В. В. Шаронова
Один древний ученый высказал предположение, что Луна — это небесное зеркало, в котором отражается поверхность нашей Земли. В извилистых очертаниях лунных пятен он видел изображение морей известного тогда земного мира.
У нас это мнение вызывает только улыбку своей наивностью. Многие скажут, что далекая Луна не может ничего дать в смысле познания нами родной Земли.
А между тем есть некоторые вопросы, относящиеся к обитаемой нами планете, которые мы были бы не в состоянии решить, если бы она была лишена своего спутника. Действительно, наши земные науки - минералогия с ее химическими весами, ботаника с микроскопами, метеорология с набором физических инструментов и другие, все изучают Землю, но изучают по мелочам, по кусочкам. Но они ничего не говорят об "общем" ее виде, виде издалека. Многие даже и не вспоминают, что Земля, введенная еще Коперником в число планет, тоже "светило" для обитателей других миров, если только эти жители существуют.
Было бы, конечно, весьма интересно взглянуть на общий вид мира, который мы так хорошо знаем вблизи, откуда-нибудь издалека, напр., с Луны. К сожалению, мы лишены возможности такого наблюдения. Но зато мы можем и без этого узнать кое-что про внешность Земли и за это должны благодарить именно Луну, которая служит далеким небесным экраном, на котором мы видим и свет, и тень Земли. В этом отношении она до некоторой степени заменяет собою небесное зеркало, в которое мы могли бы смотреться.
Раза два в год Луна дает нам красивый спектакль: совершенно полный диск ее начинает темнеть с одного бока, затем в нем образуется темная выемка, которая постепенно увеличивается. Что-то темное, какой-то темный круг, ограниченный менее темной расплывчатой "каемкой", надвигается на Луну, постепено ее поглощая. Происходит то, что называется лунным затмением. Китайцы так и думали, что при этом несчастная Луна погружается в пасть небесного дракона. Мы же давно знаем, что это темное нечто — есть тень нашей Земли. Следовательно, геометрически явление состоит в том, что три светила — Солнце, Земля и Луна — становятся на одной прямой, при чем вторая закрывает от последнего свет первого. Из сказанного мы уже имеем один факт, важный для географии; во всех учебниках круглая форма земной тени обычно приводится как доказательство шарообразности Земли. Ведь только шар, при всех положениях относительно экрана, дает тень в форме круга. Впрочем, люди гораздо раньше узнали форму Земли, чем причину лунных затмений.
Тень Земли, темно-серая вначале, постепенно принимает красивый темно-малиновый или бурый цвет. При полном затмении, когда затмится вся Луна, на ее месте оказывается темно-малиновый круг. Это распределение цвета — серый близ края тени и красный внутри — прекрасно подтверждается снимками через светофильтры, полученными членами Московского О-ва любителей астрономии во время затмения 16 октября 1921 г., которые показали, что с расстоянием от края тени, яркость синих лучей убывает гораздо быстрее, чем красных. Иногда наблюдали ненормальную окраску тени, напр. голубоватую. Во время затмения 7 ноября 1920 г. тень была серой, а каемка, которая обычно бывает голубоватой или серой, казалась красно-бурой.
Яркость освещения в разные годы бывает весьма различна: в некоторые годы луна скрывается совершенно, в другие же лишь несколько краснеет, словно устыдившись своего необычного положения на одной линии с Землей и Солнцем.
Если вы, читатель, никогда не видели лунного затмения, обязательно посмотрите. Ближайшее будет 14 августа 1924 г., при чем оно произойдет в удобные для наблюдения вечерние часы и будет полным. Вот время наступления главнейших фаз явления: начало частного затмения 6 ч. 31 м., начало полного 7 ч. 31 м., середина 8 ч. 20 м., конец полного 9 ч. 9 м., конец частного, 10 ч. 9 м. Все моменты даны по гринвичскому времени. Так как лунное затмение для всей Земли наступает одновременно, а время, принятое у нас поясное, то для перевода в местное гражданское время достаточно прибавить целое число часов. Для Ленинграда, Москвы и вообще западной части Европейской России надо прибавить 2 часа (II-й пояс), так что начало затмения придется на 8 ч. 31 м.; для восточной части Европейской России прибавить придется 3 часа, начало затмения в 9 ч. 31 м. и т. д. По началу или концу затмения вы можете проверить свои часы.
В чем же причина красной окраски затмившейся Луны? Откуда берется этот свет, освещающий земную тень, которая, казалось бы, должна быть совсем черной?
Уже давно указывали, что причина явления лежит в земной атмосфере, но во всех подробностях вопрос был рассмотрен лишь недавно английским астрономом Ричардсоном. Как известно, из-за преломления лучей в земной атмосфере светила кажутся на небе выше, чем находятся на самом деле. Явление это, известное под именем рефракции, тем заметнее, чем ниже стоит светило; у горизонта поднятие достигает 34'. В тех местах, где Солнце восходит или заходит, лучи его скользят вдоль поверхности Земли. Пройдя толщу атмосферы 2 раза, они загибаются на 2 × 34' = 68' внутрь тени и попадают на Луну. Между тем мы знаем, что воздух пропускает преимущественно красные лучи: кто не любовался огненным цветом заходящего солнца или густо-малиновой окраской восходящей Луны? Поэтому и свет, озаряющий мрак земной тени и прошедший двойную толщу воздуха, имеет темно-красный оттенок.
