Венера на фоне солнечного диска (журнал “Природа”)

Венера на фоне солнечного диска (журнал “Природа”)
gazeta59@bk.ru
Выпуск № 25
8 июня 2004 г. произойдет интересное астрономическое явление: Венера окажется точно между Солнцем и Землей, и
ее темный диск размером в 1/30 солнечного можно будет видеть на его фоне примерно в течение 6 ч. Наблюдениям это событие будет доступно почти на всей территории России (конечно, при безоблачном небе). Случаются такие покрытия Венерой Солнца довольно редко — четырежды за 243 года. Впервые их удалось наблюдать в 1631 и 1639 гг. — после того как И.Кеплер сумел предвычислить их наступление. Последний
раз покрытие происходило в 1882 г., а 121 годом ранее,
в мае 1761 г., его наблюдал М.В.Ломоносов. Он обратил
внимание, что при двукратном прохождении Венеры через край солнечного диска в этих точках очертания
Солнца размываются. Это явление было объяснено им
как следствие рассеяния света атмосферой Венеры.
Следующее покрытие Венерой Солнца должно
произойти в 2012 г., но, к сожалению, увидеть его на
территории России не удастся.
На рисунке представлен результат расчетов по
программе “Астропроцессор ZET 5.12” для Нижнего
Новгорода. Дано положение Венеры относительно
Солнца через каждый час, начиная с 6.00, и до 17.00 на
8 июня 2004 г. Время московское.
Прохождение Венеры по диску Солнца 8 июня 2004 года
(Астрономический сайт “Галактика”)
Наступило теплое утро начало июня. Солнце находилось уже достаточно высоко над горизонтом. Любитель астрономии подготовил свой небольшой рефрактор к наблюдениям Солнца. Для этого он надел на объектив телескопа
темный солнечный фильтр. Это обязательное условие, т.к. яркость Солнца многократно усиленная оптической системой телескопа может сильно повредить глаз при рассматривании Солнца в окуляр. Это первое и главное условие при
наблюдениях Солнца - нельзя смотреть незащищенным глазом на наше дневное светило, будь то наблюдения в телескоп или бинокль или невооруженным глазом… Подготовив журнал для записей, точные часы-секундомер предварительно выверенные по сигналам точного времени, фотоаппарат, окуляры, солнечный экран и другие астрономические
приспособления любитель зафиксировал в журнале начало наблюдений приступил к наблюдениям Солнца. На солнечном диске при увеличении в 50 раз хорошо просматривались несколько солнечных пятен. Однако, любителя интересовал верхний правый край солнечного диска. В правой руке он держал часы-секундомер, держа палец на кнопке
фиксации времени. Вот он нажал на кнопку, оторвался от окуляра телескопа, быстро сделал запись в журнале и вновь
прильнул к окуляру. Что же он увидел на диске Солнца? На краю диска появился крохотный
ущерб, как при солнечном затмении, но это было не затмение, а начало прохождения планеты
Венера по диску Солнца.
Вот диск планеты уже больше чем наполовину зашел на диск Солнца, и тут наблюдатель
увидел, что край диска Венеры, которые еще не вступил на диск Солнца, вдруг "опоясался" крохотной светлой каемкой! Это солнечные лучи прошли сквозь толщу атмосферы Венеры и заставили ее светиться у края диска планеты! Необычайный восторг охватил любителя астрономии!
Ведь именно так 243 года назад 6 июня 1761 года была открыта атмосфера у нашей небесной
соседки…
Наша небесная соседка (ближайшая к земле планета Солнечной системы) планета Венера имеет почти круговую
орбиту, которую она обходит за 224,7 земных суток на расстоянии 108,2 млн. км или 0, 723 а.е. от Солнца. Один оборот
вокруг своей оси (венерианские звездные сутки) Венера совершает за 243 земных дня - максимальное время среди
всех планет. Вокруг своей оси Венера вращается в обратную сторону, то есть в направлении, противоположном движению по орбите. Такое медленное, и притом обратное, вращение означает, что, если смотреть с Венеры, Солнце восходит и заходит всего лишь два раза за год, поскольку венерианские солнечные сутки равны 117 нашим. Венера подходит к Земле на расстояние 45 млн. км - ближе, чем любая другая планета.
