Күн тұтылуының мақсатты бақылаулары (XVIII-XXI ғасыр)

Адам санасына күн сәулесімен толысқан терең әсерге қарамастан, соңғы уақытқа дейін оларды бақылауға нақты ғылыми көңіл бөлінбеді. Күн тұтылуының бақылауының XIX ғасырдың ортасына дейін тек таза астрометриялық сипатқа ие болды — айдың қозғалысының жеткіліксіз әзірленген теориясын тексеру құралы ретінде (Айдың қозғалысын зерттеу кезінде практикалық қажеттіліктермен туындады) және жер бетіндегі пункттердің географиялық ұзындығын анықтау үшін. Күн тұтылуымен қатар жүретін құбылыстарға астрономиялық емес, метеорологиялық немесе оптикалық және кездейсоқ сипат көп жағдайда жазылған. Бұл жерде астрофизиканың кейінірек дамуына қатысты рөл ойнады.

Қазіргі заманғы ғылым тұрғысынан физикалық бақылау, тәж, оның формалары мен протуберанцияларын бақылау сияқты ажыратуға болады. Тәждің ғылыми сипаттамасын Кеплер (1605 Ж.) және Кассини (1706 ж.) берді, және де соңғысы осы уақытқа дейін осы құбылыстың қазіргі заманғы ұғымынан алыс емес түсіндіруін жеткілікті қызықты келтірді. Хромосфераны бақылауға алғашқы белгілі нұсқаулар 1706 жылы Стеннианмен және 1715 жылы Галилеймен берілді. Протуберандықтардың алғашқы ғылыми-зерттеу сипаттамасы 1733 ж. тұтылуын байқаған Вассениусқа тиесілі.

Бірақ бұл бақылаудың барлығы кездейсоқ сипатқа ие болды. Бақылауларды ұйымдастыру туралы және әсіресе арнайы экспедицияларды жабдықтау туралы мәселе ұзақ уақыт мүлдем қарама-қарсы емес, мысалы, XVIII ғасырдың ортасында күн дискі бойынша Венераның өтуін бақылау үшін ұйымдастырылған. Осыған қарағанда, күн тұтылуының ұйымдасқан бақылаулары жеті-сегіз он жылға созылды.

Бұл бағытта түрткі 1836 ж.Билли телескоптан басқа кез-келген басқа құрал-саймандарсыз да егжей-тегжейлі тежелу құбылыстарын байқаған кезде (атап айтқанда, белгілі «Бэли четкалары»). Бұл ретте сол затмении асырылды, бірінші әрекет талдау жарық тәж протуберанцев көмегімен әзірге несовершенного спектроскопа.

Бұл бақылаулар 1842 ж.келесі тұтану байқауларына дайындық ретінде қызмет етіп, суға батқан кезде қажетті бақылау объектілерін анықтады.

1842 ж. Затмение бірінші болды, ол ұйымдастырылған тәртіпте байқалды. Сол кездегі көрнекті астрономдар мен физиктер қатысқан арнайы экспедициялар жасақталды — О. Струве, Эри, Бэли, Араго және т.б. бұл тұтану біздің елде де (О. Струве және А. Шидловский) байқалды. Барлық құбылыстар дәл тіркелді және сипатталды. Алайда, бақылаулардың физикалық түсіндірілуі дамудың бастапқы сатысында қалды және сол немесе өзге де байқалған бөлшегі күнге немесе айға тиесілі ма немесе өзге де шығу тегі бар ма анықтау анықтықпен әлі мүмкін болмады. Мұны тиісті әдістеме әзірленіп, жаңа бақылау құралдары енгізілген кезде кейінгі экспедициялардың үлесіне тиді.

Ресей Ғылым Академиясы 1851 жылдың 28 шілдесінде толық күн тұтылуын бақылау үшін о. В. Струве бастаған экспедицияны Ломжаға жіберді. О. В. Струве өзінің бақылауларынан протуберандықтар күнге шығыңқы болып табылады деген қорытынды жасады, өйткені айдың орнын ауыстыру кезінде олар бір жағынан оның дискі артынан жасырынып, екінші жағынан пайда болды. Бұл тұжырым 1860 жылдың 18 шілдесінде тұтану бақылауларында түпкілікті расталды, ол Пулков астрономдары О. В. Струве мен Виннеке жасаған.

