкасающихся «звёзд». В соответствие с традицией той эпохи, он сообщил о своём открытии в виде анаграммы — набора букв, которые после правильной перестановки давали фразу: Высочайшую планету тройною наблюдал. Через два года крайние «звёздочки» исчезли, и у планеты остался виден лишь центральный диск. Кто завершил открытие Галилея и в чём оно состояло?

4.117. Кто и когда открыл структуру колец Сатурна? Когда была впервые обнаружена их тонкая структура?

4.118. Уже античным астрономам были известны пять ближайших планет, включая Сатурн. Почему же остальные планеты Солнечной системы начали открывать только на исходе XVIII века?

4.119. Почему В. Гершель, открыв в 1781 г. планету Уран, вначале принял её за комету?

4.120. До наблюдения В. Гершелем планеты Уран в 1781 г. её положение 17 раз измеряли другие наблюдатели. Почему же честь открытия планеты принадлежит именно Гершелю?

4.121. Каким образом, несмотря на очень медленное перемещение Урана по небу, его орбита была вычислена всего через несколько месяцев после открытия Гершеля?

4.122. Какая планета и каким образом была открыта спустя более чем две сотни лет после её первого наблюдения?

4.123. Каким образом Клайд Томбо в феврале 1930 г. открыл планету Плутон, имевшую в это время пятнадцатую звёздную величину? Как была выбрана область неба, где удалось обнаружить столь неяркую планету?

4.124. Планета Плутон, удалённая от Солнца на 40 а.е., получила своё название по имени древнеримского бога подземного царства. Мотивом для такого названия послужила скудность освещения планеты Солнцем. Но так ли уж темно на Плутоне на самом деле?

4.125. В связи с катастрофой американского космического корабля «Челленджер», случившейся в начале 1986 г., намеченные на май 1986 г. запуски автоматических станций «Галилео» к Юпитеру и «Улисс» к полярным областям Солнца были отложены на 13 месяцев. Почему именно на 13?

4.126. Кто первым предсказал существование планеты между Марсом и Юпитером? На чём основывалось это предположение?

4.127. Первую малую планету — Цереру — открыл 1 января 1801 г. Джузеппе Пиацци (1746–1826) по её видимому перемещению относительно звёзд в течение шести недель января и февраля 1801 г. и по наличию у неё прямого и попятного движений. Затем, прервав из‑за болезни свои наблюдения, учёный уже не смог найти эту планету на небе. Какое расположение Цереры относительно Земли способствовало её открытию? Кто из учёных своими теоретическими трудами облегчил повторное обнаружение Цереры на звёздном небе?

4.128. Какие космические объекты Пиацци предложил называть (в переводе на русский язык) планетоподобными, а Гершель — звездоподобными? Какие термины используются для этих тел в настоящее время?

4.129. Названия спутников Марса — Фобос и Деймос — в переводе на русский язык означают, соответственно, «страх» и «ужас». Почему эти спутники получили столь мрачные названия?

4.130. Каким образом в 1877 г., проводя визуальные телескопические наблюдения, Асаф Холл открыл очень слабые спутники Марса?

4.131. Луна посредством приливов замедляет вращение Земли и увеличивает свой период обращения вокруг Земли. Оказывает ли такое же действие Фобос на Марс?

4.132. Как Галилей доказал, что четыре маленькие звёздочки, обнаруженные им вблизи Юпитера, являются спутниками этой планеты?

4.133. Датский астроном Оле Рёмер (1644–1710) обнаружил в 1675 г., что затмение спутников Юпитера наступает раньше предвычисленных моментов при меньших расстояниях между Землёй и Юпитером и позже — при больших расстояниях между ними. Какой чрезвычайно важный физический вывод сделал Рёмер из этих наблюдений, и какую фундаментальную физическую константу он при этом впервые определил?

4.134. Каким образом в XVII‑XVIII вв. моряки использовали для целей навигации наблюдения за спутниками Юпитера?

4.135. Наблюдатели XIX века обнаружили, что при прохождении спутников Юпитера по диску планеты на краю диска они выглядят светлыми точками на тёмном фоне, но чем сильнее приближаются к центру диска, тем меньшей кажется их яркость; наконец, близ середины диска они представляются тёмными точками. С чем связано это явление? Почему при прохождении Меркурия по диску Солнца он всегда выглядит чёрным кружком?

4.136. Наблюдатели отмечали, что в 1901 г. видимое движение спутников Урана вокруг планеты происходило против часовой стрелки, а в 1944 г., наоборот, по часовой стрелке. Чем объясняется это явление?

4.137. Уже через 17 суток после открытия Нептуна (1846 г.) английский астроном и оптик Уильям Ласселл при помощи изготовленного им 61–см рефлектора открыл первый спутник Нептуна — Тритон. Почему этот спутник, находящийся почти на таком же расстоянии от своей планеты, что и Луна, обращается вокруг Нептуна всего за 5^d 21^h?

4.138. Сто лет назад русский инженер Ярковский предсказал небесномеханический эффект, о котором вспомнили лишь недавно. Сущность эффекта Ярковского состоит в том, что освещённая Солнцем поверхность небесного тела нагревается, а когда вращение тела уносит её в тень, поверхность излучает накопленное ей тепло в инфракрасном диапазоне. Поток теплового излучения действует как реактивный двигатель и немного изменяет орбиту тела.

Эффект Ярковского очень слаб; он может заметно повлиять лишь на движение небольших тел, размером от долей метра до нескольких километров. Расчёты показывают, что едва заметная сила, вызванная эффектом Ярковского, может постепенно изменить орбиту небольшого астероида, в результате чего он выйдет из Главного пояса астероидов, попадёт в гравитационный резонанс с Марсом и его притяжением может быть отброшен к Земле. Таким образом, почти забытое открытие русского учёного может оказаться важным фактором в пополнении семейства малых планет, сближающихся с Землёй и, следовательно, потенциально опасных для нашей цивилизации.

