# Прошлое, настоящее и будущее Вселенной

Герман Клейн

Письмо IV. Солнце.

"М╕ръ Бож╕й", No 7, 1896.

## ПРОШЛОЕ, НАСТОЯЩЕЕ И БУДУЩЕЕ ВСЕЛЕННОЙ.


## Космологическія письма Герм. Клейна.


Переводъ съ третьяго нѣмецкаго изданія К. Пятницкаго.


(Продолженіе *).


*) См. "Міръ Божій", No 6, іюнь 1896.


## ПИСЬМО IV. Солнце.


Зависимость органической жизни на землp3; отъ физическихъ состояній солнца.-- Какъ вычислить механическую силу, изливаемую солнцемъ въ видѣ теплоты.-- Разстояніе и величина солнца.-- Солнечныя пятна, продолжительность вращенія солнечнаго шара.-- Періодическія измѣненія въ числѣ пятенъ.-- Теорія солнечныхъ пятенъ, развитая Целльнеромъ.-- Солнечные факелы.-- Отношенія между земными явленіями и перемѣнами въ числѣ пятенъ.-- Протуберанцы и примѣненіе спектральнаго анализа къ ихъ изслѣдованію.-- Хромосфера.-- Форма протурберанцовъ.-- Теоріи пятенъ Шпёрера, Секки и Фея.-- Движенія протурберанцовъ и температура верхнихъ слоевъ солнечной массы.-- Запасъ силы, скрытой въ солнцѣ, долженъ съ теченіемъ времени истощиться.


Представьте громадную шарообразную туманность, простиравшуюся гораздо дальше орбиты Нептуна. Изъ нея развилась наша планетная система, изъ нея образовалось солнце. Его неимовѣрно-высокая температура -- только остатокъ гораздо большихъ запасовъ теплоты, происшедшихъ при сжатіи обширной туманности. Редтенбахеръ попытался вычислить начальную температуру солнца и планетъ. Конечно, его опредѣленіе основано на извѣстныхъ гипотетическихъ предположеніяхъ и не можетъ считаться безусловно-точнымъ. Тѣмъ не менѣе, оно можетъ дать общее понятіе о вопросѣ. Начальная температура солнца равнялась, по Редтенбахеру, 178 милліонамъ градусовъ, температура Юпитера 1 2/3 милліона градусовъ и температура земли -- 55.000 градусовъ. Понятно, почему поверхность земли давно уже охладилась, въ то время, какъ Юпитеръ остается раскаленнымъ, а солнце и теперь съ неимовѣрной щедростью изливаетъ въ пространство потоки свѣта и теплоты {О температурѣ солнца см. статью проф. Цераскаго -- "Нѣсколько соображеній о температурѣ солнца, на основанія опытовъ съ большимъ зажигательнымъ зеркаломъ", "М. Б." 1895 г., мартъ, стр. 102.}.

Обратимся къ далекому прошлому, когда главнымъ проявленіемъ силъ, заключенныхъ въ матеріи, было движеніе массъ. Ясно, что это движеніе, по истеченіи неопредѣленно большого промежутка времени, должно было привести къ тепловымъ явленіямъ: цѣликомъ или отчасти оно превращалось въ теплоту, потому что самое естественное и полное превращеніе движенія -- это именно переходъ въ теплоту. Благодаря такому превращенію и произошелъ тотъ раскаленный газообразный шаръ, которому обязана своимъ существованіемъ наша солнечная система. Первоначальное движеніе было вполнѣ превращено здѣсь въ теплоту. Пока отдѣльныя планеты сохраняли остатокъ начальнаго жара, онѣ владѣли самостоятельнымъ источникомъ физической силы. но какъ только этотъ жаръ исчезъ, единственнымъ источникомъ силы оказалось солнце. Для земли уже милліоны лѣтъ назадъ наступилъ періодъ безсилія, которое вызывается отсутствіемъ собственной теплоты; для нея солнце -- источникъ всѣхъ силъ. Самое существованіе земли, какъ самостоятельной планеты, зависитъ отъ солнца, потому что она отдѣлилась отъ его массы и чрезъ милліоны лѣтъ вернется туда же, чтобы кончить пожаромъ, какъ начала среди пожара. Но этого мало: все существованіе рода человѣческаго непосредственно обусловлено физическими состояніями солнца; современная наука выяснила здѣсь такія отношенія, какихъ не подозрѣвали ранѣе. Всѣ механическія силы, какія дѣйствуютъ на землѣ: сила воды, которая вертитъ колесо мельницы, сила вѣтра,-- сила пара, которая съ быстротой вихря мчитъ по желѣзнымъ рельсамъ тяжелый поѣздъ, сила вьючнаго животнаго и благороднаго коня, наконецъ, сила человѣка, которая проявляется въ его тѣлесной и духовной дѣятельности,-- всѣ эти силы исходятъ изъ солнца, всѣ онѣ изливаются на вашу холодную землю съ лучами свѣта и теплоты. "Потокъ этихъ силъ, льющійся на землю", говорить Робертъ Майеръ, это -- постоянно заведенная пружина которая поддерживаетъ весь круговоротъ движеній, совершающихся на земной поверхности". Земля непрерывно теряетъ большія количества силы, излучая ихъ въ міровое пространство въ видѣ волнообразныхъ движеній; понятно, на ея поверхности быстро воцарился бы смертельный холодъ, еслибъ не это постоянное возмѣщеніе потерь.

Много ли силы, или энергіи, ежедневно изливается солнцемъ въ міровое пространство? Чтобы дать приблизительное понятіе объ этомъ, я хочу показать, какъ производятся такіе разсчеты.

Путемъ точныхъ опытовъ опредѣляется, сколько теплоты получаетъ отъ солнца какая-нибудь площадь въ теченіе одной секунды.

Теплоту измѣряютъ калоріями. Такъ называется количество теплоты, способное нагрѣть 1 килограммъ воды на 1о по Цельсію.

При удаленіи отъ солнца теплота убываетъ пропорціонально квадратамъ разстояній. Легко вычислить, во сколько разъ увеличится количество теплоты, получаемой данною площадью, если приблизить ее къ самой поверхности солнца. По наблюденіямъ Ланглея, каждый квадратный сантиметръ солнечной поверхности излучаетъ въ теченіе секунды, по меньшей мѣрѣ, 3 калоріи.

