Сергей Язев - Лекции о Солнце

Впервые человек увидел Солнце не в белом свете, а в узком диапазоне одной спектральной линии (монохроматическом свете)! Оказалось, что вид солнечного диска в свете одной линии (например, линии водорода Н -альфа) существенно отличается: незаметные в белом свете детали становятся чрезвычайно контрастными и выпуклыми… Хэйлу удалось получить более трех тысяч фотографий Солнца (спектрогелиограмм) с помощью его спектрогелиографа.

Хэйл обнаружил, что контуры многих линий сильно меняются, если телескоп направлен не на яркую фотосферу Солнца, а на солнечные пятна. Но разрешающая сила его прибора была невелика, и Хэйл задумал построить специальную обсерваторию для солнечных исследований и оснастить ее более совершенной техникой.

Зимой 1903 года Хэйл принял решение о строительстве обсерватории в Южной Калифорнии. Недавно созданный в Вашингтоне Фонд Карнеги пошел навстречу астрофизику, выделив финансирование для его проекта. В течение двух лет – в 1904 и 1905 годах – на гору Маунт-Вилсон был поднят горизонтальный солнечный телескоп (построенный, кстати, на пожертвования некоей мисс Элен Сноу). Так уж вышло, что дерзкие проекты Джорджа Хэйла практически всегда находили спонсоров. Но нет сомнений, что это были не просто поразительное везение и случайная удача (всем бы так!), а результат целенаправленных усилий самого мистера Хэйла, который был не только талантливым ученым, но и великолепным менеджером.

Тяжелое оборудование возили в гору на мулах. Наконец, на юго-восточном склоне 1700-метровой горы телескоп, оснащенный спектрографом, был установлен и введен в строй. Хэйл начал наблюдать и вскоре сделал два выдающихся открытия.

Во-первых, исследуя фраунгоферовы линии солнечных пятен, ученый предположил, что в темных пятнах температура меньше, чем в окружающей их сияющей фотосфере. Чтобы проверить это, Хэйл создал специальную лабораторию, где проводилось экспериментальное изучение влияния температуры на интенсивность спектральных линий. Был открыт ряд закономерностей, которые не оставляли сомнений: пятна, безусловно, «холоднее» окружающего фона!

Во-вторых, Хэйл заметил, что при наблюдениях со спектрогелиографом в свете линии водорода Н -альфа видна окружающая крупные солнечные пятна вихревая структура, которая простирается далеко от них. Эта структура незаметна при наблюдениях в белом свете. Хэйл сообразил, что наблюдаемая картина напоминает вид металлических опилок, помещенных в магнитное поле. Он предположил, что пятна являются местами, где на Солнце находятся сильные магнитные поля. Астрофизик решил проверить, нет ли в пятнах зеемановского расщепления спектральных линий.

Хэйлу пришлось подождать, пока на Солнце появится крупное пятно. К тому времени у ученого был в распоряжении новый замечательный прибор – в 1907 году на обсерватории Маунт-Вилсон под его руководством был сооружен 18-метровый башенный солнечный телескоп с большим спектрографом. Спектрограф давал хорошее спектральное разрешение: масштаб изображения спектра был достаточно велик, чтобы можно было детально исследовать форму контуров спектральных линий – линии были «растянуты» вдоль спектра. Специальная поляризационная оптика, установленная перед щелью спектрографа, позволяла определить, поляризован ли свет в спектральных линиях, и если да, то в каком направлении.

25 июня 1908 года Джордж Хэйл нашел экспериментальное подтверждение своей гипотезе. Спектральные линии, наблюдавшиеся в свете крупного солнечного пятна, расщепились, как и предсказывал эффект Зеемана, и оказались поляризованными – в точности так, как это и должно было случиться при наличии сильного магнитного поля в солнечном пятне!

Открытие было сделано. Пятна оказались местами, где на Солнце развивались мощные магнитные поля. Но для подробных исследований возможностей башенного телескопа, дававшего 17-сантиметровое изображение диска Солнца, не хватало. Блестящие способности организатора, присущие Хэйлу, проявились в очередной раз: Фонд Карнеги снова выделил средства!

В 1912 году на горе Маунт-Вилсон был введен в строй фантастический по тем временам инструмент: 45-метровый башенный солнечный телескоп. В комплект этого гигантского инструмента был введен новый большой спектрограф с фокусным расстоянием 22,5 м (предыдущий спектрограф имел 5,5-метровый фокус). Новая техника позволяла различать подробности формы контуров спектральных линий, совершенно недоступные в прошлом! Хэйлу удалось выполнить впечатляющий цикл исследований солнечного магнетизма, установить ряд важных закономерностей, накопить большую статистику.