В то время, когда для нас происходит лунное затмение, зритель, находящийся на поверхности Луны, увидел бы затмение Солнца. Выглядело бы это так. По мере того, как Солнце сближается с Землей, оно начинает краснеть и сплющиваться с одного бока. Подойдя к самому краю Земли, оно начинает растягиваться вдоль края темного диска (рис. 2) вместо того, чтобы заходить за него (рис. 1), как при солнечных затмениях на Земле. Постепенно оно растягивается все больше, охватывая Землю ярко-красными отростками. Если затмение центральное, то отростки эти, наконец, смыкаются (рис. 3-6), и получается красное кольцо вокруг Земли. Какое это должно быть чудное зрелище! На черном небе среди ярких, немерцающих звезд сверкает огненное кольцо и своим зловещим красным светом озаряет истрескавшийся склон какого-нибудь кратера. Затем кольцо становится более ярким с одной стороны, разрывается с противоположной и начинает "сбегать" с контура Земли, формируясь в светлый солнечный диск. Еще немного — и вся окружающая местность озаряется обычным солнечным светом. Затмение кончается. Таким образом во время затмения лунная поверхность не лишается совершенно солнечных лучей: она продолжает их получать, через атмосферу, но уже окрашенными в красный цвет.
Мы уже говорили, что яркость затмившейся Луны бывает весьма различна. Легко догадаться, что причину явления нужно искать в изменениях прозрачности земной атмосферы, что в особенности ясно из такого факта. В 1883 г. произошло извержение на острове Кракатоа, самое сильное извержение, которое когда-либо видело человечество. Из вулкана в атмосферу была выкинута такая масса мельчайшей пыли, что в течение года после извержения по всей Земле наблюдались необычайно красные зори и ослабление яркости света Солнца и звезд. И в следующие 1884, 1885 г.г. Луна совершенно скрывалась во мраке земной тени. Воздушная чечевица загрязнилась и не пропускала света, как старое, давно не мытое оконное стекло.
Французский ученый Данжон собрал все наблюдения лунных затмений за 4 столетия и получил совершенно неожиданный вывод. Оказалось, что яркость Луны при затмениях находится в связи с солнечными пятнами. В год наименьшего числа последних — минимума — затмения бывают совсем темные. В последующие годы они делаются светлее, и в годы максимумов Луна бывает яркой и красной. После максимума они делаются еще светлее, но как только наступает минимум солнечных пятен, так сейчас же затмения делаются совсем темными. Если выразить яркость цифрами и построить кривую, то получится график с постепенным подъемом и внезапным падением, нечто в роде зубьев пилы. Явление это настолько резкое, что Данжон считает возможным по лунным затмениям изучать ход кривой солнечных пятен. Д. О. Святский проверил выводы Данжона по затмениям, описанным в русских летописях, и нашел, что в общем они и здесь подтверждаются.
Таким образом оказывается, что в годы минимума солнечных пятен от неведомых нам причин атмосфера Земли внезапно мутится И узнали мы об этом исключительно благодаря Луне.
В ясный весенний вечер, в марте или в апреле, посмотрите на молодую Луну, что как тонкий коготок виднеется на еще светлом небе. Кроме узкого яркого серпика, вы, конечно, увидите и остальную, темную часть Луны, которая светится слабым светом. Этот свет неосвещенной части нашего спутника, называемый пепельным светом, оказывается, очень много говорит нам о природе нашей Земли.
Причина явления была объяснена еще очень давно, гениальным художником и ученым Леонардо да Винчи. Дело в том, что Земля не остается в долгу у Луны, озаряющей наши ночи, и прекрасно освещает ее темную сторону. Значит, пепельный свет — это свет нашей Земли, отразившийся от Луны и снова пришедший к нам. Свет Земли! Это ли не дает нам надежду узнать вид Земли из далеких мировых пространств?
Самое название "пепельного" света показывает, что он считается чисто-серым. Последнее, однако, не вполне верно. Исследования Г. А. Тихова в Пулкове, который снимал молодую Луну через светофильтры, показывают, что пепельный свет содержит голубых лучей больше, чем красных и, следовательно, имеет голубоватый оттенок; к таким же выводам пришел С. С. Гальперсон, тоже изучавший вопрос фотографически.
Несомненно, однако, что оттенок неосвещенной части Луны меняется; по крайней мере, для простого глаза цвет ее бывает весьма различным. Так, неоднократно наблюдали зеленую окраску. Знаменитый математик Ламберт, заметив однажды оливково-зеленый цвет пепельного света, при писал его отражению лучей от зеленых лесов Южной Америки; это объяснение, как мы увидим ниже, не может быть принято. Автор этой статьи видел яркий пепельный свет теплого, коричневого оттенка. Весьма вероятно, что все это разнообразие окраски не более, как оптический обман, вызванный небольшим различием в цвете между светлым серпом, и темной частью, нечто подобное прелестной окраске двойных звезд, которая, как известно, тоже субъективного происхождения.