1860 жылдан бастап фотосуретті тұтану бақылауына қолдану басталады. Батуды суретке түсіру протуберанцы мен тәждің айға емес, күнге жататынын және оптикалық құбылыстарды көрсетпейтінін тағы да көрсетті.

Күн тұтылуының физикалық зерттеулерінің дамуындағы ең маңызды факт, әрине, спектральды талдауды қолдану болып табылады. Бұл 1868 жылы Үндістанда тұтану бақылауынан Жансен алғаш рет жүзеге асырылды және протуберанецтер спектрінің басқа да бақылаулары олардың химиялық құрамын анықтауға мүмкіндік берді. Бірақ, бұдан басқа, протуберанцтардың спектралды бақылаулары Жансенді аса маңызды — протуберанцтарды тұтандырудан тыс бақылау мүмкіндігі ашуға итермеледі. Келесі таңертең ол күн дискінің шетінде өзінің спектроскопының саңылауын қойған кезде, онда тұтану кезінде ең жарқын протуберанец болды, онда ол сол жарқын сызықтарды көрді және олардың толқын ұзындығын анықтай алды. Перемещая аздап саңылау, Жанеен проследил қызыл сутегі желісі контурын барлығы протуберанца. Жер шарының басқа нүктесінде сонымен қатар, спектроскопияның негізгі ережелерін ескере отырып, Локиер келді.

1869 ж.келесі тұтану кезінде спектралды талдауды қолдану тәждің жасыл сәуле сызығының ашылуына әкелді. Бірақ бұл сызықтың коронға тиістілігі тек 1898 жылы ғана анықталған болатын.бұл сызыққа кейінірек және басқа да бірқатар коронийлер үшін олардың жерге белгілі элементтердің бірде-біріне жататындығын анықтау мүмкін болмады және олар гипотетикалық «коронияға»жатқызылды. 1870 және 1872 жж. тұтану кезінде спектральды талдау көптеген астрономдармен кеңінен қолданылды. Атап айтқанда, 1870 жылы Юнг алғаш рет тұтану спектрін байқады, осылайша күн спектрінде Фраунгофер сызықтарын беретін қабат ашылды. Ақырында, спектрді суретке түсірудің алғашқы әрекеттері 1875 жылы жасалды, ал кейін 1878 жылы хромосфераның спектрі (тұтану) 1896 жылы тұтану кезінде алғаш рет суретке түсірілді.

1905 жылы вогнутивті диффракциялық тордың көмегімен жарқыл спектрінің тамаша суреттері алынды. Сол кезде спектрге перпендикуляр бағытта баяу қозғалатын бір пластинкада күн шеті спектрінің және айналмалы қабаттың суреттерін алу мүмкін болды (сурет. 26) f бірнеше жыл бойы созылған осы материалды зерттеу айналмалы қабатта әр түрлі химиялық элементтердің абсолюттік құрамын және фотосфераның 1 КВ.см астам әр түрлі газдардың атомдарының санын анықтауға мүмкіндік берді. 1914 ж. диффракциялық тордың көмегімен тұтылудан тыс хромосфера спектрінің алғашқы суреттері алынды, бірақ өзінің ғылыми құндылығы бойынша олар тұтану кезінде суреттерден едәуір төмен түседі.

Осы жылдары спектрлік зерттеулердің табыстарымен қатар Күн тәжінің құрылысын және оның күндегі басқа құбылыстармен байланысын зерттеуде айтарлықтай жетістіктерге қол жеткізілді. Мұнда жетекші рөл орыс астрономдарына тиесілі. 1887 ж.19 тамызы тұтылу кезінде, біздің ел бойынша жолақ өтті, Юрьевцадағы Мәскеу обсерваториясының экспедициясы (А. А. Белопольский және П. К. Штернберг) тәждің бірқатар суреттерін ала алды. Осы тұтылу кезінде ғылым тарихында бірінші рет біздің атақты ғалым Д. И. Менделеев көтерілген әуе шарынан толық күн тұтылуын бақылау жүргізілді.

