Приложение 4

МЕХАНИЗМ ЗАТМЕНИЙ

Устрашающий вид темной тени, постепенно наползающей на лунный лик, по-прежнему привлекает внимание большинства людей, хотя мы живем в эпоху, когда феномен затмений не только хорошо известен, но и поддается точному предсказанию. Древние люди не знали ни того ни другого и должны были всерьез опасаться, что близится конец света – по крайней мере в течение нескольких минут.

В 60-х гг. астроном Джеральд Хоукинс предположил, что как минимум одна из функций сооружения в Стоунхендже на равнине Сейлсбери в Англии состояла в предсказании затмений. Хоукинс тщательно изучил древний монумент, возраст которого насчитывает около 5000 лет, и ввел данные в компьютер. Он пришел к выводу, что так называемые «ямки Обри» – серия из 56 наполненных мелом ямок вокруг стоячих камней в Стоунхендже – представляют собой сложное устройство для предсказания солнечных и лунных затмений.

Глиняные таблички, обнаруженные на территории современного Ирака и датируемые шумерским периодом, который начался около 3000 г. до н. э., указывают, что народы этого региона старались научиться предсказывать затмения. Без сомнения, вавилоняне, последовавшие за шумерами, уже могли точно предсказать, когда должен потемнеть лик Солнца или Луны.

Древние китайцы, индийцы, египтяне, южноамериканцы и многие другие народы стремились овладеть астрономическими познаниями с целью предсказания затмений. Эти усилия, несомненно, привели к значительному усовершенствованию астрономических навыков и способствовали развитию математики. Нетрудно догадаться, что в большинстве случаев такие знания использовались и для укрепления власти. Понятно, что правитель, светский или религиозный, способный предсказывать затмения, имел все основания для манипуляций народными массами.

Обычному человеку затмения кажутся совершенно случайными событиями, но это не так. Тем не менее из-за сложного взаимодействия между Землей и Солнцем понимание закономерности солнечных и лунных затмений было далеко не простым делом. Когда эта закономерность была установлена, ее можно было передавать от одного правителя к другому как драгоценную тайну. Само по себе предсказание казалось большинству людей могущественной магией, и, когда правитель или жрец отгонял темного дракона, пытавшегося сожрать Солнце или проглотить Луну, его власть укреплялась на значительное время.

Постепенно древние открыли, что все затмения подчиняются определенным закономерностям и находятся под влиянием так называемого Саросского цикла. Слово «саросский» впервые было использовано астрономом Эдмундом Галлеем (1656—1742) и, как считается, происходит из древневавилонского языка. Продолжительность Саросского цикла составляет 6585,3 суток (18 лет 11 дней и 8 часов). Он представляет собой сочетание трех отдельных циклов. Первым из них является синодический месяц (от новолуния до новолуния). Второй называется драконианским месяцем (от одной узловой точки к другой {информацию об узловых точках Луны см. ниже}), а третий называется аномалистическим месяцем (от перигелия до перигелия {информацию о лунном перигелии см. ниже}).

С точностью до двух часов 233 синодических месяца, 242 драконианских месяца и 239 аномалистических месяцев составляют одинаковый период времени, по прошествии которого любое затмение повторяется. Причина этого явления состоит в том, что устройство Солнечной системы во многом похоже на коробку передач в автомобиле, а в коробке передач любое движение рано или поздно повторяется.

Хотя Саросский цикл очень точный, множество таких циклов действует одновременно. На основании Саросского цикла можно сказать лишь одно: если затмение происходит сегодня, оно снова произойдет через 6585,3 дня и будет иметь довольно похожую геометрию. Поэтому затмения происходят в разное время суток, и в любом данном цикле затмение может быть полным или неполным в одной и той же части земного шара. Каждый Саросский цикл продолжается около 1200 лет (примерно 66 затмений), после чего исчерпывает себя. Если Саросский цикл начинается около Южного полюса, он постепенно движется на север с каждым следующим затмением и наконец заканчивается у Северного полюса. В других случаях то же самое происходит в обратном порядке.

