Не так уже й легко відповісти на питання «що спільного між астрономією й астрологією?» Мабуть, найкраща відповідь — термінологія. Справді, астрологи у своїх «передбаченнях» послуговуються тими самими назвами планет, Сонця, Місяця, а також деяких сузір’їв, котрі історично прийнято називати зодіакальними. По цих сузір’ях проходить екліптика — уявна проєкція земної орбіти на небесну сферу. Власне, назвами тут усе й обмежується: в астрологічних трактатах фігурують не сузір’я, а ділянки екліптики, умовно розділеної на 12 рівних частин по 30° кожна. Втім, слово «зодіакальний» потрапило й до астрономії — ним назвали одне цікаве небесне явище, яке багато хто бачив, але часто навіть не здогадувався про нього.
Якщо наприкінці лютого чи на початку березня в безхмарний і безмісячний вечір виїхати кудись за місто, якнайдалі від штучного освітлення, й уважно подивитись, як згасає вечірня зоря, можна помітити, що у певний момент сутінкова смуга над західним горизонтом починає слабшати нерівномірно: в одному місці від неї залишається примарний світлий трикутник, широка основа якого розташована приблизно в точці геодезичного заходу, а верхівка тягнеться нічним небом майже до примітної зоряної купки Плеяд. Уважний спостерігач також побачить, що цей трикутник «прив’язаний» до зірок і бере участь у добовому обертанні неба, тобто це не атмосферне явище. Його середня лінія збігається з екліптикою. Схожий ефект, але вже перед світанком, в наших широтах виникає також у жовтні (але швидко губиться у ранкових сутінках).
Уточнення «в наших широтах» тут вкрай потрібне: варто лише пересунутися з півночі України на кілька градусів «угору» (до Латвії чи північної Білорусі) — й описане явище стане практично недоступним для спостережень. Навпаки, на широті Криму в указані періоди року його вже видно цілком виразно, і чим ближче до екватора — тим краще. Починаючи з Північної Африки, його можна спостерігати майже цілий рік, а в широтному діапазоні між північним і південним тропіками воно часом просто впадає у вічі. Саме там із ним познайомилися європейці, які здійснювали перші далекі морські подорожі в епоху великих географічних відкриттів. Але, наприклад, середньовічні араби знали про «фальшивий світанок» (як вони його називали) ще на початку минулого тисячоліття. Існують дані, що це явище було відоме також давнім китайцям і цивілізаціям Мезоамерики. Зараз за ним закріпилася назва «зодіакальне світло».
Відкриття та дослідження
Перші описи зодіакального світла в європейській науці, зроблені 1661 року, належать англійському священнику Джошуа Чілдрі. Оскільки він практично все життя не виїжджав із Британських островів, його дослідження базувалися здебільшого на нотатках Едмонда Галлея — славетного астронома тих часів, на честь якого пізніше назвали знамениту комету. Цей різнобічно обдарований науковець чимало часу провів у тропічних широтах і залишив багато спостережень південного неба та явищ, які він на ньому бачив.
Більш детальні дослідження зодіакального світла виконав французький астроном італійського походження Джованні Кассіні, підсумувавши їх у своїй праці 1683 року. Він першим зауважив, що світла пляма простягається по обидві сторони від Сонця й за формою нагадує ромб, велика діагональ якого лежить на екліптиці. Також Кассіні висловив припущення, що це явище пов’язане з відбиттям сонячного світла від частинок міжпланетного пилу. Згідно з іншими джерелами, ця ідея належала другові астронома — швейцарському математику Фатіо де Дюїльє.
Наступний етап у дослідженнях зодіакального світла пов’язаний із появою чутливих фотоемульсій і ширококутних об’єктивів, які дозволили робити фотографії великих ділянок зоряного неба. На таких знімках астрономи роздивилися, що «надлишок світла» не обмежується ромбом навколо Сонця — він тягнеться вздовж усієї екліптики смугою завширшки декілька градусів, яка у протисонячній точці трохи розширюється та стає яскравішою. Це утворення отримало назву «протисяяння». Пізніше вчені дізналися, що воно має трохи іншу природу, ніж зодіакальне світло, і викликане «газовим хвостом» Землі — шлейфом речовини, «вибитої» з земної атмосфери сонячним вітром (таке ж походження мають газові хвости комет).
Власне, зі спостережень було зрозуміло, що поверхнева яскравість зодіакального світла має збільшуватись аж до самого краю сонячного диска, однак підтвердити це довго не вдавалося, поки 19 червня 1936 року під час повного затемнення Сонця японський астроном Мінору Гонда не розгледів навколо сонячної корони тьмяне світіння помаранчевого відтінку, яке мало вже відому форму ромба. Подальші спектральні дослідження показали, що його випромінюють розжарені частинки пилу, схожі за хімічним складом на земні силікатні породи.