1896 жылы 8 тамызда тұтылу кезінде байқауларға біздің ірі ғалымдар қатысты: А. А. Белопольский, С. К. Костинский, А. П. Ганский, О. А. Баклунд, Ф. Ф. Витрам және Б. Б. Голицын. 1860 жылдан бастап корона формасының күннің дақ құрушы қызметіне тамаша тәуелділігін тапты.

А. А. Белопольский короналды сәулелердің протуберанцалармен түпкілікті байланысын растады. 1898 жылы алынған тәждің фотосуреттері күн шетінен қашықтықпен оның жарығының құлау Заңын алғашқы анықтауға мүмкіндік берді.

Көп құнды нәтижелер 1905 ж. 30 тамызда тұтану бақылауынан алынды. А. П. Ганский, ұзынфокусты камерамен алынған суреттерді зерттей отырып, корональ сәулелерінің олардың астындағы протуберанцтардың формаларына тәуелділігі туралы қорытындыға келді; короналды сәулелердің негіздері, Ган шығару бойынша, күн дақтары жақын, бірақ олармен сәйкес келмейді.

Ганның тәжі формаларын зерттеу және оның дақтармен және протуберандармен байланысы жөніндегі жұмыстары кеңес астрономдарымен табысты жалғастырылды. Бұл туралы төменде (105-бет), сондай-ақ келесі тарауда баяндалады.

ХХ ғасырдың басында Теориялық физиканың дамуы байқаушылардың алдына жаңа проблеманы қойды.

1911 жылы Эйнштейн жарық сәулесі үлкен массаның денесіне жақын жерде өтіп, өз жолын осы денемен тартылғандай қисықтайды деген болжам айтты. Кейінірек Эйнштейн денеден сәуленің қашықтығына және оның массасының көлеміне байланысты осы қисаюдың шамасын есептей алды. Күн жүйесіне қолданғанда-бұл қисаю Елеулі шамаға жетеді, күн бетіне қатысты келетін сәуленің ауытқуы теорияға сәйкес Г’, 75 құрауы тиіс. Бұл «Эйнштейннің әсерін» күннің жанында күннің жанынан жарық оның бетіне жақын күннің жанынан өтетін жұлдыздар көрінетін кезде толық күн тұтылу кезінде ғана белгілеуге болады. Мұндай жұлдыздар жарық сәулесінің қисықтырылуынан бізге күн шетінен қарай өзінің әдеттегі қалпынан ығыстырылып көрінуі тиіс, және де ығысу шамасы күн ортасынан жұлдыздың көрінетін бұрыштық қашықтығына кері пропорционал болуы тиіс, ол күн дискісінің шетіне 1″,75 жетеді.

Бұл көрінбейтін ығысуды байқаудың бірінші әрекеті сәтті болды: екі экспедиция 1919 ж. тұтылу кезінде алды. Алайда Суматра аралында 1929 ж.тұтылуын байқаған Потсдам астрофизикалық обсерваториясының экспедициясы және анағұрлым жетілдірілген әдістер мен құралдарды қолданған, күн шетінде ығысу шамасы 2″, 2, яғни теориялықтан едәуір көп екенін тапты.

1913 жылы хромосфера спектрінде иондалған гелий сызықтары табылды. Әртүрлі химиялық элементтердің иондалған атомдарының едәуір санының болуына басқа да бақылаулар көрсетілді. Бұл нәтижелердің теориялық түсінігін табу керек болды.

1920 жылы Саха индус физигі ионизация теориясын әзірледі, бірақ тек қана болжам бойынша, күн зат термодинамикалық тепе-теңдік деп аталады (жабық ыдыстағы газ сияқты). Алайда, күн атмосферасы үшін бұл шарт сақталмайды және мұнда Саха теориясын қолдануға болмайды. Кейінгі жылдардағы бірқатар бақылау және теориялық жұмыстар айналмалы қабатта, хромосферада және тәжде үстем болатын физикалық жағдайларды анықтауға бағытталған.