Извѣстно, что теплоту можно превратить въ механическую силу; при этомъ между ними сохраняется вполнѣ опредѣленное отношеніе. Единицѣ теплоты соотвѣтствуетъ, приблизительно, 424 килограммометра работы; это значитъ: единица теплоты или калорія, переходя въ работу, можетъ поднять 424 килограмма на высоту одного метра. Число килограммометровъ работы, равно" значущее единицѣ теплоты, называется механическимъ эквивалентомъ теплоты.

Ясно, что 3 калоріи, излучаемыя квадратнымъ сантиметромъ солнечной поверхности въ теченіе секунды, способны произвести работу въ 1.272 килограммометра.

Обыкновенно работа измѣряется лошадиными силами: каждые 75 килограммометровъ составляютъ одну лошадиную силу. Значитъ, 1.272 килограммометра равны, приблизительно, 16 лошадинымъ силамъ.

Таково механическое выраженіе силы, которая излучается въ видѣ теплоты каждымъ квадратнымъ сантиметромъ солнечной поверхности. Одинъ квадратный метръ даетъ въ теченіе секунды 160.000 лошадиныхъ силъ.

Вспомнимъ, что поверхность солнца въ 11.600 разъ больше земной поверхности. Эта послѣдняя представляетъ площадь въ 9.261.000 квадратныхъ миль, и въ каждой квадратной милѣ 55.060.000 квадратныхъ метровъ. Перемножимъ всѣ эти числа, помножимъ произведеніе на 160.000, и у насъ получится механическій эквивалентъ солнечнаго излученія, выраженный въ лошадиныхъ силахъ. Эта масса энергіи непрерывнымъ потокомъ изливается въ міровое пространство въ видѣ теплоты. Представимъ, что мы захотѣли бы покрыть потери этого лучеиспусканія, сжигая каменный уголь; пришлось бы ежедневно сжигать объемъ, равный всему земному шару. Только самая ничтожная часть этой теплоты попадаетъ на землю: говоря точно, 1/2250000000. Но эта часть неимовѣрно велика, и ею вызываются всѣ движенія на земной поверхности.

Еслибъ солнце не посылало землѣ каждую секунду новыхъ и новыхъ силъ въ видѣ свѣтлыхъ и темныхъ тепловыхъ лучей, запасы физическихъ силъ на ея поверхности быстро пришли бы къ концу. Правда, растенія обладаютъ замѣчательной способностью овладѣвать солнечнымъ лучемъ и превращать его силу въ химическое сродство. Благодаря имъ, образовались залежи каменнаго угля, заключающія большой запасъ силы. Но этотъ запасъ быстро истощился бы, еслибъ остался единственнымъ. Солнце должно постоянно посылать землѣ новые потоки силы; съ послѣднимъ солнечнымъ лучомъ для всякой жизни и для всѣхъ движеній на земной поверхности наступило бы начало конца.

Если траты теплоты и механической силы такъ громадны и тянутся уже милліоны лѣтъ, невольно возникаетъ вопросъ, сколько времени могутъ продолжаться онѣ. Теперь еще нельзя дать точнаго отвѣта. Принимая во вниманіе физическое состояніе солнца, можно утверждать, что оно переживаетъ теперь такую стадію развитія. которая обезпечиваетъ еще очень много лѣтъ блеска и лучеиспусканія.

Центръ солнечнаго шара удаленъ отъ центра земли, приблизительно на 20.000.000 географическихъ миль. Діаметръ солнца равенъ 185.000 географическихъ миль. Его объемъ въ 1.250.000 разъ больше, чѣмъ у земли, и заключаетъ 3.313 билліоновъ кубическихъ миль. Такъ какъ масса солнца въ 320.000 разъ превосходитъ массу земли, ясно, что средняя плотность его составляетъ 1/4 земной. Уже эта малая плотность солнца показываетъ, что оно не можетъ состоять изъ твердаго вещества.

Дѣйствительно, всѣ изысканія приводятъ къ выводу, что наружная оболочка солнца, которой даютъ названіе фотосферы, находится въ состояніи раскаленнаго газа. Эта фотосфера представляетъ ту часть солнца, которую мы созерцаемъ непосредственно. Въ какомъ состояніи находится матерія ниже ея, внутри солнца, объ этомъ неизвѣстно ничего точнаго. Несомнѣнно, что теплота холжна возрастать, по мѣрѣ углубленія въ массу солнца, и потому плотность вещества должна уменьшаться. Но, рядомъ съ этимъ, быстро увеличивается давленіе выше лежащихъ слоевъ; раскаленные газы внутри солнца могутъ быть сжаты съ такою страшною силою, что возможно допустить огненно-жидкое состояніе. Конечно, этого нельзя утверждать положительно. Мы не знаемъ даже, какъ, вообще, слѣдуетъ представлять состояніе тѣла, температура котораго измѣряется милліонами градусовъ, способна ли матерія къ такому повышенію температуры; наши наблюденія ничего не говорятъ объ этомъ.


Телескопическое изслѣдованіе солнечнаго диска показываетъ, что онъ покрыть толпою образованій. Одни изъ нихъ свѣтѣе, другія -- темнѣе основного фона солнечной поверхности. Свѣтлыя образованія носятъ названіе солнечныхъ факеловъ, темныя -- солнечныхъ пятенъ. Факелы изслѣдованы мало; все-таки удалось установить, что, вмѣстѣ съ яркими свѣтовыми витями, образующими сѣть на нѣкоторыхъ мѣстахъ солнечной поверхности, они выступаютъ повсемѣстно: нѣтъ на солнцѣ такой области, гдѣ бы они отсутствовали совершенно. Въ появленіи солнечныхъ факеловъ наблюдается извѣстная періодичность: поясъ, особенно густо усѣянный факелами, въ теченіе періода въ 11 лѣтъ передвигается отъ полюсовъ солнца къ его экватору.