Ответьте на следующие вопросы:

— как влияет направление вращения астероида вокруг собственной оси на его перемещение в Главном поясе под действием эффекта Ярковского?

— какие из астероидов приближаются вМарсу, а какие — к Юпитеру?

— что можно сказать о влиянии этого эффекта на спутники планет?

4.139. Докажите, опираясь на наблюдения метеорных потоков, что траектории метеоров в земной атмосфере представляют собой отрезки прямых линий.

4.140. Какую форму имеют орбиты метеорных тел в космическом пространстве?

4.141. Джованни Скиапарелли (1835–1910) впервые оценил среднюю скорость метеоров — по его расчётам она в 1,4 раза больше орбитальной скорости Земли. Его способ был основан на подсчёте числа встречных и догоняющих метеоров. В чём заключается сущность его метода определения скоростей метеоров? Каковы орбиты метеороидов?

4.142. Если бы метеориты всегда только догоняли Землю в её движении по орбите, то наблюдалось ли бы явление метеоров во второй половине ночи?

4.143. Каким образом было впервые доказано, что метеорные тела приходят в земную атмосферу из космоса?

4.144. В начале XIX в. годовая периодичность метеорных потоков расценивалась как наличие у метеорных роев такого же орбитального периода, как и у Земли. Какая теория, опровергающая данную гипотезу, была предложена в 1839 г.?

4.145. Метеорный поток Леонид наблюдается каждый год, а вот метеорный дождь Леонид происходит только раз в 33 года. Какой вывод о структуре метеорного роя Леонид сделал французский учёный Франсуа Араго (1786–1835)?

4.146. В первой четверти XIX в. предполагали, что метеориты — это лунные вулканические бомбы. Достаточно ли обоснована эта гипотеза?

4.147. Какие важные свидетельства космического происхождения метеоритов обнаружил Эрнст Хладни (1756–1827)?

4.148. Кеплер сравнивал метеоры с «миниатюрными кометами». Имеет ли какой‑то научный смысл это сравнение?

4.149. Ещё римский учёный Луций Анней Сенека (ок. 4 — 65 н. э.) обратил внимание, что кометы участвуют в суточном движении звёзд. Какой вывод он сделал о происхождении комет?

4.150. Первую попытку определения высоты метеоров предприняли в 1801 г. два студента гёттингенского университета, Г. В. Бранденс и И. Ф. Бенценберг; они доказали прямыми измерениями, что явление метеоров происходит на высоте от 50 до 200 км над поверхностью Земли. Как эти юные учёные определили высоту метеоров?

4.151. Каким образом Тихо Браге в 1577 г. доказал, что кометы — это космические тела, а не атмосферное явление, как считалось ранее?

4.152. Какие доводы были приведены в XIX веке для доказательства генетической связи между кометами и метеорными телами?

4.153. Как Э. Галлей открыл комету, названную впоследствии его именем?

4.154. Хвост кометы похож на конус светящегося вещества. Полый ли конус кометы или он заполнен веществом?

4.155. Через неделю после открытия большой кометы 1882 года произошло весьма редкое событие — прохождение кометы по диску Солнца. В это время комета полностью исчезла для наблюдателей. Почему она не была видна, ведь перед этим было отмечено, что голова кометы выглядит заметно более тёмной, чем поверхность Солнца?

4.156. После прохождения кометы 1882 года вблизи Солнца её яркость увеличилась настолько, что она в течение трёх дней была хорошо видна на дневном небе. Почему это произошло? Всегда ли после прохождения перигелия комета становится ярче, чем до перигелия?

4.157. В сентябре 1835 г. В. Я. Струве наблюдал очень редкое явление — покрытие центральной частью головы кометы Галлея далёкой звезды. Какие открытия были сделаны им на основе этого наблюдения?

4.158. Кто открыл комету Энке?

4.159. В 1864 г. известный исследователь Джованни Донати впервые получил спектр кометы (а именно — кометы Темпеля), в котором он обнаружил яркие полосы. Как это наблюдение повлияло на представления о физической природе комет? Какие химические элементы были выявлены в веществе кометы?

4.160. В 1854 г. ряд наблюдателей обратил внимание на явление, которое первоначально назвали «отблеском» зодиакального света. В 1862 г. Скиапарелли отмечал, что он видел зодиакальный свет в виде блестящего моста, который тянулся через всё видимое полушарие неба; наибольшим блеском этот мост отличался близ Солнца и затем в другом месте, прямо противоположном. Оно представлялось как бледное мерцание, расположенное в стороне, противоположной Солнцу. Что за явление было обнаружено?

4.161. Какие химические элементы получили свои названия в честь объектов Солнечной системы?

4.162. На каких телах Солнечной системы с помощью межпланетных зондов была обнаружена вулканическая деятельность?

4.163. В приведённой ниже таблице указаны средние плотности планет и Солнца по данным конца XIX столетия и по современным данным.

Планета	Средняя плотность (г/см3)		Планета	Средняя плотность (г/см3)
	конец XIX в.	конец XX в.		конец XIX в.	конец XX в.
Солнце	1,39	1,41	Юпитер	1,33	1,33
Меркурий	6,45	5,43	Сатурн	0,71	0,70
Венера	4,45	5,24	Уран	1,10	1,29
Земля	5,50	5,52	Нептун	1,65	1,76
Марс	3,91	3,94

Почему в отношении некоторых планет астрономы XIX века почти не ошиблись, а в отношении других — ошиблись весьма заметно? Что позволило учёным конца XX столетия очень точно определить плотность всех указанных планет?