Дневная звезда - [17]

м и часто выражается в ангстремах, 1 нанометр равен 10А). Для научной работы имеются фильтры с меньшей полосой пропускания до 0,01 нанометра, или 0,1 А. Для построения таких фильтров используется принцип интерференции света в оптической системе фильтра. Свет отражается на различных элементах фильтра таким образом, что в результате гасится все, кроме излучения в выбранном спектральном интервале, который может быть сделан очень узким (до 0,01 нм). (Как было упомянуто выше, только через такие фильтры можно смотреть прямо на Солнце.) Интерференционный фильтр может обрезать 99,95% падающего света, зато излучение в выбранном интервале длин волн проходит полностью. Достоинство этих фильтров заключается как раз в том, что можно рассматривать солнечный диск в очень узком участке спектра. Как мы увидим, это очень важно для изучения различных слоев атмосферы Солнца.

Солнечный свет излучается различными слоями солнечной атмосферы. Как я уже отмечал, температура и давление меняются во внешних слоях Солнца. Красное излучение приходит из более глубоких слоев, чем синее. Желтый свет Солнца, видимый нами невооруженным глазом, является смесью излучений, выходящих из различных слоев. Изучая Солнце в определенных длинах волн, мы тем самым рассматриваем различные слои солнечной «луковицы». Это очень мощное средство для выделения отдельных слоев, особенно если наблюдения ведутся в одной из фраунгоферовых спектральных линий. Например, на фотографиях (называемых спектрогелиограммами), полученных в свете линии К (λ 393,4 нм) ионизованного атома кальция, видны яркие области, особенно вблизи солнечных пятен, где атомы кальция чрезвычайно возбуждены.

Заслуга в изобретении устройства для получения фотографии Солнца в узком спектральном диапазоне (т.е. в монохроматическом свете) принадлежит двум исследователям: Джоржу Хейлу из США и Деландру из Франции. Оба изобрели спектрогелиограф одновременно и независимо друг от друга. Гений американской астрономии Хейл построил первый такой прибор в своей личной обсерватории вблизи Чикаго. В 1889 г., будучи еще студентом Массачусетского технологического института, Хейл видоизменил Гарвардский спектрограф так, что можно было получить изображение Солнца в одной спектральной линии. Хейлу тогда был всего 21 год. Основной принцип метода легко понять. Солнечный телескоп образует изображение Солнца на щели спектрографа, и в спектрограф через эту щель проникает узкая полоска поверхности Солнца. Эта «полоска Солнца» в спектрографе при помощи призм и решетки разлагается в спектр, и в каждой спектральной линии мы имеем по существу монохроматическое изображение щели спектрографа. Можно расположить фотографическую пластинку в спектрографе так, чтобы на нее падала только одна сильная линия, например Н_α. Тогда на этой пластинке будет зарегистрировано монохроматическое (в Н_α) изображение одной узкой полоски поверхности Солнца. Если начать одновременно и синхронно двигать изображение Солнца на входной щели спектрографа и фотографическую пластинку, то на пластинке мы можем получить непрерывное монохроматическое изображение диска Солнца (подобно тому, как сканирующий растр позволяет получить телевизионное изображение). Такова основная идея спектрогелиоскопа. В настоящее время для получения монохроматических изображений Солнца используются интерференционные фильтры, они и по цене доступны любителям астрономам. У таких фильтров нет движущихся частей, работа с ними не сложна, а скорость получения снимков высока.

Рис. Фотография хромосферы Солнца  в линии водорода.

Рис. Фотография короны Солнца линии железа.

Рис. Фотография переходного слоя Солнца в линии гелия.

В дальнейшем Кейл изобрел еще один прибор солнечной астрономии — магнитограф. В июне 1908 г., рассматривая солнечный спектр высокого разрешения, Хейл заметил, что спектральные линии излучения солнечных пятен расщеплены на несколько линий. Ранее в 1896 г. датский физик Зееман показал, что если атомы источника света находятся в области сильного магнитного поля, то некоторые спектральные линии расщепляются на отдельные составляющие. Такой эффект возникает из-за того, что энергетические уровни внешних электронов атома при наличии сильного магнитного поля разделяются на несколько подуровней. В результате отдельные спектральные линии уширяются или расщепляются на две и больше составляющих.

Астрономы, знавшие об этой работе, предположили, что уширение спектральных линий в пятне связано с эффектом Зеемана. Для подтверждения этого предположения нужен был телескоп с высоким разрешением, расположенный в хорошем с точки зрения качества изображения месте. В 1905 г. Хейл начал постройку такого телескопа на обсерватории Маунт-Вилсон в Калифорнии, и через 3 года он получил неопровержимые доказательства наличия в солнечном пятне сильных магнитных полей. Действительно, линии солнечных пятен оказались расщепленными на несколько линий, в точности так же, как у Зеемана в лаборатории. Излучение каждой из составляющих поляризовано. Поэтому при помощи соответствующих поляризационных фильтров можно выделить поляризованное излучение, связанное с наличием магнитного поля, на фоне общего солнечного излучения и определить напряженность магнитных полей в солнечных пятнах. В настоящее время на большинстве солнечных обсерваторий такая процедура является обычной и проводится ежедневно. Используя поляризационные свойства солнечных линий в магнитном поле, Бэбкоки в 1952 г. построили на обсерватории Маунт-Вилсон очень чувствительный магнитограф. Наблюдения магнитных полей дают возможность определить область сильных возмущений непосредственно под видимой поверхностью. Ведь под действием локальных возмущений магнитное поле может усиливаться до тех пор, пока силовые линии поля не выйдут на поверхность. Магнитограф регистрирует эти внезапные подъемы поля. Кроме того, он может регистрировать общее магнитное поле Солнца, меняющее свою полярность с периодом около 11 лет. Магнитограф также можно использовать для измерения магнитного поля на различных уровнях солнечной поверхности, в частности в протуберанцах и нижней короне.