Айналмалы қабаттың температурасы Фраунгофер сызықтарының қарқындылығы мен енін анықтау бойынша көптеген астрономдармен алынды және 4300° тең болды, яғни фотосфера температурасынан айтарлықтай төмен. Керісінше, 1932 жылы хромосфера үшін 12000° дейін температураның жоғары мәні табылды,бұл оның бөлшектерінің жылу қозғалысының үлкен жылдамдығы туралы айтты. Алайда, бөлшектер жылдамдығының үлкен мәндері күн тәжі үшін табылды.

Белгілі болғандай, ішкі тәж спектрі-үздіксіз, Фраунгофер сызықтарынсыз, бірақ оның аясында жарық сызықтармен шығады. Спектрдің мұндай сипаты үлкен жылдамдықтармен (400 км/сек жуық) тұрақты қозғалыстағы еркін электрондармен күн сәулесінің шашырауымен түсіндіріледі. Бөлшектер қозғалысының мұндай жылдамдығы өте жоғары кинетикалық температураға (жүз мың градус) сәйкес келеді. Алайда, «ыстық» күннің тәжі, кейбіреулері сияқты, сиретілген электронды газда температураның әдеттегі түсінігі мағынасын жоғалтады. Бөлшектердің жоғары жылдамдығы Допплер принципі бойынша спектрдің қызыл және күлгін ұшына толқындардың сәулеленетін ұзындығын ығыстыруға әкеледі, осының арқасында Фраунгофер сызықтары «тұйықталады». Алайда, сыртқы тәждің спектрінде бұл сызықтар күн шетінен кетумен күшейе түседі. Бұл сыртқы тәждің табиғаты өзгеше, және оның шырағдануы үлкен бөлшектермен жарықтың шашырауынан туындайтынын көрсетеді.

1934 жылы Гротриан короналды шамды екі құрамдас бөлікке бөлуге әрекет жасады: спектрофотометриялық және поляризациялық бақылау арқылы электрондық және шаңды. Тәжде бөлшектердің осы екі түрінің болуы туралы түсінік ғылымда 1947 жылға дейін сақталған.

1930 жылы Лио аспапта жарықтың шашырауын жойып және оны 2800 м биіктікте, Пирениядағы дю Миди шыңында орналастыра отырып, тұтықтан тыс тәжді бақылау және суретке түсіру тәсілін тапты. Тәж спектрі олар Күннің шетінен 4′ дейін, поляризация дәрежесі — 6’дейін байқалды. Толқын ұзындығы мен жарқын сызықтардың енін дәл өлшеу Күннің бетінде 2 км/сек жылдамдықпен тәждің айналу фактісін анықтады.

1936 ж.19 маусымда стандартты коронографтармен алты кеңес экспедициялары (117-118 бет) ай көлеңкесі бүкіл Кеңес Одағын кесіп өткенше тәжі мен хромосферадағы өзгерістерді 2 сағат бұрын бақылауға мүмкіндік берді. Сондай-ақ, тәждің құрылымы мен тәжді түзілімдердің протуберанцалармен, дақтармен және т. б. (Е. Я. Бугославская, С. К. Всехсвятский, а. Н.) байланысы толық зерттелді. Күші жойылған

1941 жылы, ақыр соңында, жарқын короналды сызықтардың табиғаты ашылды. Эдельдің айтуынша, олар бірнеше рет иондалған темір, никель, аргон және кальций атомдарының шырағдануынан пайда болады. Мұндай шам атомдардың бір күйден екіншісіне «тыйым салынған» ауысуы кезінде орын алады — тек ерекше жағдайларда ғана мүмкін болатын өтпелер. Бірақ бұл жағдайлар тәжде орын алады. А. А. Калняк 1941 ж. бақылау бойынша тәждің жарқын сызықтарының енін өлшеп, жылдамдықтар мен кинетикалық температуралардың үлкен мәндерін қайта алды. 1941 ж. 21 қыркүйектегі тұтану кезінде Д. Я. Мартынов хромосфераның спектрін алды және Спектр сызықтарының қарқындылығы бойынша протуберанцтардың негізіндегі сутегі мен гелий атомдарының санын тапты. Ол сутегі, гелий, иондалған кальций, магний және стронций үшін биіктігі бар тығыздықтың төмендеуінің суретін алды.

