Не так уж и легко ответить на вопрос «что общего между астрономией и астрологией?» Пожалуй, самый удачный ответ — терминология. Действительно, астрологи в своих «предсказаниях» пользуются теми же названиями планет, Солнца, Луны, а также определенных созвездий, которые исторически принято называть зодиакальными. По этим созвездиям проходит эклиптика — воображаемая проекция земной орбиты на небесную сферу. Собственно, названиями все и ограничивается: в астрологических трактатах фигурируют не созвездия, а участки эклиптики, условно разделенной на 12 равных частей по 30° каждая. Впрочем, слово «зодиакальный» попало и в астрономию — им назвали одно интересное небесное явление, которое многие видели, часто даже не догадываясь о нем.
Если в конце февраля или начале марта в безоблачный и безлунный вечер выехать куда-то за город, подальше от искусственного освещения, и внимательно посмотреть, как гаснет вечерняя заря, можно заметить, что в определенный момент сумеречная полоса над западным горизонтом начинает ослабевать неравномерно: в одном месте от нее остается призрачный светлый треугольник, широкое основание которого расположено примерно в точке геодезического запада, а верхушка достает на ночном небе почти до примечательной звездной кучки Плеяд. Внимательный наблюдатель также увидит, что этот треугольник «привязан» к звездам и участвует в суточном вращении неба, то есть это не атмосферное явление. Его средняя линия совпадает с эклиптикой. Похожий эффект, но уже перед рассветом, в наших широтах возникает также в октябре (но быстро теряется в утренних сумерках).
Уточнение «в наших широтах» здесь просто необходимо: стоит лишь переместиться с севера Украины на несколько градусов «вверх» (в Латвию или северную Беларусь) — и описанное явление станет практически недоступным для наблюдений. Наоборот, на широте Крыма в указанные периоды года оно уже видно вполне отчетливо, и чем ближе к экватору — тем лучше. Начиная с Северной Африки, его можно наблюдать почти круглый год, а в широтном диапазоне между северным и южным тропиками оно иногда просто бросается в глаза. Там с ним познакомились европейцы, совершавшие первые дальние морские путешествия в эпоху великих географических открытий. Но, например, средневековые арабы знали о «фальшивом рассвете» (как они его называли) еще в начале прошлого тысячелетия. Существуют данные, что это явление было известно также древним китайцам и цивилизациям Мезоамерики. Сейчас за ним закрепилось название «зодиакальный свет».
Открытие и исследования
Первые описания зодиакального света в европейской науке, сделанные в 1661 году, принадлежат английскому священнику Джошуа Чилдри. Поскольку он практически всю жизнь не выезжал с Британских островов, его исследования базировались в основном на заметках Эдмонда Галлея — знаменитого астронома тех времен, в честь которого позже назвали знаменитую комету. Этот разносторонне одаренный ученый много времени провел в тропических широтах, оставив немало наблюдений южного неба и явлений, которые он видел на нем.
Более детальные исследования зодиакального света провел французский астроном итальянского происхождения Джованни Кассини, подытожив их в своем труде 1683 года. Он первым заметил, что светлое пятно простирается по обе стороны от Солнца и по форме напоминает ромб, большая диагональ которого лежит на эклиптике. Также Кассини высказал предположение, что это явление связано с отражением солнечного света от частиц межпланетной пыли. Согласно другим источникам, эта идея принадлежала другу астронома — швейцарскому математику Фатио де Дюилье.
Следующий этап в изучении зодиакального света связан с появлением чувствительных фотоэмульсий и широкоугольных объективов, позволяющих делать фотографии больших участков звездного неба. На таких снимках астрономы рассмотрели, что «избыток света» не ограничивается ромбом вокруг Солнца — он тянется вдоль всей эклиптики в виде полосы шириной в несколько градусов, которая в противосолнечной точке немного расширяется и становится ярче. Эта формация получила название «противостояние». Позже ученые узнали, что она имеет несколько иную природу, чем зодиакальный свет, и вызвана «газовым хвостом» Земли — шлейфом вещества, «выбитого» из земной атмосферы солнечным ветром (такое же происхождение имеют газовые хвосты комет).
Собственно, из наблюдений было ясно, что поверхностная яркость зодиакального света должна увеличиваться до самого края солнечного диска, однако подтвердить это долго не удавалось, пока 19 июня 1936 года во время полного затмения Солнца японский астроном Минору Хонда не разглядел вокруг солнечной короны тусклое свечение оранжевого оттенка, которое имело уже известную форму ромба. Последующие спектральные исследования показали, что его испускают раскаленные частицы пыли, похожие по химическому составу на земные силикатные породы.