В моменты нижних соединений Венера может проецироваться на диск Солнца, вызывая своего рода частное затмение Солнца. Но размеры видимого диска Солнца превышают наибольшие видимые размеры Венеры в 30 раз и поэтому Венера видна на диске Солнца в виде небольшого черного правильного кружка при наблюдении в телескоп, хотя
зоркие люди могут попытаться увидеть Венеру на диске Солнца и невооруженным глазом, конечно, через темное стекло (фильтр). Для наблюдателя, находящегося на поверхности Земли, Венера проектируются на солнечный диск, вызывая своего рода частное затмение Солнца. Так как расстояние от Земли до Венеры значительно превышают расстояние между Землей и Луной, видимые размеры планеты малы по сравнению с диском Солнца, и поэтому астрономы
вместо понятия "затмение Солнца" употребляют в этих случаях другое - "прохождение" Венеры по диску Солнца. Если
бы Венера двигалась в той же плоскости, что и Земля, т. е. в плоскости эклиптики, то в каждом нижнем соединении с
Солнцем, повторяющемся для Венеры каждые 583,93 земных суток, она находилась бы между Землей и Солнцем и
могла бы проходить по его диску. Но так как орбита Венеры наклонена к плоскости эклиптики 3,395°, то прохождения
бывают очень редко - планета проходит северДекабрьские
Июньские
нее или южнее солнечного диска. Чтобы прохоИнтервал в
Интервал в
ждение имело место, нижнее соединение планеГод
Число
Год
Число
годах
годах
ты, когда видимые долготы Солнца и планеты
1631
7
равны, должно происходить вблизи одного из
1639
4
8
узлов ее орбиты, так как только тогда Земля,
1761
6
планета и Солнце могут оказаться на одной ли1769
3-4
8
нии. Вследствие того, что долготы узлов и пери1874
9
235
гелиев планет изменяются очень мало, Земля
1882
6
8
ежегодно бывает в их окрестности примерно в
2004
8
235
одни и те же даты, и планеты находятся прибли2012
5-6
8
зительно в тех же точках своих орбит, когда пе2117
11
235
ресекают эклиптику. Поэтому прохождения Ве2125
8
8
неры бывают в декабре и июне. Прохождение
Венеры по диску Солнца - самое редкое небес- Прохождения Венеры по диску Солнца, которые наблюдались астрономами в прошлом и которые произойдут в ближайшем будущем.
ное явление, увидеть которое не пришлось никому из ныне живущих людей. Оно повторяется правильными циклами в
243 года. Внутри такого цикла прохождения происходят в настоящее время парами вблизи каждого узла с промежутком
в 8 лет. Пять синодических периодов обращения планеты равны 8 годам, поэтому нижние соединения вблизи узла повторяются через 8 лет. Если прохождение произошло, когда Венера находилась на некотором, меньшем предельного,
расстоянии от узла, то за 8 лет она смещается по долготе на 2,5°, по широте - на величину, меньшую видимого диаметра Солнца, так что по другую сторону от узла может произойти второе прохождение. Именно такая картина и наблюдалась в течение многих столетий. Прохождение у другого узла наступает через 121,5 года или через 105,5 лет. В
каждом из узлов чередование такое: 8, 235, 8, 235 и т. д. лет. Если бы соединение произошло, когда планета находилась очень близко к узлу, то следующее прохождение в данном узле повторилось бы только через 243 года, поскольку
через 8 лет положение планеты оказалось бы дальше предельно возможного. Такие одиночные прохождения в каждом
узле имели место в очень далекую эпоху в годы от 427 г. до н. э. до 484 г. н. э. Они повторялись через 121,5 года.
В 2004 г. исполняется 365 лет с момента первого наблюдения прохождения Венеры по диску Солнца. Это
явление имело место 4 декабря 1639 г., и наблюдал его близ Ливерпуля двадцатилетний английский астрономлюбитель Иеремия Хоррокс.
За свою недолгую жизнь (1618-1641) он очень много успел сделать в астрономии. Выпускник колледжа Эммануэля в Кембридже, Хоррокс самостоятельно изучил основные астрономические труды предшественников и в первую очередь Иоганна Кеплера. Будучи неутомимым наблюдателем, стремясь к наибольшей точности в этой работе, он внес также значительный вклад в
развитие теоретических знаний. Являясь последователем научных представлений Кеплера, он
высказал идеи, согласно которым планеты не только притягиваются к Солнцу, но испытывают
также взаимные притяжения; воздействуют они и на Солнце, но оно благодаря своей огромной
массе остается неподвижным. Большое внимание Хоррокс уделил теории движения планет Солнечной системы. Он тщательно изучил Кеплера, исправил имеющиеся в них погрешности, в результате чего стало возможным заново на более точной основе определить элементы планетных орбит.