Гораздо лучше изучены солнечныя пятна. Первыми наблюдателями были Фабрицій, Галилей и Шейкеръ. Уже они замѣтили, что пятна движутся по диску отъ востока къ западу, и что требуется 13 дней, чтобы пятно могло передвинуться отъ одного края до другого. Движеніе это поставили въ связь съ вращеніемъ солнца около оси; для полнаго оборота около оси солнцу нужно вдвое больше времени, т.-е., приблизительно, 26 дней, Возьмемъ большой кругъ, который долженъ изображать солнечный дискъ; нанесемъ на него видимые пути солнечныхъ пятенъ. Окажется, что это -- эллипсисы; наибольшую кривизну они обнаруживаютъ около 5-го сентября; затѣмъ линія пути постепенно выпрямляется, и 5-го декабря мы видимъ ее совершенно прямою, въ это время она наклонена къ плоскости земной орбиты подъ угломъ почти въ 7 градусовъ. Послѣ этого линія снова искривляется, но уже въ противоположномъ направленіи; 5-го марта наблюдается наибольшая кривизна; 5-го іюня линія опять становится прямою. Что же слѣдуетъ отсюда? То, что пятна движутся въ плоскости, не совпадающей съ плоскостью земной орбиты, другими словами: что плоскость солнечнаго экватора наклонена къ плоскости земной орбиты. Уголъ между этими плоскостями достигаетъ величины 7 градусовъ; линія ихъ пересѣченія встрѣчаетъ земную орбиту на 75 и 255 градусахъ долготы. Однако, обѣ эти величины опредѣлены далеко не такъ точно, какъ можно было бы ждать на основаніи вышеизложеннаго.

Причина заключается въ собственномъ движеніи, которымъ обладаютъ пятна рядомъ съ общимъ вращательнымъ движеніемъ.

Уже больше чѣмъ 200 лѣтъ назадъ, іезуитъ Шейнеръ постоянными наблюденіями доказалъ эти собственныя движенія солнечныхъ пятенъ. Южныя пятна, говоритъ онъ, заканчиваютъ свой оборотъ скорѣе, чѣмъ сѣверныя. Этотъ выводъ былъ подтвержденъ Іоганномъ Кассини и Шустеромъ. Но только въ послѣднее время Кэррингтонъ и Шпереръ доставили столь точныя и многочисленныя наблюденія надъ солнечными пятнами, что явилась возможность изслѣдовать закономѣрность въ ихъ собственныхъ движеніяхъ. Найдено, что скорость вращенія отдѣльныхъ зонъ солнечной поверхности тѣмъ меньше, чѣмъ больше эти зоны удалены отъ экватора. Но разъ убываетъ скорость вращенія, должно возростать время, которое требуется имъ для полнаго оборота, продолжительность вращенія. Это слѣдуетъ также изъ спектроскопическихъ наблюденій, которыя были поставлены Дюнеромъ и прямо дали скорость вращательнаго движенія для различныхъ градусовъ широты на поверхности солнца. Оказалось, что поясъ близъ солнечнаго экватора заканчиваетъ вращеніе въ 26,5 дня, подъ 30-мъ градусомъ широты -- въ 27,6 дня, подъ 60-мъ -- приблизительно, въ 34 дня, подъ 75-мъ -- въ 39 дней. Еслибъ продолжительность вращенія возростала въ той же степени до самыхъ полюсовъ, пятно, помѣщенное въ ихъ сосѣдствѣ, требовало бы промежутка въ Е0 дней, чтобы сдѣлать одинъ оборотъ вокругъ солнца. Такъ ли это, мы не знаемъ: спектроскопическихъ наблюденій по этому вопросу не было поставлено. Вообще, крупныя пятна никогда не показываются около полюсовъ солнца, крайне рѣдко являются они и въ сосѣдствѣ съ экваторомъ; обыкновенно они разсѣяны въ области, расположенной между 5 и 30 градусами широты къ сѣверу и къ югу отъ экватора. Этотъ фактъ былъ отмѣченъ еще Шейкеромъ, который называлъ эту область пятенъ королевскою зоною.


Очень часто пятна выступаютъ группами; но собственныя движенія отдѣльныхъ членовъ такой группы не совпадаютъ между собою. Распаденіе группы происходить въ нѣсколько пріемовъ и по различнымъ направленіямъ. Вообще, внутри пятна и въ его окрестностяхъ совершаются ужасные перевороты и передвиженія. Спектроскопическія наблюденія показываютъ, что вокругъ крупныхъ пятенъ вырываются изъ глубины раскаленные газы со скоростью 30--40 километровъ въ секунду. Въ спектрахъ пятенъ закачается, вообще, усиленіе или расширеніе обыкновенныхъ темныхъ линій солнечнаго спектра; часто это расширеніе происходить только на одной сторонѣ линіи. Изучая въ лабораторіяхъ химическія соединенія металловъ, нашли, что такое расширеніе спектральныхъ линій указываетъ на пониженіе температуры. Этотъ выводъ подтверждается еще однимъ обстоятельствомъ: линіи атмосфернаго водяного пара въ нѣкоторыхъ пятнахъ оказались усиленными; можно было принять, что надъ отдѣльными пятнами имѣются даже водяные пары. Иногда въ спектрѣ пятна можно различить свѣтлыя водородныя линіи; этимъ доказывается, что надъ такими пятнами носятся массы раскаленнаго водорода.

Вообще, солнечныя пятна представляютъ крайне интересное поле для наблюденія, но многія явленія, относящіяся къ этой области, далеко еще не изучены.