Судя по всему, вавилоняне, как и древние греки, понимали механику Саросского цикла. Согласно Джеральду Хоукинсу, этими знаниями обладали и строители Стоунхенджа. Наше предыдущее исследование показывает, что определение Саросского цикла на самом деле было довольно простым для людей эпохи мегалита, построивших Стоунхендж и тысячи других монументов. Продолжительность ритуального года мегалитических культур составляла 366 дней. Это означает, что для них продолжительность Саросского цикла составляла 18 лет без двух дней. Эти два дня не имели большого значения, так как солнечные затмения могут происходить лишь во время новолуния, а лунные затмения – во время полнолуния.

Даже в наши дни трудно воспринимать солнечные затмения как нечто само собой разумеющееся. Крупное затмение, такое как произошедшее в Северной Европе 11 августа 1999 г., стало настоящим праздником как для астрономов, так и для обычных людей, встретивших его с ликованием, а не со страхом, как в давние времена. Диск Солнца постепенно начинает темнеть, когда Луна проходит между ним и Землей. Если это полное затмение, солнечный диск совершенно исчезает и остается лишь слабое сияние солнечной короны. Вскоре после этого тень начинает уходить в сторону и наружу вырывается мощный луч света, образующий так называемый «эффект алмазного кольца». Этот феномен сегодня выглядит не менее впечатляющим, чем во времена Древнего Вавилона или Стоунхенджа.

Читателей может удивить, что куда бы ни долетели наши будущие астронавты в пределах Солнечной системы, они не смогут наблюдать полное затмение, стоя на поверхности любой другой планеты. Совпадение лунного диска с солнечным при наблюдении с Земли является абсолютно полным, и этот факт должен быть величайшим чудом для любого, кто наблюдает такое явление, потому что его вероятность ничтожно мала. Ни у одной другой планеты нет спутника, имеющего достаточно большие размеры или вращающегося от нее на таком расстоянии, чтобы на поверхности планеты могло произойти полное солнечное затмение.

Существует два главных типа затмений, каждое из которых делится на категории. Самый впечатляющий тип затмений известен как солнечные затмения. На рис. 17 изображено, что происходит во время солнечного затмения.

В данном примере для людей, живущих на пути полного затмения, диск Солнца будет полностью закрыт лунным диском. Во время полного затмения можно видеть лишь солнечную корону (ореол яркого вещества, постоянно выбрасываемого с поверхности Солнца). Более крупная тень называется полутенью; люди, которые находятся в этой зоне, будут видеть частичное затмение. Существует другая разновидность солнечного затмения, известная как кольцевое затмение. Луна в 400 раз меньше Солнца и в 400 раз ближе к Земле, чем к Солнцу, но это соотношение не всегда бывает точным.

Луна движется вокруг Земли не по круглой, а по эллиптической орбите. Это означает, что иногда Луна находится немного ближе к Земле, чем в другое время. Если солнечное затмение происходит, когда Луна находится на наибольшем расстоянии от Земли, лунный диск кажется меньше и не полностью перекрывает диск Солнца. Поэтому полное затмение происходит, когда Луна находится в той части своей орбиты, где она ближе всего к Земле. Ближайшая точка лунной орбиты называется перигеем, а наиболее далекая точка апогеем.

Солнечное затмение происходит лишь в том случае, если Луна находится между Землей и Солнцем в короткий период каждого лунного цикла, известный как новолуние (период лунного месяца, когда Луна невидима при наблюдении с Земли).

Можно подумать, что если новолуние бывает каждый месяц, то солнечные затмения должны случаться ежемесячно, но это не так. Плоскость лунной орбиты наклонена по отношению к земной орбите вокруг Солнца. Если бы эти две плоскости совпадали, то каждое новолуние действительно приносило бы солнечное затмение. Угол наклона лунной орбиты по отношению к земной составляет 5°. Если новолуние происходит в тот момент, когда лунная орбита пересекается с земной, происходит солнечное затмение. Эти точки, расположенные к северу и к югу от эклиптики, называются узловыми точками Луны. Ежегодно Луна как минимум дважды попадает в одну из этих точек, что может привести к солнечному затмению, наблюдаемому на части земной поверхности.