Когда Иоганн Кеплер издал "Рудольфовы таблицы" движения планет в 1627 году, они позволили ему сделать довольно точные предсказания будущих положений и интересных соединений планет. Неожиданно он обнаружил, что и Меркурий и Венера будут проходить по диску
Солнца в конце 1631 года. Кеплер не дожил до наблюдений предвычисленных им положений, но
французским астрономом Пьер Гассенди пронаблюдал ноябрьское прохождение Меркурия по
диску Солнца и тем самым доказал правильность расчетов Кеплера. Он пытался пронаблюдать
и декабрьское прохождение Венеры, но современные расчеты показывают, что оно не было видимо в Европе. Хотя Кеплер предполагал, что следующее прохождение Венеры будет наблюдаться только в следующем столетии, Иеремия Хоррокс вычислил, что следующее прохождение
Венеры по диску Солнца состоится в 1639 году. Его вычисления были закончены всего за месяц
до прохождения, но он успел разослать свои расчеты другим астрономам. Хоррокс и его друг Уильям Крабтри были
очевидно единственными, кто был свидетелем прохождения Венеры по диску Солнца 4 декабря 1639 года, которое
позволило им точно измерить видимый диаметр планеты.
Это было первое известное нам наблюдение феномена, и надо помнить, что сделано это было очень молодым
человеком, и к тому же основным занятием Хоррокса была деятельность священника. Тем более восхищает необыкновенно высокий профессиональный уровень этого на редкость одаренного человека и его страстная увлеченность
научным поиском. Сравнительно точно Хоррокс определил видимый диаметр Венеры (74"±4"), а также поправки к положениям Солнца и планеты. Наблюдение прохождения Венеры по диску Солнца в 1639 г., а также все последующие
наблюдения этого феномена способствовали прояснению вопроса об истинном значении солнечного параллакса. Еще
Тихо Браге, как и древние астрономы, принимал его равным 3', а Кеплер уменьшил до 59", но и это значение было значительно больше истинного. Хоррокс получил его значение во много раз более точное – 14". Современное значение
солнечного параллакса составляет 8,8". К сожалению, и Хоррокс и Крабтри умерли молодыми, и не смогли продолжить
работы в этом направлении.
Почти сорока годами позже молодой Эдмонд Галлей наблюдал в 1677 году прохождение
Меркурия, и понял, что прохождения Меркурия и Венеры могут использоваться, чтобы определить
расстояние от Земли до Солнца. Используя эффект параллакса при наблюдении из разных точек
Земли можно было получить точные расстояния до объектов Солнечной системы. Прохождения
Венеры были более подходящими для этой цели, нежели прохождения Меркурия, потому что Венера ближе к Земле и следовательно имеет больший параллакс. Галлей прикладывает все усилия, чтобы организовать экспедиции в разные концы Земли, чтобы наблюдать прохождения 1761
и 1769 годов. Много научных экспедиций наблюдали прохождения, но результаты были неутешительны. Точное время контактов вступления на диск Солнца измерить было невозможно из-за
таинственного эффекта "черной капли", при котором край диска Венеры, искажался. Черная перемычка между краем
Венеры и краем Солнца - "черная капля" мешала точно фиксировать время контактов. Не смутившись такими результатами, другие экспедиции была направлены многими странами для наблюдения прохождений Венеры в 1874 и 1882
года. И снова "черная капля" снижала точность наблюдений и определение расстояния до Солнца. Современные исследования показывают, что "черная капля" является результатом эффектов из-за волнений атмосферы Земли. Расстояние до Солнца и планет в настоящее время может быть измерено, при использовании радиотелескопов с помощью отраженного радиосигнала, так что прохождение в 2004 году не будет иметь особой научной важности. Однако,
это замечательное и редкое явление, несомненно, будет наблюдаться многими обсерваториями мира и всеми любителями астрономии Земли. Наблюдая вступление на солнечный диск и схождение с него Венеры, обязательно обратите
внимание на появление яркого ободка вокруг планеты, а также на характерную размытость ее краев.
Именно эти явления в 1761 году выдающийся русский ученый М. В. Ломоносов (1711 1765) абсолютно точно интерпретировал как следствие наличия у Венеры плотной атмосферы.
По инициативе М. В. Ломоносова Петербургская Академия наук командировала для наблюдения
прохождения 6 июня 1761 г. Н. И. Попова в Иркутск и С. Я. Румовского в Селенгинск. Сам М. В.