Количество пятенъ измѣняется періодически. Бываютъ годы, когда они выступаютъ особенно обильно, -- это ихъ максимумъ; иногда, напротивъ, пятенъ совсѣмъ мало, -- это ихъ минимумъ. Сообразно съ этимъ, мѣняется, по Шпереру, распредѣленіе пятенъ на солнечномъ дискѣ и величина собственнаго движенія ихъ подъ различными широтами. Какимъ бы случайнымъ ни казалось намъ происхожденіе и исчезновеніе ихъ, число пятенъ, выступающихъ въ различные годы, слѣдуетъ опредѣленному порядку, Подчинено извѣстному періоду. Первый, кто доказалъ это наблюденіями, продолжавшимися безъ перерыва много лѣтъ, былъ Швабе изъ Дессау. Затѣмъ, Рудольфъ Вольфъ, изъ Цюриха, занялся этимъ вопросомъ, и съ такою настойчивостью собралъ и обработалъ всѣ наблюденія надъ солнечными пятнами, что, благодаря дѣятельности этого человѣка, мы располагаемъ въ настоящее время довольно точными свѣдѣніями о состояніи пятенъ на поверхности солнца почти съ самаго момента ихъ открытія. Выводъ слѣдующій: численность, солнечныхъ пятенъ подчинена періоду въ 11 1/9 года. Это значитъ: если теперь число пятенъ наибольшее, такой же максимумъ, наступитъ снова чрезъ 11 1/9 года, и между этими двумя моментами придется эпоха, когда количество пятенъ будетъ минимальное. Но 11 1/9 года это -- величина средняя; длина отдѣльныхъ періодовъ -- не одинакова и притомъ мѣняется довольно правильно, такъ-что существуетъ періодъ въ періодѣ. Для того, чтобы представить этотъ, въ высшей степени, интересный фактъ съ необходимой ясностью, я приведу, по Вольфу, годы, на которые приходились максимумы и минимумы солнечныхъ пятенъ; въ другомъ столбцѣ я покажу, какими промежутками времени были раздѣлены два сосѣдніе максимума или минимума. Данныя выражены въ годахъ и ихъ доляхъ: напримѣръ, 1615,5 означаетъ средину 1615-го года.


Числа второго и четвертаго столбца выражаютъ длину отдѣльныхъ періодовъ. Если разсмотримъ ихъ внимательнѣе, увидимъ, что они измѣняются съ нѣкоторою правильностью. Самый длинный періодъ приходился между 1788 и 1804 годами и равнялся 15 1/2 годамъ. За нимъ, между 1829 и 1837 годами, слѣдовалъ самый короткій -- въ 7 1/10 года. Предъидущій кратчайшій періодъ продолжался отъ 1761 до 1770 года. Слѣдовательно, отъ 1761 до 1788 года длина періодовъ постепенно увеличивалась, послѣ же этого до 1829 года постепенно убывала. Періодъ періодовъ равняется, судя по этимъ даннымъ, 67--68 годамъ. Менѣе точныя опредѣленія, обнимающія промежутокъ отъ 1650 до 1770 г., приводятъ къ иному выводу, и Рудольфъ Вольфъ опредѣлилъ сначала длину главнаго періода въ 55 1/2 лѣтъ. Изслѣдованія Горнштейна дали величину 69,73 года; она близка къ величинѣ, найденной мною раньше; ее подтверждаетъ также, новѣйшая работа Вольфа, при которой онъ принялъ во вниманіе рядъ древнихъ наблюденій надъ солнечными пятнами, произведенныхъ въ Китаѣ, въ концѣ концовъ, онъ пришелъ къ убѣжденію, что главный періодъ солнечныхъ пятенъ обнимаетъ или 67, или 88 лѣтъ. Придется ждать до конца этого столѣтія, чтобы получить необходимыя данныя для точнаго рѣшенія вопроса, какую длину имѣетъ главный періодъ солнечныхъ пятенъ.

Какая же причина вызываетъ періодическія измѣненія въ числѣ пятенъ? Какими физическими свойствами обладаютъ, вообще, эти образованія? Чтобы отвѣтить на первый вопросъ, необходимо, повидимому, рѣшить второй. По крайней мѣрѣ, ясно, что разъ не найдено космической причины для измѣненій въ числѣ пятенъ, приходится объяснять это явленіе состояніями, которыя даны въ солнцѣ и въ самихъ пятнахъ. Но сколько ни искали внѣ солнца такихъ вліяній, которыя могли бы увеличивать или уменьшать число пятенъ, ихъ нельзя указать съ точностью. Если не прибѣгать къ рискованнымъ гипотезамъ, мы не можемъ въ настоящее время объяснять данное явленіе причинами, лежащими внѣ солнца.

Нужно сдѣлать попытку: не удастся ли вывести его изъ состояній, которыя связаны съ физическимъ устройствомъ самого солнца. Для этого мы должны нѣсколько ближе ознакомиться со свойствами солнечныхъ пятенъ.