Иногда замечали загадочное явление. Весьма интересный во многих отношениях кратер Платон светится на темной части Луны зеленым фосфорическим светом, наподобие майского червячка-светляка.
Изучая яркость пепельного света, мы можем определить, какая часть падающих на Землю солнечных лучей отражается в пространство. Эта дробь носит специальное название альбедо. Для других планет оно находится довольно легко. Для Венеры, напр., оно равно 0,92, для Марса 0,27, для Луны только 0,17. Единственным способом определения альбедо Земли является сравнение яркости серпа Луны, освещенного Солнцем, с темной частью, освещенной Землей.
Из измерений яркости пепельного света с помощью фотометра Фесенков получил "для альбедо" Земли значение 0,67. Знаменитый исследователь Марса Ловелл из теоретических соображений нашел для той же величины значение 0,75.
Все это показывает, что Земля — очень блестящая планета. Можно легко подсчитать, сколько света дает полная Земля для поверхности Луны. Диаметр Земли в 3,7 раза больше диаметра Луны. Отсюда следует, что отношение площадей их видимых дисков, равное квадрату этой величины, будет 14, т. е. Земля с Луны представляется кругом по площади в 14 раз большим, чем Луна с Земли. Нередко, так и пишут, что Земля дает Луне света в 14 раз больше, чем Луна Земле. При этом забывают, что альбедо Земли в 4 раза больше альбедо Луны, так что Земля освещает лунную поверхность как 4 × 14 = 56 полных Лун.
Почему же свет Земли так ярок? Можно подсчитать, сколько света дает самая поверхность Земли. "Альбедо" различных частей ее, можно определить из лабораторных опытов и других соображений. Ловелл принимает его равным: для океанов и лесов — 0,07, сланцеватой глины — 0,16, шифера 0,09, кварцита 0,25, снега от 0,5 до 0,75.
Отсюда, исходя из существующего соотношения между поверхностью, покрытой различными этими веществами, мы получим для среднего альбедо земной поверхности 0,11. Но поверхность нашего шара получает только ¼ света, падающего на нее от Солнца; остальное теряется по пути, в атмосфере. На обратном пути от Земли к Луне опять проходит только ¼ оставшегося света. Итого поверхность Земли отдает в пространство только ¼ × ¼ × 0,11 = 0,0066, т. е. около ½%, самое большее — 1%, только 1%!
Откуда же берутся остальные 66 %? Очевидно, что этот свет отражается земной атмосферой. Прежде всего ясно, что яркие белые облака, плавающие высоко над Землей, отражают очень много света. Но и ясное небо действует в этом отношении не плохо.
Днем небо кажется нам ярко-голубым, и измерения показывают, что освещение от него близко к освещению от самого Солнца. Но толща воздуха, образующая опрокинутый над нами бирюзовый купол, светит не только нам: свои голубые лучи она в изобилии посылает также и в мировое пространство. Вот на это-то отражение света от атмосферы и плавающих в ней облаков и приходится львиная доля света Земли. Теперь нам понятно, почему этот свет имеет голубоватый оттенок.
Следовательно, своим внешним блеском Земля обязана исключительно своей атмосферной оболочке; снимите с нее это воздушнооблачное одеяние, и она будет светить не ярче Луны.
Теперь мы можем составить себе представление о виде Земли из глубин пространства. Во многих популярных книгах можно найти описания и рисунки, где Земля с Луны изображается чем-то вроде глобуса, на котором ясно можно различить привычные нашему глазу очертания материков и морей. Авторы и художники часто забывают даже об облаках, закрывающих в среднем ½ земной поверхности. В зависимости от обращенных к Луне частей земной поверхности, искали объяснения изменениям яркости и окраски пепельного света, о которых мы говорили выше.
На самом деле можно с уверенностью сказать, что посторонний наблюдатель никогда не увидит наших ландшафтов. Действительно, свет от атмосферы так силен, что ничтожная примесь света от поверхности в нем совершенно тонет. Как видно из помещенной выше таблицы, разница в альбедо разных частей земной поверхности невелика. В итоге различие в общей яркости (поверхность + атмосфера) разных частей Земли не превосходит 1%; лишь области, покрытые снегом ярче остальных частей на 4-5%. А наш глаз различает разность яркости двух соседних площадей, если она достигает не менее 1% их общей яркости. Это — в лучших условиях лабораторной работы, при резкой границе между площадями. Заметить же мало резкие, стушеванные пятна можно, вероятно, лишь при различии в яркости не менее чем на 5%.
Следовательно, на лике Земли нельзя различить границ суши и моря. Легкое посветление к полюсам да неясные светловатые пятна облачных покровов — вот все, что доступно наблюдению внешнего исследователя. Земля по виду своему удивительно похожа на свою сестру Венеру, с которой ее связывает также и сходство в размерах. Земля и Венера — настоящие близнецы в планетной семье.
