Поиск - новости науки и техники

Была бы атмосфера. Ломоносов предложил свой способ поиска обитаемых миров.

19 ноября вся Россия будет праздновать 300-летие со дня рождения великого русского ученого Михаила Васильевича Ломоносова (1711-1765). Он был первым русским академиком среди приехавших в Санкт-Петербург по пятилетним контрактам иностранцев и занимался таким количеством вопросов, что Пушкин назвал его “первым нашим университетом“. При этом Ломоносов вовсе не был дилетантом ни в одной из областей своих исследований. Он занимался наукой очень въедливо, развивая свои результаты годами, и не раз выводы его оказывались настолько глубокими, что ставили в тупик и современников, и последующие поколения (включая нас).
История открытия Ломоносовым атмосферы Венеры довольно широко известна и многократно описана, но многие ее детали не ясны и сегодня. Похоже, что никто до сих пор не понял главного – Ломоносов шел к этому открытию сознательно, оно следовало из всех его теорий и концепций, и он сильно рисковал, так как в случае отрицательного результата это было бы огромное, может быть, важнейшее разочарование в его жизни. Концепции, которой следовал Ломоносов (это была идея о множественности обитаемых миров), уже в его время было более 200 лет, она логически вытекала из системы Коперника, и за приверженность ей в 1600 году сожгли на костре Джордано Бруно. Логика Ломоносова была проста: если обнаружится хотя бы одна планета, у которой есть атмосфера, подобная земной, значит, концепция имеет право на существование.
Теперь-то мы знаем, что хорошо бы иметь в этой атмо­сфере азот, кислород, другие тяжелые газы, а для этого надо, чтобы планета была ни горячая, ни холодная, ни большая, ни маленькая, находилась ни близко, ни далеко от звезды – в общем, примерно, как Земля. Сейчас мы, кажется, убедились, что на Венере жизни нет, на других планетах Солнечной системы атмосферы слабые и холодно и жизни тоже нет (если верить данным с Марса, там могут быть “условия”). Со времен Ломоносова мы продвинулись лишь в одном – совсем недавно обнаружили первые планеты, которые могут быть годны для жизни. Вращаются они вокруг красного карлика Глизе 581, расположенного в созвездии Весов, в 20 световых годах от Земли. Из шести открытых в 2005-2010 годах экзопланет три, возможно, пригодны для жизни. На одной из них подозревают наличие воды в жидком состоянии и даже атмосферы.
26 мая 1761 года был просто уникальным днем – Венера должна была проходить между Землей и Солнцем и выглядеть темным кружком на фоне Солнца. Ломоносов был единственным, кто понял, что если у Венеры есть хоть какая-то серьезная атмосфера, то она должна преломлять солнечные лучи, в результате чего вокруг темного диска Венеры появится свечение (нимб). Увидеть его можно было только в первые моменты прохождения на фоне черного неба. Ожидая этого дня, Ломоносов не рекламировал свою теорию, а старался подготовиться к ее проверке: закупал телескопы, готовил экспедиции, исключил ошибки в расчетах времени начала прохождения Венеры, собственноручно определил время прохождения для многих городов России.
Что же он увидел? В его отчете говорится (приводится в сокращении, скобки […] и нумерация – В.Ш.): “…господин коллежский советник и профессор Ломоносов любопытствовал у себя больше для физических примечаний, употребив зрительную трубу о двух стеклах длиною в 4 1/2 фута. К ней присовокуплено было весьма не густо копченое стекло, ибо он намерился только примечать начало и конец явления и на то употребить всю силу глаза, а в прочее время прохождения дать ему отдохновение…. Ожидая вступления Венерина на Солнце… увидел наконец, что солнечный край чаемого вступления стал неявственен и несколько будто стушеван, а прежде был весьма чист и везде равен [эффект 1] (Рисунок B, Fig1)… После с прилежанием смотрел вступления другого Венерина заднего края, который, как казалось, еще не дошел, и оставался маленький отрезок за Солнцем; однако вдруг показалось между вступающим Венериным задним и солнечным краем разделяющее их тонкое, как волос, сияние, так что от первого до другого времени не было больше одной секунды [эффект 2] …При выступлении Венеры из Солнца, когда передний ее край стал приближаться к солнечному краю и был (как просто глазом видеть можно) около десятой доли Венерина диаметра, тогда появился на краю Солнца пупырь (Рисунок A, Fig1), который тем явственнее учинился, чем ближе Венера к выступлению приходила (Fig3 Fig1). LS значит край Солнца, mm – выпуклистое перед Венерою Солнце [эффект 3]. Вскоре оный пупырь потерялся, и Венера показалась вдруг без края (Fig5); nn – отрезок, хотя весьма малый, однако явственный. Полное вырождение, или последнее прикосновение Венеры заднего края к Солнцу при самом выходе было также с некоторым отрывом и с неясностию солнечного края [эффект 4].
…По сим примечаниям господин советник Ломоносов рассуждает, что планета Венера окружена знатною воздушною атмо­сферою, таковою (лишь бы не большею), какова обливается около нашего шара земного. Ибо, во-первых, перед самым вступлением Венеры на солнечную поверхность потеряние ясности в чистом солнечном крае B значит, как видится, вступление Венериной атмосферы в край солнечный [эффект 1]. При выходе Венеры прикосновение ее переднего края произвело выпуклость [эффект 3]. Сие не что иное показывает, как преломление лучей солнечных в Венериной атмосфере…”.