Я не намѣренъ давать здѣсь историческій очеркъ различныхъ гипотезъ относительно природы солнечныхъ пятенъ. Отмѣчу только, что тѣ воззрѣнія, которыя до начала второй половины нашего столѣтія принимались за истинныя, въ настоящее время единогласно признаны ошибочными. Большое вліяніе оказали данныя спектральнаго анализа. Нѣмецкій, физикъ Кирхгофъ первый осмѣлился напасть на гипотезу относительно строенія солнца и его пятенъ, которая господствовала до него въ астрономіи. По его выраженію, она стояла въ такомъ противорѣчіи съ точными физическими знаніями, что "ее слѣдовало бы отвергнуть даже въ томъ случаѣ, если бы, помимо нея, мы совершенно не могли уяснить явленія солнечныхъ пятенъ". Кирхгофъ принималъ солнечныя пятна за облака, которыя носятся въ раскаленной атмосферѣ солнца. Въ этой атмосферѣ, говорилъ онъ, должны происходить тѣ-же процессы, что и въ нашей земной: мѣстныя пониженія температуры должны давать поводъ къ образованію облаковъ. Гипотеза Кирхгофа была подтверждена наблюденіями Шперера, и, по крайней мѣрѣ, сравнительно съ прежними воззрѣніями, казалась вполнѣ правдоподобною. Позднѣе остроумный астрофизикъ Целлѣнеръ выставилъ и обосновалъ теорію, по которой солнечныя пятна это -- шлаковидные продукты на огненно-жидкой поверхности солнца. Въ настоящее время эта теорія представляется очень вѣроятною: быть можетъ, она ближе всѣхъ другихъ подходитъ къ истинѣ. Солнечныя пятна это -- или облачныя, или шлаковидныя образованія; едва ли есть основанія видѣть въ нихъ что-нибудь иное. Какое же изъ этихъ двухъ предположеній истинное? Целлѣнеръ обратилъ вниманіе на одно обстоятельство, которое облегчаетъ выборъ. Скорость вращательнаго движенія на солнечной поверхности неодинакова подъ различными градусами широты. Еслибъ пятна были облачными массами, плавающими въ атмосферѣ солнца, они казались бы вытянутыми въ направленіи, параллельномъ экватору. Въ самомъ дѣлѣ, представимъ на поверхности солнца двѣ точки: одну на 28-мъ, другую на 30-мъ градусѣ широты; при вращеніи солнца первая движется быстрѣе; разница въ скорости -- 6,6 угловой минуты. Пройдетъ n дней, а первая точка обгонитъ вторую на n X 6,6'. Если облачная масса, имѣла въ началѣ діаметръ въ 2о, теперь она вытянется въ полосу длиною 2о + n X 6,6; разстояніе между данными точками будетъ постепенно увеличиваться, и полоса мало-по-малу приметъ направленіе, параллельное экватору. Ширина ея будетъ на срединѣ наибольшая. Представимъ теперь, что на солнцѣ явилось совершенно-круглое пятно съ діаметромъ въ 2о; будемъ слѣдить за нимъ, пока солнце закончитъ одинъ оборотъ около оси, слѣдовательно, въ теченіе 25 дней: если это пятно -- облачная масса" оно должно принять за это время видъ полосы въ 4 3/4о длиною. Наблюдались ли подобныя явленія у солнечныхъ пятенъ?-- Не наблюдались, хотя размѣры пятенъ иногда бываютъ больше только-что указанныхъ. Полосъ не образуется, и въ этомъ можно видѣть важный доводъ противъ облачной природы солнечныхъ пятенъ. У большихъ пятенъ много разъ замѣчали вращательное движеніе; Целльнеръ объясняетъ его просто и изящно. Представимъ, ради простоты, круглое пятно, южный край котораго лежитъ на 25-мъ, а сѣверный на 30-мъ градусѣ сѣверной широты. Сѣверный край пятна будетъ отставать, южный будетъ забѣгать впередъ, къ востоку на 16,2 угловой минуты въ сутки. Но эти 16,2' соотвѣтствуютъ на солнечной поверхности разстоянію больше, чѣмъ въ 400 миль. Такова суточная разница въ движеніи краевъ нашего пятна. При меньшей связности между его частями оно могло бы распасться. Но такъ какъ этого не наблюдается, излишекъ поступательнаго движенія въ южной части пятна долженъ вызвать его вращеніе около центра въ направленіи: югъ -- востокъ-сѣверъ. Это направленіе, противоположное движенію часовой стрѣлки. Пятно, расположенное на южномъ полушаріи солнца, будетъ вращаться въ обратную сторону: отъ юга чрезъ западъ къ сѣверу, такъ, какъ движется часовая стрѣлка. Съ помощью математическаго изслѣдованія Целльнеръ показалъ, что если сравнить глубокіе слои раскаленной жидкости съ поверхностными, первые быстрѣе движутся въ сторону вращенія, слѣдовательно, отъ запада къ востоку если смотрѣть на нихъ изъ центра солнца, и отъ востока къ западу, если смотрѣть съ земли. Это -- новый поводъ къ вращательному движенію у крупныхъ пятенъ, которыя глубоко внѣдряются въ массу солнца. Представьте пятно значительной величины и шарообразной формы. Нижняя часть такого шара быстрѣе движется по направленію къ востоку, чѣмъ центръ и верхняя половина. Отсюда возникаетъ вращеніе всего шара около горизонтальной оси, лежащей въ направленіи югъ -- сѣверъ. Шарообразное пятно начнетъ вращаться въ сторону, обратную движенію всего солнечнаго шара. По изысканіямъ Целлѣнера, если подвигаться отъ поверхности солнца къ центру, быстрота вращенія возростаетъ гораздо скорѣе, чѣмъ въ томъ случаѣ, если переходить изъ высокихъ широтъ въ низкія. Слѣдовательно, шаръ, помѣщенный на поверхивсти солнца, будетъ вращаться около горизонтальной оси быстрѣе, чѣмъ около вертикальной. Но солнечныя пятна -- не шары: по всей вѣроятности, это тѣла, болѣе или менѣе плоскія; въ горизонтальномъ направленіи они вытянуты гораздо больше, чѣмъ въ вертикальномъ. Вращенію такого тѣла должна препятствовать передняя часть его, выступающая изъ жидкости. Необходимо преодолѣть это сопротивленіе, чтобы вращеніе состоялось. Если же сила, вызывающая вращеніе, недостаточно велика для этого, ея дѣйствіе сведется къ тому, что измѣнится положеніе плавающаго тѣла: та частъ ею, которая при движеніи приходится впереди, поднимется, задняя погрузится, такъ что между силою и сопротивленіемъ постоянно будетъ сохраняться равновѣсіе. Поверхность такого тѣла будетъ не горизонтальною, а наклонною; она будетъ подниматься въ сторону вращенія. Уголъ наклоненія можетъ быть различенъ: это зависитъ, съ одной стороны, отъ отношенія между толщиною тѣла и величиной его поверхности, съ другой -- отъ величины погруженія и отъ разницы скоростей на различной глубинѣ.. Разъ измѣняются эти отношенія, должны послѣдовать измѣненія во вращательныхъ и поступательныхъ движеніяхъ. Предположимъ, напримѣръ, что тѣло быстро опустилось на большую глубину; сейчасъ же увеличится скорость поступательнаго движенія, потому что глубокіе слои движутся въ сторону вращенія быстрѣе поверхностныхъ. Если тѣло погрузится совсѣмъ, оно снова поднимется на поверхность, но уже въ другомъ мѣстѣ, которое лежитъ впереди въ направленіи вращенія.

