Рис.9.14. Международная космическая станция похожа на парусный корабль. Но ее «паруса» не разгоняют станцию, а тормозят.

Рис.9.15. Искусственный спутник GOCE, работал в 2009—2013 гг. Фотоколлаж ESA

То же самое со спутниками, запускаемыми на низкую орбиту. Несколько лет назад для измерения гравитационного поля Земли на очень малую высоту (220 км) был запущен спутник GOCE. Атмосфера там вполне ощутимой плотности, и необходимо было постоянно держать двигатель включенным, а панели солнечных батарей развернуть вдоль направления полета, иначе они очень сильно тормозили бы спутник и он быстро упал бы. Четыре года он летал — и все-таки упал, а случилось это в 2013 г. Почему именно в этом году? Для астрономов это не тайна: это был год максимума солнечной активности. А когда Солнце бьет по Земле ультрафиолетом и рентгеном, наша атмосфера «вспухает» и особенно интенсивно тормозит низколетящие спутники.

Рис.9.16. Количество объектов размером более 10 см на околоземных орбитах высотой 200–2000 км по настоящее время и в будущем при реализации двух сценариев космической активности человечества.

Однако большинство спутников на землю не падают и, перестав работать, остаются на орбите. Иногда они сталкиваются друг с другом и с останками ракет и распадаются на куски разных размеров. Сейчас в околоземном пространстве на орбитах высотой до 2000 км кружится около 12 тысяч осколков размером от дециметра и крупнее; за ними всеми следят, чтобы какой-нибудь из них не налетел на действующий космический аппарат. Китайцы пытались сбить свой спутник с орбиты, но тем самым только добавили мусора в космосе. Если частота запусков космических аппаратов сохранится на сегодняшнем уровне, количество обломков в многолетнем тренде будет увеличиваться. Хотя каждые 11 лет (период колебаний активности Солнца) будет наблюдаться небольшой спад: те спутники, что летают низко, будут падать на Землю.

10. Солнце

Самая детально изученная звезда — это наше Солнце. Оно весьма полезно для нас: без него не было бы жизни на Земле. Из предыдущей лекции мы знаем, что оно очень большое: по диаметру в 10 раз крупнее самой большой планеты нашей системы — Юпитера — и почти в 110 раз крупнее Земли. А по массе Солнце с Юпитером различаются почти в 10³ = 1000 раз, поскольку их плотность примерно одинакова, около 1,5 г/см³ — это чуть больше, чем у морской воды, т. е. привычная для нас величина. Но надо понимать, что это среднее значение по всему объему: на поверхности Солнца плотность газа намного меньше, а к центру она нарастает так, что становится в 20 раз больше, чем у железа.

Как смотреть на Солнце

Мы ощущаем Солнце благодаря его излучению. А какова его полная мощность? Если поместить Солнце в точку фокуса гигантского космического рефлектора и тем самым сконцентрировать всю его световую мощь на нашей планете (рис. 10.1), то через четыре минуты все океаны не просто закипят — они полностью улетучатся в космическое пространство. Представьте: всего четыре минуты — и нет больше воды на Земле: вот что такое солнечное излучение. А через 10 суток испарился бы весь земной шар.

К счастью, на нас попадает не всё солнечное излучение, а его микроскопическая доля, поэтому Земля и жизнь на ней не сильно от него страдают. Но учтите: прямой солнечный свет очень опасен для зрения. Конечно, можно на мгновение глянуть — и сразу же отвести взгляд. Но лучше этого не делать. Даже если вы собираетесь наблюдать за солнечным затмением, то смотреть на него длительно без темных очков нельзя. И очки нужны не пляжные, а специальные, с очень плотной светозащитной пленкой (рис. 10.2), которая примерно в тысячу раз ослабляет световой поток: в таком случае сетчатка ваших глаз не пострадает от наблюдения Солнца.

Рис.10.1. Полная мощность излучения Солнца (4 · 10²⁶ Вт), целиком направленная на Землю, может быстро уничтожить ее.

А если вы решили наблюдать Солнце в телескоп, то запомните, что дело это крайне опасное. Телескоп собирает свет огромным объективом и весь его направляет в ваш глаз. Астрономы шутят, что на Солнце в телескоп можно посмотреть лишь дважды в жизни: один раз — правым глазом, а второй раз — левым. Чтобы не рисковать зрением, сделали специальный окуляр с зеркальцем (рис. 10.3), которое отбрасывает 99,99 % света вбок, отводя его в ту часть обсерватории, где людей не должно быть. А в глаз попадает совсем чуть-чуть света, и тогда можно безопа­сно смотреть на солнечную поверхность.

Рис. 10.2. Безопасное наблюдение Солнца сквозь светозащитные очки.

Рис. 10.3. Наблюдение Солнца на рефракторе с солнечным окуляром.

Рис. 10.4. В обсерватории Волгоградского планетария. Автор (спиной к зрителю) снят в том самом пальто, еще не прожженном, поскольку объектив искателя (его тень — на спине) в тот раз был закрыт.

Но если вам когда-нибудь придется подсесть к окуляру большого телескопа, учтите, что это не совсем безопасно: обратите внимание, что параллельно его оси имеется маленький телескопчик — свое­образный оптический прицел, называемый гидом или искателем, у которого свой окуляр. В школьные годы в такой телескоп я наблюдал Солнце в проекции на белом экране (рис. 10.4) — это очень удобный и безопасный способ — и однажды забыл закрыть объектив искателя. Внезапно, почувствовав запах горелого, я догадался и моментально отпрыгнул от телескопа. А потом долго ходил в пальто с прожженной на спине дырой. Так что даже небольшой телескоп, сфокусировав на вашей спине лучи Солнца, может сильно вам навредить.

Рис. 10.5. Схема принципа камеры-обскуры для наблюдения солнечного затмения.

Проще всего наблюдать Солнце вообще без телескопа. Берете маленький листок бумаги или картона, протыкаете в нем дырочку иголкой — и получившаяся камера-обскура дает вам гео­метрически точный портрет Солнца. Люди таким способом наблюдают затмение, не рискуя.

Если у вас есть небольшая подзорная труба без специальных светофильт­ров, то можно, удобно расположив у окуляра экран, спроецировать на него изображение Солнца (рис. 10.6). По мере того как Луна «наползает» на Солнце, с экрана вы фотографируете фазы затмения безо­пасно для глаз.

Рис. 10.6. Наблюдение солнечного затмения 20 марта 2015 г. на крыше ГАИШ МГУ с помощью небольшой зрительной трубы и проекционного экрана. Фото В. Г. Сурдина.

Что видно на Солнце

Глядя на нашу родную звезду с Земли, мы видим хорошо оформ­ленный круг фотосферы, можем измерить его диаметр. Присмотревшись, замечаем любопытный эффект потемнения к краю: в центре солнечный диск ярче, чем по краям. Это легко объяснимо: в середине наш взгляд «протыкает» солнечную атмосферу перпендикулярно и уходит вглубь, в горячие слои, вплоть до предела прозрачности, в то время как на видимом крае (его называют лимбом) луч зрения проходит только сквозь верхние слои атмосферы, а они более холодные и поэтому менее яркие.