Не всем, наверное, понятен ряд нюансов: так как на Солнце смотреть глазом нельзя (особенно в телескоп), для защиты зрения применяют темные ослабляющие в 100 000 раз фильтры. Ломоносов, похоже, использовал существенно более слабый фильтр – “негусто копченое стекло “ – только для того, чтобы иметь хоть какую-то надежду увидеть свет, преломленный от тонкой атмосферы, если он будет слаб… Он вполне мог потерять зрение и выжечь сетчатку глаза, но сознательно шел на это! В науке это называется “научный подвиг”.  
Дальше события происходили просто невероятные: 28 июня 1761 года Ломоносов делает официальный доклад в Академии наук о своем открытии, а уже 4 июля сдан в печать и 17 июля опубликован в 200 экземлярах труд Ломоносова на русском языке, где все разложено по полочкам. Поучительно вошедшее в этот труд дополнение, в котором великий ученый рассказывает, почему его открытие важно, рассуждает о возможности жизни на Венере или других планетах, о том, что это не противоречит Библии, и о том, что вопрос, христиане ли венерианцы, ставить рано… Уже в августе 1761 года две сотни экземпляров пионерского труда, переведенного на немецкий язык, были напечатаны и отправлены за рубеж по всем стандартным адресам рассылки Академии наук… В ответ – тишина.
В 1762 году из 117 экспедиций возвратились более 170 астрономов, посланных наблюдать явление Венеры на диске Солнца (включая четыре пункта наблюдений в России). Это событие очень редкое – происходит парами примерно раз в 120 лет, и точные измерения длительности прохождения Венеры в 1761 году позволили впервые точно определить по методу англичанина Галлея расстояние от Земли до Солнца примерно в 150 млн км (за этим-то и посылались экспедиции). Многие наблюдатели честно написали в своих заметках, что видели похожие светлые арки вокруг Венеры (эффекты 2 и 3) и размытые края Солнца в точках касания (эффекты 1 и 4) на входе и выходе – никто, правда, не понял их природу. Ломоносов лично заслушал доклады тех, кого сам снаряжал и поддерживал: наблюдавшего Венеру в Селенгинске Степана Румовского (талантливый ученик Ломоносова, перешедший к Эйлеру от слишком требовательного учителя и ставший седьмым русским академиком) и французского аббата Жана Шаппа Д’Отторша (Jean Chappe d’Auteroche), проводившего наблюдения в Тобольске. Оба видели арки света (об этом написано в отчетах), обоим Ломоносов объяснил их значение. Француз уехал во Францию, и… тишина.
Через восемь лет, в 1769 году (спустя четыре года после смерти Ломоносова), произошло второе, последнее в XVIII веке прохождение Венеры по диску Солнца. Беспокойный аббат Шапп Д’Отторш отправился наблюдать его в Мексику (все-таки он был настоящий энтузиаст науки!), опять видел ободок вокруг Венеры, так же как и американец Давид Риттельхауз (David Rittenhouse), друг Франклина, который не знал об открытии Ломоносова. Оба опубликовали отчеты.
Однако никаких выводов не последовало, и более полутораста лет открытие атмосферы Венеры приписывалось немцу Иоганну Шретеру (Johann Schröter) и англичанину Уильяму Гершелю (William Herschel): в 1790 году они наблюли небольшие светлые “рожки” у наполовину освещенной Солнцем Венеры (из-за того же эффекта преломления в атмосфере спустя 29 лет после открытия Ломоносова).
Международный приоритет Ломоносова был публично восстановлен советскими астрономами только в 1950-х годах. Кстати, тогда же было отмечено, что темные размазанные границы, наблюдавшиеся всеми, в том числе и Ломоносовым, – эффекты 1 и 4 – скорее всего, появляются из-за неидеальностей телескопа и дрожания атмосферы Земли, так называемого “эффекта черной капли” (Рис. 2). А вот ободки света – эффекты 2 и 3 – действительно из-за атмосферы, их прекрасно видно из космоса и современными телескопами.   
6 июня 2012 года на большей части территории России можно будет наблюдать прохождение Венеры по Солнцу. Не упустите момент – следующий будет лишь в декабре 2117 года! Сразу предупреждаю: первое – не спалите свои глаза, используйте недорогие, но эффективные солнечные фильтры, второе – Венеру увидеть будет легко, а вот атмо­сферу – не очень. Некоторые любители астрономии были разочарованы, когда не смогли увидеть ободок во время предыдущего прохождения в 2004 году. Многое зависит от умения, знания, телескопа, состояния атмосферы Венеры и состояния воздуха в точке наблюдения. Ломоносов был не только глубоким ученым и очень грамотным астрономом, но еще и удачливым человеком! Тем, кто хочет видеть и понять все в мельчайших деталях, могу посоветовать – обращайтесь в ближайшие планетарии, обсерватории или астрономические институты или смотрите прямую трансляцию на сайте обсерватории ВЕГА Новосибирского госуниверситета http://vega.nsu.ru или http://www.nsu.ru.      
Сорок лет назад, когда все мечты Ломоносова о передовой науке и технологии в России казались сбывшимися, могучий Советский Союз запустил несколько космических аппаратов на Венеру, в том числе для исследования атмо­сферы. Станция “Венера-7” достигла поверхности планеты 15 декабря 1970 года и совершила мягкую посадку, передав данные о давлении атмосферы Венеры в 90 земных атмосфер и температуре около 475°C. Может быть, это легенда, но говорят, что руководитель полета в ЦУП воскликнул: “Ломоносов был прав!”

На верхнем фото: Рисунки Ломоносова, комментирующие его наблюдения атмосферы Венеры и объяснения образования яркого “пупыря” (ободка, арки света)

На нижнем фото: Несколько последовательных фотографий Венеры на диске Солнца, иллюстрирующих эффект черной капли

Владимир ШИЛЬЦЕВ,
директор Центра ускорительной физики лаборатории Fermilab (США), fellow (почетный член) Американского физического общества (Полная версия статьи опубликована в ноябрьском номере журнала “Потенциал” за 2011 год)

Нет комментариев