Корон мен хромосферадағы физикалық жағдайларды теориялық зерттеуді Мәскеу астрономы И. С. Шкловский сәтті өткізді. Ол ең алдымен қанттың хромосфераға және тәжге иондану формуласының толық қолданылмауын және иондану механизмінің күрделілігін көрсетті. Мысалы, корондағы элементтердің иондалуы электрондардың соққысынан туындайды. Гелий атомдарының иондалуы (вхромосфере) и. С. Шкловский, ультракүлгін сәулеленудің өте қысқа ұзындығы (900 А-дан аз). И. С. Шкловский бұл сәулеленудің Жер атмосферасының жоғарғы қабатының жағдайына әсерін де зерттеді.

Радиоволндардың (сантиметрден онметрге дейін), И. С. Шкловский және В. Л. Гинзбург сәулеленуі туралы бақылаулардан алынған деректерді зерттей отырып, 1946 ж.радиотолқындардың беті емес, күннің сыртқы қабаттары, сонымен қатар сантиметр толқындары негізінен хромосферамен, ал онметрлік — күн тәжімен шығып кететінін көрсетті. Күн радиосәулеленудің уақытпен байқалатын күрт күшейткіштері Шкловский электрондардың меншікті тербелістерін зарядталған бөлшектердің (корпускулалардың) ағындарымен қозуымен түсіндіреді.

1947 жылы ван де кенептің жұмысы пайда болды, онда ол тәждің шаң құраушы табиғатын егжей-тегжейлі зерттеді және ол күннің өзімен тікелей байланысы жоқ екенін көрсетті, ал планета аралық кеңістікті толтыратын шаң бөлшектеріндегі күн жарығының диффракциясы пайда болады. Осылайша, ван де Холст акад ойын растады. В. Г. Фесенков тәждің планетааралық кеңістіктің метеор материясымен байланысы туралы.

Астрономдар қатары соңғы уақытта корондағы электрондардың тығыздығын зерттеді. Бұл сұрақты Киев астрономдары А. Ф. Богородский мен Н. жүргізген.А. 1950 жылы хинкулова

ХХ ғасырдың 40-50 жылдарындағы кеңес ғалымдарының жұмыстары күннің сыртқы қабықтары мен онда болып жатқан процестердің теориялық және бақылау зерттеулерінде жетекші орын алады. Кеңес ғалымдары бұрынғы жұмыстарды сыни қайта қарауды жүргізіп, болашақ зерттеулер үшін жаңа проблемаларды алға тартады. Бұл мәселелер Украинада байқалып отырған 1954 жылдың 30 маусымында тұтану кезіндегі жұмыстардың негізіне алынды.

Осы және ұқсас әдістер күн тұтылуының, атап айтқанда Дейвид Данхем (DavidW) бастаған американдық астрономдар тобы өткізген Бейли (Baley ‘ sbeadphenomena) четкаларын бақылаудың қазіргі заманғы мақсатты (яғни белгілі бір мақсаттарды көздейтін) негізіне алынды. Dunham) 1980-2000 жылдары. Бейли четкаларын бақылау айдың шеткі аймақтарының рельефін өте жақсы зерттеуге мүмкіндік берді, бұл ғарыштық аппараттардың көмегімен Жердің табиғи спутнигін болашақ зерттеу үшін маңызды емес.

Қазіргі заманғы бақылаулар 300 жыл бұрынғы бақылаулардан тек технологиялармен және жоғары дәлдікпен ерекшеленеді. Мысалы, 2001 жылдан бастап кәсіби бақылаушылар олардың дәлдігі төмен болғандықтан көзбен шолып бақылаулардан әр түрлі модификациялы ПЗС-матрицалармен және камеродерлермен бақылаулардың пайдасына бас тартты.

Бұдан басқа, ХХІ ғасырдың басында көптеген ғарыш елдері реактивті ұшақтар мен жоғары геостационарлық орбиталардан күн тұтылуын бақылаумен айналысады. Жер атмосферасының әсерін ескермей, толық тұтану кезінде Күн тәжінің бақылауына ерекше назар аударылады, бұл тәждің құрылымын зерттеу үшін де, басқа да көптеген мақсаттар үшін де өте маңызды.