З настанням космічної ери прийшов час поляризаційних досліджень. Явище поляризації електромагнітних хвиль — зміни їхніх властивостей після відбиття від більшості поверхонь або проходження крізь деякі кристали — було відкрите ще на початку XIX століття, але у випадку зодіакального світла складність полягала в тому, що на нього накладаються ефекти, пов’язані з його проходженням крізь щільні шари атмосфери. Поляриметри, встановлені на штучних супутниках Землі та пілотованій станції Skylab, підтвердили, що в цьому випадку ми справді маємо справу з відбиттям сонячних променів від дрібних пилових частинок у космічному просторі.
1972 року детектор міжпланетного пилу, встановлений на зонді Pioneer 10, зареєстрував саме таке зниження концентрації твердих частинок у міру віддалення від Сонця, яке передбачали моделі, що базувалися на аналізі яскравості зодіакального світла. Природу цього явища можна було вважати доведеною, але залишалися питання стосовно його походження.
Джерело міжпланетного пилу
Перше з таких питань — чому міжпланетний пил за мільярди років існування Сонячної системи не випав повністю на Сонце та планети? Відповідь проста: він випадає на них постійно (лише на Землю щоденно падає від 60 до 100 тонн речовини з космосу), але водночас постійно поповнюється. І джерелом його є малі тіла — комети й астероїди. Вони мають низьку гравітацію, що дозволяє дрібним частинкам легко «втікати» від них до навколишнього простору.
Оскільки основна частина зодіакального світла концентрується поблизу екліптики, логічно було би припустити, що космічний пил, який його створює, утворюється під час зіткнення астероїдів — вони теж у більшості своїй рухаються недалеко від площини планетних орбіт. Але до цієї ж площини «тяжіють» і орбіти комет, що належать до так званої родини Юпітера (з періодами обертання навколо Сонця менш ніж 20 років). Хоч їхня загальна кількість і менша, але вони набагато активніше «запилюють» космос — для цього їм навіть не треба ні з чим стикатися.
Подальші дослідження показали, що це справді так. Учені змогли навіть виділити в зодіакальному світлі дві компоненти: «астероїдну» (найближчу до екліптики) та «кометну» (більш далеку і сконцентровану навколо Сонця). Ці висновки підтвердили аналізи речовини, доставленої на Землю зондом Stardust, а також дані, отримані європейським космічним апаратом Rosetta, що у 2014-2016 роках вивчав із близької відстані комету Чурюмова-Герасименко (67P/Churyumov-Gerasimenko).
Розрахунки показують, що для досягнення необхідного рівня яскравості зодіакального світла потрібно не так уже й багато речовини: якби воно створювалося частинками пилу розміром 1 мм, що мають таку ж середню відбивну здатність (альбедо), як поверхня Місяця, відстань між двома сусідніми частинками в районі земної орбіти мала би складати 8 км. Звичайно, ближче до Сонця їхня концентрація зростає, але все одно вони не становлять помітної загрози для міжпланетних апаратів.
Яка доля «порошинки», викинутої з поверхні комети чи астероїда? Це залежить від її розміру. Якщо він менше одного мікрометра — сонячне світло чинитиме на частинку помітний тиск, поступово розганяючи її та «виштовхуючи» зі сфери тяжіння нашого світила. Цілком протилежно поводяться піщинки розміром від 1 мкм до 1 мм. Ті ж самі сонячні фотони потрапляють на них трохи спереду за напрямком орбітального руху та передають їм слабкий імпульс, який із часом накопичується і гальмує частинку. Вона переходить на дедалі ближчу до Сонця орбіту і врешті падає на нього (якщо попередньо не зустрінеться з якоюсь планетою). Таке «фотонне гальмування» отримало назву ефекту Пойнтінга-Робертсона — на честь фізиків, які його першими передбачили теоретично.
Окраса південного неба
2007 року гітарист групи Queen Браян Мей вирішив завершити свою докторську дисертацію під назвою «Дослідження радіальних швидкостей у зодіакальній пиловій хмарі» — через 36 років після того, як кинув її писати заради музичної кар’єри. На його великий подив, наукова робота не втратила своєї актуальності, й невдовзі вчений, більше відомий як музикант, успішно її захистив.
Навіть із цього факту добре видно, наскільки мало ми знаємо про зодіакальне світло. Практично недослідженими лишаються зміни форми хмари міжпланетного пилу з часом, залежність його концентрації та яскравості від прольотів комет, фази сонячної активності, можливий її зв’язок зі структурами вищого порядку — міжзоряними пиловими хмарами. Останнім часом дослідження у цих напрямах помітно активізувались, і певний внесок у них роблять навіть любителі астрономії. Це явище також вважається дуже «фотогенічним», потрапляючи на ширококутні світлини південного неба. Часто на його тлі видно яскраві планети, рідше — комети, що підходять близько до Сонця.
На жаль, умови спостережень зодіакального світла з території України все ж достатньо несприятливі. Але тим, хто хоча б ненадовго опиниться ближче до екватора, наполегливо радимо не втрачати можливість помилуватися примарним світлим трикутником, що прикрашає тропічне зоряне небо після вечірніх сутінків. Щоправда, його важко побачити у місячні ночі або тоді, коли він проєктується на сяючу смугу Чумацького Шляху.
Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!
Долучайтеся: https://t.me/ustmagazine