Я подробно изложилъ соображенія Целльнера, потому что они съ замѣчательною ясностью, безъ обращенія къ математическимъ символамъ, освѣщаютъ трудный вопросъ, который имѣетъ величайшую важность для объясненія движеній солнечныхъ пятенъ. Иногда форма пятенъ внезапно мѣняется; какими бы причинами ни вызывалось это явленіе, оно должно стоять въ связи съ перемѣнами въ степени погруженія отдѣльныхъ шлаковидныхъ массъ. Та же причина должна вызывать крупныя и внезапныя разность въ движеніи отдѣльныхъ кусковъ. Чѣмъ сильнѣе погружается или поднимается данное пятно, тѣмъ значительнѣе перемѣны въ его движеніи. Понятно, что степень погруженія должна измѣняться всего сильнѣе во время развитія или распаденія пятна. Въ первомъ случаѣ толщина шлака возростаетъ, въ послѣднемъ -- убываетъ. Эта догадка вполнѣ подтверждается наблюденіями. Извѣстно, что опредѣленной широтѣ на поверхности солнца соотвѣтствуетъ опредѣленная скорость движенія. Шпереръ указываетъ, что этотъ общій законъ неприложимъ къ первой фазѣ въ развитіи группы пятенъ, такъ какъ въ это время наблюдаются очень значительныя, разнообразныя и взаимно противоположныя движенія. Шпереръ нашелъ далѣе, что обыкновенно, если восточная часть группы пятенъ исчезаетъ, въ западной сохраняется основное ядро. Это явленіе объясняется просто, если вспомнить о наклонномъ положеніи поверхности пятна. Передній край шлака приподнятъ, и этотъ край, если смотрѣть съ земли, приходится западнымъ. Задняя, восточная сторона шлака, при его наклонномъ положеніи, залита обыкновенно раскаленной жидкостью; поэтому распаденіе совершается здѣсь быстрѣе, чѣмъ на другой сторонѣ, которая болѣе или менѣе выступаетъ надъ уровнемъ раскаленной жидкости.

Все это показываетъ, какъ просто объясняетъ теорія Целльнера всѣ явленія, которыя наблюдалися при движеніи, распаденіи и образованіи солнечныхъ пятенъ. Но Целльнеръ идетъ далѣе: онъ выводить изъ своей теоріи періодическія измѣненія въ числѣ пятенъ, онъ объясняетъ ихъ распредѣленіе въ двухъ поясахъ, параллельныхъ экватору, ихъ малочисленность въ полярныхъ и экваторіальныхъ областяхъ солнца. Я попытаюсь изложить воззрѣнія названнаго астрофизика съ возможною ясностью.

Солнце -- это исполинскій шаръ, который на своей поверхности состоитъ изъ огненно-жидкаго вещества. На этой огненной жидкости лежитъ раскаленная атмосфера, которая содержитъ часть веществъ, составляющихъ жидкость, въ газообразномъ или парообразномъ состояніи.

Какое вліяніе оказываетъ эта атмосфера на лучеиспусканіе огненной жидкой поверхности солнца?-- Судить объ этомъ можно" по аналогіи съ вліяніемъ земной атмосферы на тепловыя потери земли. Когда земная атмосфера спокойна и безоблачна, теплота земли безпрепятственно уходитъ въ холодное міровое пространство. Ночная потеря теплоты въ этомъ случаѣ бываетъ очень, значительна; найдено, что вслѣдствіе нея температура почвы понижается иногда на 5--6о Цельсія сравнительно съ температурою воздуха; въ Германіи изъ-за этого даже лѣтомъ бываютъ ночные морозы. Та же причина вызываетъ образованіе росы или пнея. Если земная атмосфера не ясна и не спокойна, никогда не бываетъ росы. Небо, натянутое облаками, препятствуетъ ночному лучеиспусканію; оно покрываетъ землю, какъ мантія. Вѣтеръ также мѣшаетъ образованію росы, потому что постоянно приносить новые потоки теплаго воздуха къ холодѣющимъ тѣламъ.

Такія же явленія совершаются на огненно-жидкой поверхности солнца. Тамъ, гдѣ раскаленная атмосфера солнца спокойна и ясна, расположенная подъ нею часть жидкой поверхности должна подвергнуться извѣстному пониженію температуры. Если такое пониженіе достигнетъ опредѣленной величины, отдаленный наблюдатель замѣтитъ это по уменьшенію силы свѣта на данномъ мѣстѣ солнечной поверхности; слѣдовательно, онъ увидитъ тамъ темное пятно. Само собою разумѣется, что описанный здѣсь процессъ можетъ происходить одновременно въ различныхъ точкахъ солнечнаго диска; поэтому пятна могутъ появляться одновременно во многихъ мѣстахъ солнечной поверхности. но какъ только пятно образовалось, оно вызываетъ въ смежныхъ областяхъ солнечной атмосферы значительныя нарушенія равновѣсія; опять возможна аналогія съ земными вѣтрами. Должны происходить сгущенія, подобныя облакамъ; они расположатся вокругъ острова изъ шлаковъ, т. е. пятна. Наблюдателю, помѣщенному на землѣ, они представляются въ видѣ сѣраго вѣнца, который окружаетъ пятно и повторяетъ всѣ его очертанія. Все это мы видимъ въ дѣйствительности; этому вѣнцу дали названіе пенумбры или полутѣни, потому что никогда онъ не бываетъ такимъ темнымъ, какъ само пятно.


Появленіе пятна создаетъ въ атмосферѣ солнца извѣстныя движенія. Но, именно благодаря этимъ движеніямъ, возстановляются тѣ условія, которымъ пятно обязано было своимъ происхожденіемъ: покой и ясность атмосферы. Когда лучеиспусканіе и пониженіе температуры привели къ образованію пятна, усиленная потеря теплоты на данномъ мѣстѣ солнечной поверхности прекращается. Охладившіяся области могутъ снова получить высокую температуру изъ двухъ источниковъ: снизу чрезъ соприкосновеніе съ раскаленною жидкостью, заключенною внутри солнца; сверху -- чрезъ соприкосновеніе съ горячими потоками газовъ, которые стремятся къ пятну со всѣхъ сторонъ. Этотъ процессъ можетъ сгладить разницы въ температурахъ, вызванныя лучеиспусканіемъ. Конечно, пятно тогда исчезаетъ; въ атмосферѣ солнца наступаетъ первоначальное состояніе равновѣсія, и возстановляются условія, которыя могутъ привести къ новому образованію пятенъ. Нужно помнить, что на поверхности и въ атмосферѣ солнца возможны самыя разнообразныя обстоятельства и вліянія. Вотъ почему полный покой и полная ясность атмосферы должны казаться намъ состояніемъ случайнымъ: трудно предсказать, когда наступитъ явленіе и долго ли просуществуетъ. Мы можемъ утверждать только одно: продолжительность существованія пятна должна быть тѣсно связана съ его величиною. Причина понятна. Пятно исчезаетъ, когда устанавливается равенство температуръ. Предположимъ, что массы вещества, которыя пришли въ соприкосновеніе и стремятся къ такому равенству температуръ, обладаютъ одинаковой теплопроводностью и подвижностью. Ясно, что разница въ температурахъ исчезнетъ тѣмъ скорѣе, чѣмъ меньше размѣры охладившейся и снова нагрѣвающейся массы. Этотъ выводъ подтверждается наблюденіемъ: малыя пятна обыкновенно существуютъ не долго; только большія, или, вѣрнѣе, только очень большія пятна могутъ сохраняться въ теченіе нѣсколькихъ оборотовъ солнца около оси.