С наступлением космической эры пришло время поляризационных исследований. Явление поляризации электромагнитных волн — изменения их свойств после отражения от большинства поверхностей или прохождения через некоторые кристаллы — было открыто еще в начале XIX века, но в случае зодиакального света сложность заключалась в том, что на него накладываются эффекты, связанные с его прохождением сквозь плотные слои атмосферы. Поляриметры, установленные на искусственных спутниках Земли и пилотируемой станции Skylab, подтвердили, что в данном случае мы действительно имеем дело с отражением солнечных лучей от мелких пылевых частиц в космическом пространстве.
В 1972 году детектор межпланетной пыли, установлений на зонде Pioneer 10, зарегистрировал именно такое снижение концентрации твердых частиц по мере удаления от Солнца, которое предсказывали модели, базировавшиеся на анализе яркости зодиакального света. Природу этого явления можно было считать доказанной, но остались вопросы касательно его происхождения.
Источник межпланетной пыли
Первый из таких вопросов — почему межпланетная пыль за миллиарды лет существования Солнечной системы не выпала полностью на Солнце и планеты? Ответ прост: она выпадает на них постоянно (только на Землю ежедневно падает от 60 до 100 тонн вещества из космоса), но в то же время постоянно пополняется. И источником ее являются малые тела — кометы и астероиды. Они имеют низкую гравитацию, что позволяет мелким частицам легко «убегать» от них в окружающее пространство.
Поскольку основная часть зодиакального света концентрируется вблизи эклиптики, логично было бы предположить, что создающая его космическая пыль образуется при столкновении астероидов — они тоже в большинстве своем движутся недалеко от плоскости планетных орбит. Однако к этой же плоскости «тяготеют» и орбиты комет, принадлежащие к так называемому семейству Юпитера (с периодами обращения вокруг Солнца менее 20 лет). Хоть их общее количество и меньше, но они намного активнее «опыляют» космос — для этого им даже не нужно ни с чем сталкиваться.
Дальнейшие исследования показали, что это действительно так. Ученые смогли даже выделить в зодиакальном свете два компонента: «астероидный» (ближайший к эклиптике) и «кометный» (более далекий и сконцентрированный вокруг Солнца). Эти выводы подтвердили анализы вещества, доставленного на Землю зондом Stardust, а также данные, полученные европейским космическим аппаратом Rosetta, изучавшим в 2014-2016 годах с близкого расстояния комету Чурюмова-Герасименко (67P/Churyumov-Gerasimenko).
Расчеты показывают, что для достижения необходимого уровня яркости зодиакального света требуется не так уж и много вещества: если бы оно создавалось частицами пыли размером 1 мм, имеющими такую же среднюю отражательную способность (альбедо), как поверхность Луны, расстояние между двумя соседними частицами в районе земной орбиты должно было бы составлять 8 км. Конечно, ближе к Солнцу их концентрация возрастает, но все равно они не представляют заметной угрозы для межпланетных аппаратов.
Какова судьба пылинки, выброшенной с поверхности кометы или астероида? Это зависит от ее размера. Если он меньше одного микрометра — солнечный свет будет оказывать на частицу заметное давление, постепенно разгоняя ее и выталкивая из сферы притяжения нашего светила. Противоположным образом ведут себя песчинки размером от 1 мкм до 1 мм. Те же солнечные фотоны попадают на них немного спереди по направлению орбитального движения и передают им слабый импульс, который со временем накапливается и тормозит частицу. Она переходит на все более близкую к Солнцу орбиту и наконец падает на него (если предварительно не встретится с какой-нибудь планетой). Такое «фотонное торможение» получило название эффекта Пойнтинга-Робертсона — в честь физиков, первыми предсказавших его теоретически.
Украшение южного неба
В 2007 году гитарист группы Queen Брайан Мэй решил завершить свою докторскую диссертацию под названием «Исследование радиальных скоростей в зодиакальном пылевом облаке» — через 36 лет после того, как бросил ее писать ради музыкальной карьеры. К его большому удивлению, научная работа не потеряла своей актуальности, и вскоре ученый, более известный как музыкант, успешно ее защитил.
Даже из этого факта хорошо видно, как мало мы знаем о зодиакальном свете. Практически неисследованными остаются изменения формы облака межпланетной пыли со временем, зависимость ее концентрации и яркости от пролетов комет, фазы солнечной активности, возможная ее связь со структурами высшего порядка — межзвездными пылевыми облаками. В последнее время исследования в этих направлениях заметно активизировались, и определенный вклад в них вносят даже любители астрономии. Это явление также считается очень «фотогеничным», попадая на широкоугольные фотографии южного неба. Часто на его фоне видны яркие планеты, реже — кометы, подходящие близко к Солнцу.
К сожалению, условия наблюдений зодиакального света с территории Украины все же достаточно неблагоприятны. Но тем, кто хотя бы ненадолго окажется ближе к экватору, настоятельно рекомендуем не упускать возможность полюбоваться призрачным светлым треугольником, украшающим тропическое звездное небо после вечерних сумерек. Правда, его сложно увидеть в лунные ночи или когда он проектируется на сияющую полосу Млечного Пути.
Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine
