Борис Воронцов-Вельяминов: Звёздный мир

Спектры звезд, свет которых (собранный с помощью телескопа) тоже можно направить в спектроскоп, похожи на спектр Солнца. И по темным линиям их мы можем определить химический состав звездных атмосфер так же, как мы определили химический состав солнечной атмосферы по темным линиям спектра Солнца.

Таким путем ученые установили, что даже количественно химический состав атмосфер Солнца и звезд очень похож на количественный химический состав земной коры.

Самый легкий из всех газов, из всех химических элементов — водород — составляет на Солнце 42 процента по весу. На долю кислорода приходится 23 процента по весу. Столько же приходится на долю всех металлов, вместе взятых. Углерод, азот и сера составляют вместе б процентов от состава солнечной атмосферы. И только б процентов приходится на все остальные элементы, вместе взятые.

Надо учесть, что атомы водорода легче всех остальных. Поэтому их число далеко превосходит число всех других атомов. Из каждой сотни атомов в атмосфере Солнца 90 атомов принадлежит водороду.

Спектры звезд — это их паспорта с описанием всех звездных примет, всех их физических свойств. Надо лишь уметь в этих паспортах разобраться. Многое еще мы сумеем из них извлечь в будущем, но уже и сейчас мы читаем в них немало.

По спектру звезды мы можем узнать ее светимость (а следовательно, и расстояние до нее), температуру, размер, химический состав ее атмосферы (как качественный, так и количественный), скорость движения в пространстве, скорость ее вращения вокруг оси и даже то, нет ли вблизи нее другой невидимой звезды, вместе с которой она обращается вокруг их общего центра тяжести.

Спектральный анализ дает ученым также возможность определять скорость движения светил к нам или от нас даже в тех случаях, когда эту скорость и вообще движение светил никакими другими способами обнаружить невозможно.

Если какой-нибудь источник колебаний, распространяющихся в виде волн, движется по отношению к нам, то, понятно, длина волны колебаний, воспринимаемая нами, меняется. Чем быстрее приближается к нам источник колебания, тем короче делается длина его волны. И наоборот, чем быстрее источник колебаний удаляется, тем длина волны по сравнению с той длиной волны, которую воспринял бы наблюдатель, неподвижный по отношению к источнику, увеличивается.

В качестве знакомого примера можно привести распространение звуковых волн, которые представляют собой колебательное движение молекул воздуха. Так называемая высота звука или высота данного тона зависит от длины волны звуковых колебаний. Чем короче длина волны звуковых колебаний, тем выше тон звука.

Легко заметить и такое явление. Когда вы стоите на полотне железной дороги и по направлению к вам быстро несется свистящий паровоз, то тон свистка повышается, а когда паровоз, промелькнув мимо вас, станет удаляться, тон понижается.

То же самое происходит и со светом, когда источник света — небесное светило — движется по отношению к нам. Когда светило приближается к нам, длина волны всех линий в его спектре становится короче. А когда источник света удаляется, то длина волны тех же самых линий становится больше. В соответствии с этим в первом случае линии спектра сдвигаются в сторону фиолетового конца спектра (то есть в сторону коротких длин волн), а во втором случае они смещаются к красному концу спектра.

Установлено, что между величиной сдвига линий со своего нормального положения, то есть между величиной изменения длины волны, и скоростью движения существует определенная зависимость. Благодаря этой закономерности мы можем, по данным об изменении длины волны линий в спектре небесных светил, определить скорость их движения к нам или от нас (в километрах в секунду).

Например, величина сдвига линий паров натрия в спектре светила определяется путем сравнения их положения с положением, которое эти линии занимают в спектре паров натрия, находящихся в лаборатории и неподвижных относительно спектроскопа.

Заслуга проверки на опыте закона сдвига линий спектра при движении источника принадлежит крупнейшему советскому ученому — академику А. А. Белопольскому. После его опытов в лаборатории отпали все сомнения в справедливости этого закона, высказывавшиеся некоторыми зарубежными учеными.