Чѣмъ крупнѣе пятно, тѣмъ обширнѣе та область солнечной атмосферы, на которую простираются нарушенія равновѣсія или вихри, вызванные существованіемъ пятна. Вспомнимъ, что главныя условія для образованія пятна это -- покой и ясность атмосферы. Очевидно, эти условія немыслимы вблизи пятна значительныхъ размѣровъ. Поэтому въ сосѣдствѣ съ крупнымъ пятномъ нельзя искать другого большого пятна. Вѣрность этого вывода давно доказана наблюденіемъ. Если на какомъ-нибудь мѣстѣ солнечной поверхности находится большое пятно, оно должно оказывать на окрестную область такое вліяніе, что близъ него, во все время его существованія дальнѣйшее образованіе крупныхъ пятенъ оказывается затрудненнымъ. Напротивъ, одновременное происхожденіе многихъ пятенъ внутри извѣстной области встрѣчаетъ благопріятныя условія въ физическихъ состояніяхъ солнца. Объясненіе просто. Если покой и ясность атмосферы существуютъ долгое время, какъ это необходимо для образованія пятна, это состояніе должно распространяться на большую область; другими словами: значительная продолжительность опредѣленнаго атмосфернаго состоянія возможна только при значительномъ распространеніи его. Примѣръ мы видимъ на землѣ: состоянія вашей атмосферы продолжаются тѣмъ дольше, чѣмъ больше область, на которую они простираются.

Целльнеръ дѣлаетъ отсюда остроумный выводъ: если неопредѣленномъ мѣстѣ солнечной поверхности мы наблюдаемъ происхожденіе пятна и заключаемъ, что въ атмосферѣ этого мѣста до образованія пятна долго господствовали покой и ясность, мы должны приписать это состояніе не только данной точкѣ, гдѣ находятся сто, "во и всей окрестной области. Слѣдовательно, внутри этой области имѣются условія, благопріятныя для одновременнаго происхожденія другихъ пятенъ; они могутъ появиться здѣсь скорѣе, чѣмъ въ другихъ, болѣе далекихъ точкахъ. По мнѣнію Целльнера, этимъ обстоятельствомъ можно объяснить появленіе пятенъ группами, которое раньше оставалось совершенно непонятнымъ. Представимъ обширную площадь излученія; нельзя ожидать, чтобы на ней образовалось только одно пятно. Можно сослаться на аналогію съ образованіемъ льдинъ: величина пятенъ зависитъ не только отъ размѣровъ площади излученія, но также отъ степени сцѣпленія продуктовъ охлажденія и отъ спокойствія жидкости, на которой они плаваютъ.

