Ежегодно 21 июня тысячи людей приезжают в английский городок Солсбери и направляются к одному из самых известных исторических сооружений Британских островов — пригоризонтной обсерватории Стоунхендж. Там они ждут рассвета, чтобы лишний раз убедиться: Солнце в день летнего солнцестояния восходит именно в той точке, которую «отметили» наши древние предки.
На самом деле точный момент солнцестояния не приходится ежегодно на ту же самую дату: поскольку продолжительность полного оборота Земли вокруг Солнца почти на 6 часов больше 365 солнечных суток, примерно на столько же позже наше светило ежегодно достигает максимального положительного склонения (именно этот момент в астрономии считается истинным солнцестоянием), а в високосные годы накопленные таким путем «избыточные» сутки компенсируются, и солнцестояние снова попадает на более ранние даты. В нынешнем году оно произойдет 20 июня.
Таким образом, совсем необязательно ночевать на Стоунхендже именно в ночь с 21 на 22 июня. Практически в той же точке горизонта наше светило будет появляться и днем раньше, и днем позже. Примерно неделю в окрестностях момента, когда склонение центра солнечного диска достигает максимума, оно меняется весьма несущественно и на положение места захода Солнца почти не влияет. Так есть ли возможность увидеть солнцестояние невооруженным глазом?
Коварный диск
Тут сразу нужно сделать замечание: наблюдать Солнце без защиты можно только тогда, когда оно находится практически над горизонтом и его лучи проходят достаточно большое расстояние в земной атмосфере. Благодаря этому значительная часть излучения поглощается и рассеивается. Во все остальные моменты необходимо защищать глаз темным стеклом или использовать специальные зеркальные фильтры. Но нужно ли для определения высоты нашего светила над горизонтом смотреть прямо на него?
Древние астрономы использовали для определения момента полудня гномон — достаточно длинную палку, вертикально воткнутую в землю. Когда ее тень становилась самой короткой, это означало, что Солнце проходит верхнюю кульминацию. Тот же принцип был применен в солнечных часах. Правда, там главным «предметом измерений» стала не длина тени, а ее положение. Чем выше гномон — тем большую точность измерений он обеспечивает. Самые большие в мире подобные часы, построенные в обсерватории «Джантар Мантар» индийского города Джайпур, имеют высоту 27,4 м и позволяют отсчитывать время с точностью до двух секунд. Возможно, эта техника поможет обнаружить изменение высоты светила в кульминации во время солнцестояний?
Не поможет, и вот почему. Скорость суточного движения Солнца по небесной сфере, на самом деле отображающего вращение Земли вокруг ее оси, равна 15° в час, или 15 угловых секунд в секунду. Это значит, что за одну секунду времени наше светило передвигается на величину чуть меньше 1/20 видимого диаметра своего диска. Склонение же центра Солнца вблизи солнцестояний в сутки меняется не более чем на 7-8 угловых секунд. В чем проблема? Надо лишь построить башню в 4 раза выше, чем джайпурские солнечные часы…
На самом деле таких башен вокруг жителей больших городов предостаточно. Стандартный 9-этажный дом имеет высоту 25 м, а сейчас у нас построено уже немало 24-этажных и выше. Попытайтесь в ясный солнечный день внимательно присмотреться к тени, которую отбрасывает угол такого дома или какая-нибудь приметная деталь на крыше (например, антенна). Сразу приготовьтесь к сюрпризу: вы ее… не увидите! Точнее, ее край будет настолько нерезким, что практически не позволит отличить, где начинается затененный участок и заканчивается освещенный.
Дело в том, что наше дневное светило — не точечный источник света: оно имеет достаточно большой диск. Следовательно, тени, создаваемые им, будут обрамлены полутенью — участком, где этот диск выглядит заслонным не полностью, а частично. С увеличением расстояния до «затеняющего» предмета будут расти и размеры полутени. Именно поэтому две секунды — это максимально возможная точность солнечных часов. Измерить изменение склонения Солнца вблизи солнцестояний таким путем невозможно.
Средневековая фотокамера
И все же наши предки оказались достаточно сообразительными, чтобы обойти эту сложность. Опять же, вспомним Стоунхендж: его строители ориентировались не просто на «точку захода Солнца», а на исчезновение за горизонтом верхнего края его диска. Этот момент можно определить с точностью до секунды. Вот если бы удалось «зацепиться» за этот край, когда светило находится высоко в небе…
Если полностью закрыть окно в комнате каким-нибудь непрозрачным материалом, оставив в нем небольшое отверстие, на противоположной стене можно заметить «картину» внешнего мира, отраженную по горизонтальной оси. Чем меньше размер отверстия, тем тусклее окажется изображение, но и тем больше будет его резкость. Это известная с раннего средневековья камера-обскура, позволявшая делать «фотографии» задолго до того, как изобрели линзы и светочувствительные материалы: достаточно было спроектировать изображение на лист белой бумаги и обвести карандашом контуры предметов на нем.
Солнце — самый яркий объект на небе, оно будет достаточно ярко светить даже сквозь крохотную дырочку. Ее минимальный размер в таком случае ограничен волновой природой света: диаметр отверстия должен быть не менее 0,02 мм. Чтобы увидеть такой тоненький лучик, нужна совершенно темная комната. И, конечно, чем дальше будет находиться наблюдатель от отверстия, тем точнее он сможет измерить отклонение луча от его предыдущего направления или какого-либо фиксированного ориентира.
Именно этот принцип использовался при наблюдениях Солнца в знаменитой обсерватории Улугбека. Она имела квадрант радиусом 40,2 м, что позволило ученому определить продолжительность года с точностью до половины минуты, а величину наклона эклиптики к небесному экватору — с точностью до угловой минуты. Этот результат стал самым точным в дотелескопическую эпоху.
В Европе также проводились подобные наблюдения. Несложно понять, что наилучшие условия для них были в церквях с их высокими куполами и шпилями. К примеру, Флорентийский собор в дни солнцестояния привлекает много посетителей. Они хотят увидеть, как солнечный луч, прошедший сквозь отверстие в крыше, освещает специально встроенный в пол мраморный кружочек. Поскольку склонение Солнца несколько дней остается почти неизменным, такое «попадание» происходит не только 21 июня, но и 20-го и 22-го, а иногда еще и 19-го или 23-го. Это зависит от того, в какой именно момент времени наше светило проходит свою «высшую точку». Конечно, луч на полу выглядит довольно большим диском, и некоторое время до и после солнцестояния он заходит на «метку» лишь частично, но в остальные дни не попадает на нее вообще. Имеются ли такие «астрономические церкви» в Украине — выяснить пока не удалось.