Ломоносов наблюдал явление в телескоп из окна своего дома в Петербурге и описал его в статье "Явление Венеры на Солнце, наблюденное в Санкт-Петербургской императорской Академии
наук мая 26 дня 1761 года". При наблюдении этого прохождения Ломоносов заметил помутнение
края солнечного диска при первом контакте ("черная капля"). А когда черный диск Венеры, повернутой к наблюдателю неосвещенной стороной, частично вступил на диск Солнца, вокруг его
края, еще находившегося на фоне неба, вдруг вспыхнул тонкий огненный ободок. Этот ободок
теперь принято называть явлением Ломоносова. Он вызван рефракцией света в атмосфере планеты. Ломоносов писал: "Сие ничто иное показывает, как преломление лучей солнечных в Венериной атмосфере". И заключает: "По сим
примечаниям господин советник Ломоносов рассуждает, что планета Венера окружена знатною воздушною атмосферою, таковою (лишь бы не большею), какова обливается около нашего шара земного".
Гениальное открытие великого ученого 30 лет спустя было подтверждено И. Шретером и В. Гершелем, которые
обнаружили на Венере сумеречные явления, порождаемые рассеянием солнечных лучей в верхних слоях ее атмосферы. Еще более тщательно подготовилась Петербургская Академия наук к наблюдениям прохождения 3 июня 1769 г.
Обсерватория в Петербурге специально была отремонтирована и подготовлена к наблюдениям прохождения. Академия наук организовала также ряд экспедиций, которые были оснащены лучшими инструментами того времени. Одна
под руководством С. Я. Румовского направилась в Колу, Д. Е. Левитц и П. Б. Иноходцев - в Гурьев, Л. Ю. Крафт - в
Оренбург, сын великого математика X. Эйлер - в Орск, И. И. Исленьев - в Якутск. Почти во всех пунктах погода благоприятствовала наблюдениям. Труды всех экспедиций Академия наук издала на латыни в 1770 г. С. Я. Румовский (17341812) обработав свои наблюдения, получил для солнечного параллакса значение 8,67". В настоящее время согласно
решению Международного астрономического союза для параллакса Солнца принято значение 8,79405". Таким образом, определение С. Я. Румовского очень близко к современному значению, погрешность всего 1,4 %. Результаты работ экспедиций, снаряженных Академиями наук Англии, Франции и американским Философским обществом, также были тщательно обработаны в 1822-1824 гг. и вторично переработаны в 1835 г. И. Ф. Энке, который вывел из них явно
ошибочное значение солнечного параллакса, равное 8,571". Новая обработка этого наблюдательного материала, выполненная Повалки в 1864 г., дала иной результат - 8,83". Таков был вклад русских и зарубежных ученых в определение солнечного параллакса благодаря наблюдениям прохождения Венеры по диску Солнца.
Как уже говорилось, прохождения Венеры по диску Солнца бывают июньские и декабрьские. Последнее из наблюдаемых прохождений было декабрьским и произошло 6 декабря 1882 года. Но декабрьские прохождения могут видеть не все жители России по той простой причине, что Солнце в северных широтах страны в это время не восходит
вообще. Поэтому предстоящее июньское прохождение очень и очень подходит для наблюдений на территории нашей
страны. На американском континенте, в отличие от нашего, во время прохождения будет ночь (за исключением самых
северных областей Канады, где Солнце в этот день не заходит за горизонт), поэтому жители России (за исключением
самых восточных районов) будут находиться в наилучших условиях для наблюдения этого прохождения. Прохождение 8 июня 2004 года еще и замечательно тем, что является, практически, копией знаменитого прохождения,
при котором была открыта атмосфера Венеры! Откройте атмосферу Венеры самостоятельно! Наблюдайте
прохождение Венеры по диску Солнца! Если вы не сможете пронаблюдать это прохождение, то следующее будет 56 июня 2012 года, но, увы, не будет таким благоприятным для жителей России. А после этого прохождения, следующее увидят только наши далекие потомки 11 декабря 2117 года, как это видно из таблицы прохождений, но декабрьские прохождения, увы, неблагоприятны на территории России и северного полушария вообще. Сама природа
дает шанс жителям России пронаблюдать редкое и интересное явление, и после 2012 года подобного не увидит никто из ныне живущих на Земле людей. Не упустите свой шанс 8 июня 2004 года!