До сихъ поръ я не указалъ ни одной причины, которая могла бы вызвать неравномѣрность въ распредѣленіи пятенъ на солнечной поверхности. Судя по этому, они должны бы являться на солнцѣ повсемѣстно, и если величина и мѣсто ихъ случайны, средняя величина и среднее число, тѣмъ не менѣе, должны оставаться неизмѣнными, или, какъ говорятъ математики, должны представлять постоянную. Однако, мы знаемъ, что этого нѣтъ, число солнечныхъ пятенъ подлежитъ періодическому измѣненію, и причину этого измѣненія нужно искать въ самомъ солнцѣ. Теорія Целльнера безъ труда указываетъ ее. Мыслимы только двѣ причины, которыя указанную постоянную величину могутъ обратить въ перемѣнную. Первая причина это -- измѣненіе температуры солнца. Солнечныя пятна -- продукты охлажденія. Ясно, что среднее число и величина ихъ представляютъ опредѣленное выраженіе для степени охлажденія солнца. По мѣрѣ того, какъ температура солнца убываетъ, среднее количество продуктовъ охлажденія, т. е. пятенъ, должно постепенно возростать, пока они не закроютъ всю поверхность солнца. Вторая причина -- взаимная зависимось отдѣльныхъ пятенъ, зависимость въ происхожденіи, продолжительности и величинѣ. Мы видѣли, что среднее число и величина пятенъ представляютъ постоянную лишь при условіи, что отдѣльныя пятна -- явленія относительно случайныя, независимыя другъ отъ друга. Поэтому, разъ признается взаимное вліяніе, среднее число и величина пятенъ должны быть перемѣнною. Какого рода эти перемѣны? Что дѣлается со среднимъ числомъ и величиною пятенъ? Возростаютъ они? Или убываютъ? Или колеблются между извѣстными предѣлами? Иныя возможности немыслимы. Еслибъ происходило постоянное возростаніе или постоянная убыль, въ этомъ слѣдовало бы видѣть слѣдствіе измѣненія солнечной температуры. Мы знаемъ, что эта температура понижалась въ прошломъ и должна понижаться въ будущемъ; но эта потеря теплоты совершается такъ медленно, что въ данномъ случаѣ не можетъ оказать замѣтнаго вліянія. Нѣтъ никакихъ основаній предполагать, что число пятенъ постоянно уменьшается; изъ наблюденій не видно также, чтобы оно становилось больше. Согласно съ теоріей, остается одинъ исходъ: принятъ колебанія числа пятенъ между извѣстными предѣлами. Къ тому же выводу приводитъ наблюденіе. Далѣе. Продолжительность отдѣльныхъ колебаній зависитъ, главнымъ образомъ, отъ тѣхъ же причинъ и условій, въ силу которыхъ, вообще, происходятъ пятна. Разъ эти условія долгое время остаются постоянными, колебанія въ числѣ пятенъ должны повторяться періодически. Слѣдовательно, чтобы объяснить періодичность въ числѣ и величинѣ солнечныхъ пятенъ, необходимо принятъ вторую изъ выше указанныхъ причинъ, т. е. допустить взаимную зависимость пятенъ относительно происхожденія, продолжительности существованія и величины. Для этого стоитъ только призвать, что нарушенія равновѣсія распространяются на всю атмосферу солнца. Такое предположеніе подтверждается наблюденіями, которыя показываютъ, что во время максимума пятенъ на всей поверхности солнца совершаются крупные перевороты "При этомъ предположеніи,-- говоритъ Целльнеръ: "переходъ отъ максимума солнечныхъ пятенъ къ ихъ минимуму -- не что иное, какъ грандіозный процессъ, который сглаживаетъ разности въ температурѣ и давленіи и простирается одновременно на всю атмосферу солнца; затѣмъ наступаютъ покой и ясность, усиливается лучеиспусканіе и снова возникаютъ эти разности, обусловливающія повтореніе всего процесса. При постоянной средней величинѣ разностей продолжительность этого уравнительнаго процесса зависитъ, главнымъ образомъ, отъ трехъ обстоятельствъ: отъ проводимости, подвижности и массы тѣхъ тѣлъ, въ которыхъ происходить процессъ. Очевидно, что данное пятно исчезнетъ тѣмъ скорѣе, чѣмъ больше проводимость продуктовъ охлажденія, составляющихъ пятно, и чѣмъ значительнѣе подвижность атмосферы, расположенной надъ этими продуктами. Состояніе атмосферы покоя и ясности, которое послѣ разрушенія пятна является условіемъ для образованія новыхъ пятенъ, наступитъ тѣмъ раньше, чѣмъ меньше масса газовъ, приведенныхъ въ движеніе. Но въ разсматриваемомъ случаѣ этою массою является вся атмосфера солнца; это -- величина постоянная; также постоянно среднее выраженіе для двухъ другихъ величинъ, для проводимости и подвижности, если рѣчь идетъ о всей поверхности солнца и о продолжительномъ промежуткѣ времени. Но если главныя условія явленія постоянны, существенные моменты этого явленія, зависящіе отъ нихъ, также должны оставаться постоянными. Такимъ моментомъ въ настоящемъ случаѣ является время, которое протекаетъ между максимумомъ и минимумамъ пятенъ. Съ другой стороны ясно, что въ теченіе громадныхъ промежутковъ времени пониженіе средней температуры солнца окажетъ замѣтное вліяніе на упомянутыя свойства; тогда длина періода пятенъ должна испытать такія измѣненія, которыя при продолжающемся охлажденіи приведутъ все явленіе къ концу, такъ какъ вся масса солнца сдѣлается твердою".

Мы имѣемъ точныя свѣдѣнія относительно состоянія солнечныхъ пятенъ и продолжительности періода ихъ, приблизительно, за 275 лѣтъ. За это время продолжительность періода не испытала измѣненій въ томъ направленіи, о какомъ здѣсь говорилось. Слѣдовательно, промежутокъ въ 275 лѣтъ является ничтожно-малымъ сравнительно съ тѣмъ временемъ, какое нужно солнцу, чтобы испытать замѣтное пониженіе температуры. Можно еще больше углубиться въ прошлое и съ нѣкоторой вѣроятностью доказать, что періодъ солнечныхъ пятенъ даже въ очень отдаленныя времена имѣлъ настоящую свою продолжительность, приблизительно, 11 1/9 года. Исторія указываетъ годы, когда дискъ солнца представлялся необыкновенно тусклымъ. Предположимъ, что причиной было огромное число пятенъ, что это было время максимума. Продолжительность періода извѣстна; можно вычислить, на какіе годы приходился максимумъ въ прошломъ; совпаденіе вычисленныхъ данныхъ съ годами, на которые указываетъ исторія, даетъ возможность судить о длинѣ періода въ прежніе вѣка.

Вотъ годы, въ которые было замѣчено особенное ослабленіе солнечнаго совѣта: 536, 626, 733, 1091, 1206. Примемъ, согласно съ Вольфомъ, что средняя продолжительность періода -- 11 1/9 года. Начнемъ счетъ съ 1860 года, когда число пятенъ было наибольшее. Окажется, что максимумъ пятенъ приходился, въ прошломъ на годы: 533, 622, 733, 1090 и 1202; они мало отклоняются отъ тѣхъ, какіе отмѣчены исторіей. Если же къ средней длинѣ періода, къ 11 1/9 года сдѣлать маленькую прибавку въ 8 дней, получится совпаденіе почти полное. Между тѣмъ, эта прибавка въ 17 разъ меньше, чѣмъ та вѣроятная неточность, съ какою связано опредѣленіе длины періода у Вольфа. Слѣдовательно, мы имѣемъ право утверждать, что періодъ больше, чѣмъ въ 13 вѣковъ -- ничтожно малъ сравнительно съ тѣмъ временемъ, въ которое пониженіе температуры солнца можетъ оказать замѣтное вліяніе на длину періода пятенъ. Вотъ новое подтвержденіе той мысли, что должны пройти громадные промежутки времени, прежде чѣмъ пониженіе солнечной температуры сдѣлается замѣтнымъ для насъ.

Я еще не коснулся распредѣленія пятенъ по различнымъ широтамъ солнечной поверхности. Извѣстно, что на однихъ параллельныхъ кругахъ они всего многочисленнѣе, на другихъ, напротивъ, встрѣчаются крайне рѣдко. И въ этомъ отношеніи Целльнерова теорія солнца указываетъ причинныя отношенія, которыя, по всей вѣроятности, остались бы неизвѣстными.


(Продолженіе слѣдуетъ).


"Міръ Божій", No 7, 1896