Второй тип затмений не так живописен, как солнечное затмение, но тем не менее должен был захватывать воображение наших древних предков. Это лунные затмения, которые случаются чаще, чем солнечные. Лунное затмение происходит, когда тень Земли проходит между Солнцем и Луной. Такое затмение может происходить лишь в противоположной части лунного цикла, то есть во время полнолуния, когда весь лунный диск виден с Земли.

Во время лунного затмения диск Луны не исчезает полностью. Он темнеет, а в некоторых случаях приобретает темно-красный оттенок Такие лунные затмения во многих древних культурах считались предвестниками катастроф и были не менее грозными, чем солнечные затмения.

Пока мы всерьез не углубились в эту тему, мы не осознавали всю необычность и даже уникальность полных затмений. Как показано на рис. 20—22, все дело заключается в линии зрения. Знаменитый научный фантаст Айзек Азимов назвал это «самым невероятным совпадением, какое только можно представить».

Полные солнечные затмения могут происходить лишь в крошечном промежутке общей истории Земли и Луны. Когда-то Луна находилась гораздо ближе к Земле, а когда оба небесных тела достигнут полного равновесия, Луна будет дальше от Земли в 1,6 раза, чем сейчас. Если мы оценим возраст Луны в 4 млрд. лет, а потом согласимся с наиболее распространенной оценкой, согласно которой она достигнет наибольшего расстояния от Земли за 15 млрд. лет (если, конечно, не принимать во внимание, что к тому времени Солнце, несомненно, поглотит и Землю, и Луну), общая продолжительность странствия Луны от ближайшей до самой дальней позиции от Земли составит 19 млрд. лет. Размер Луны, как и размер Солнца, оставался неизменным в течение всей известной истории. Существует лишь очень короткое «окно возможности», в течение которого диск Луны может перекрывать диск Солнца при наблюдении с Земли, как это происходит сейчас.

Вполне естественно, что, если бы Луна была больше или меньше, чем она есть, полные солнечные затмения были бы невозможны в современную эпоху. Если бы Луна имела меньший размер, такие феномены происходили бы в далеком прошлом, когда Луна находилась гораздо ближе к Земле, чем теперь.

Это приводит нас к обсуждению размеров Луны. По сравнению с размером нашей собственной планеты Луну можно считать огромной. Ее окружность лишь в 3,66 раза меньше окружности Земли. Марс, другая планета земного типа, имеет два спутника, но они крошечные по сравнению с Луной, которую правильнее было бы назвать планетоидом. Даже с учетом огромного размера газовых планет Солнечной системы со множеством спутников, земная Луна является пятым по величине спутником в нашей Солнечной системе. Тщательное изучение лунных пород, доставленных на Землю американскими астронавтами и советскими беспилотными зондами, показывает, что их состав очень близок к некоторым земным породам. Они были созданы на таком же расстоянии от Солнца, поэтому не вызывает сомнения, что Земля и Луна имеют общее происхождение. Однако у Луны есть очень странная и труднообъяснимая особенность. Хотя она лишь в 3 раза меньше Земли, ее масса в 81 раз меньше земной.

Если бы Земля состояла из репрезентативной выборки всех земных пород и имела бы такой же размер, она была бы гораздо более массивной. С другой стороны, если бы Луна имела точно такой же состав, как Земля, и оказывала на нее такое же гравитационное воздействие, как сейчас, ее размер был бы гораздо меньше.

Эти факты подробно обсуждены в предыдущих главах, но еще раз подчеркнем, что благодаря своему необычному составу Луна может быть достаточно большой, чтобы создавать полные солнечные затмения и при этом не разрывать поверхность Земли на части своим тяготением каждый раз, когда она проходит над головой.

Мы уверены, что в бесконечной Вселенной, наполненной всевозможными чудесами, могут случаться самые невероятные совпадения. Даже консервативные астрономы признают, что полные солнечные затмения крайне маловероятны со статистической точки зрения, но все-таки объясняют это случайным стечением обстоятельств. Нам остается лишь взывать к их логике.