Глеб Анфилов - Искусственное Солнце

Вы наверняка замечали и другое: кусок железа в печи ведет себя, как хамелеон — сначала краснеет, потом делается оранжевым и, наконец, желто-белым.

Это тоже понятно. Повышается температура—и не только чаще, но и сильнее становятся атомные столкновения. Естественно, что при этом «выбиваются» все более энергичные фотоны — на смену излишку красных лучей идет излишек желтых, зеленых и т. д. Соотношение количества разных лучей меняется, а это и влечет за собой изменение цвета.

Теперь мы знаем, как определить издалека температуру нагретого предмета: можно по яркости его излучения и по цвету. Оба способа широко используются на практике. Кузнец, глядя на раскаленный кусок металла, прикидывает по цвету, не пора ли его вынуть из горна и ковать. Сталевар, оценивая яркость жидкой стали, принимает меры, чтобы не поджечь свод мартена. Изобретены и действуют разнообразные приборы, которые заменяют в таких измерениях человеческий глаз и довольно точно фиксируют температуру нагретых тел.

А нельзя ли этими способами узнать, как раскалена поверхность Солнца?

Можно, но только при соблюдении некоторых предосторожностей.

Дело вот в чем: тела разного цвета неодинаково излучают свет при нагревании. Раскаленный кусочек фарфора сияет слабее и как бы краснее, чем доведенная до той же температуры крупинка сажи. С чем же правильнее сравнить Солнце — с фарфором или с сажей?

Не будем спешить с ответом. Прежде разберемся в том, что такое «черное тело».

«Черное» — значит поглощающее свет. В большой мере таким свойством обладает сажа. Однако и сажа, вопреки поговорке, чуть-чуть бела, ибо небольшую долю света она отражает. Ее хоть и с трудом, но можно осветить.

А есть что-нибудь чернее сажи?

Возьмите какую-нибудь полость — к примеру, бочку из-под бензина —и проделайте в стенке маленькую дырочку. Эта дырочка — чемпион черноты. Осветить ее практически невозможно. Любой луч, направленный в бочку, исчезает в ней, полностью поглощается. Мы получили то, что в физике именуют «абсолютно черным телом».

Начнем теперь любым способом нагревать внутреннюю полость нашей бочки, позаботившись о том, чтобы она не передавала тепло наружу.

Вот температура достаточно высока. Стенки начали изнутри светиться. В полости появилось надежно плененное излучение. Количество его при каждой температуре наибольшее — ведь оно никуда не уходит (то, что выходит из маленькой дырочки, очень мало). В соответствии с температурой меняется при нагреве качество излучения — грубо говоря, его цвет. И яркость и спектр нетрудно исследовать по световому лучу, выходящему из маленького отверстия.

После многочисленных опытов и сложных теоретических изысканий физики раскрыли закон излучения такого абсолютно черного тела. Была выведена точная формула зависимости плотности излучения (количества энергии в кубическом сантиметре) от температуры и цвета, точнее, местоположения максимума энергии в спектре.

Выяснил эту закономерность в начале нашего столетия немецкий ученый Макс Планк, и она послужила первой ласточкой последующего развития науки, называемой квантовой механикой, которой суждено было смести прочь гнетущее наследие «кризиса науки» и о которой нам еще предстоит говорить впереди.

Мы однажды чуть было не обиделись на астрономов, прозвавших грандиозное Солнце «желтым карликом».

Пожалуй, еще обиднее назвать сверкающее золотом светило черным и даже абсолютно черным.

Но ничего не поделаешь. Физики выяснили, что ряд свойств Солнца заставляет для решения некоторых проблем считать его очень похожим на абсолютно черное тело.

Дело тут вот в чем.

Оказывается, наружные солнечные слои поглощают все излучение, падающее на них изнутри (почему это происходит, вы узнаете позднее). А ведь также вели себя и стенки нашей бочки. Кроме того, как ни велик поток лучистой энергии, уходящей с солнечной поверхности в окружающее пространство, он все же совершенно ничтожен по сравнению с невообразимо огромным количеством излучения, спрятанного внутри светила. Атмосфера Солнца — это как бы гигантское непрозрачное одеяло. Свет и тепло, льющиеся из нее наружу, равносильны тоненькому лучику, который выходил из крошечной дырочки в стенке бочки — модели абсолютно черного тела.