Есть и еще один резон изучать магнитные поля галактик. Считается, что природа магнетизма галактик, звезд и планет имеет много общего (мы еще вернемся к этому вопросу). Существует много теоретических работ, в которых строятся различные модели происхождения этих магнитных полей. Нет сомнений, что космический магнетизм связан с процессами, происходящими не на поверхности, а внутри небесных тел. Интересно сравнивать эти модели с наблюдениями. Для Солнца, звезд и планет мы вынуждены использовать косвенные приемы, чтобы узнать, что именно происходит в глубинах этих тел, даже если мы хорошо знаем, что происходит на поверхности. Причина понятна: Солнце и Земля непрозрачны и мы не можем наблюдать то, что происходит в их глубинах. Галактики представляют собой счастливое исключение: они прозрачны (по крайней мере, частично) и для оптического, и для радиоизлучения, так что мы можем заглянуть прямо в ту область, в которой работает огромная динамо-машина, создающая магнитное поле. Обидно было бы упустить эту возможность!
3. Как наблюдают магнитное поле Солнца
Казалось бы, мы уже обсудили этот вопрос. Магнитное поле Солнца наблюдают прежде всего по эффекту Зеемана. Это, конечно, правда, но не вся. Оказывается, нам очень интересно не только состояние магнитного поля Солнца сегодня и в прошедшие несколько лет. На Солнце происходят важные процессы, длительность которых интересно проследить на протяжении десятилетий и столетий, – мы расскажем о них позже.
Оказывается, узнать, как вело себя магнитное поле Солнца до того, как люди научились измерять его, можно по данным о солнечных пятнах.
«Взирая на солнце, прищурь глаза свои, и ты смело разглядишь в нем пятна», – проницательно заметил Козьма Прутков. Это, пожалуй, все-таки преувеличение. Смотреть на Солнце опасно, пятна на нем видны не всегда, но, действительно, большие солнечные пятна можно наблюдать невооруженным глазом. Люди делали это с незапамятных времен и писали об этом в разнообразных летописях. В частности, русские летописи упоминают пятна как «гвозди на Солнце» (так написано в Никоновской летописи под 1365 и 1371 гг.)
[1].
Пятна – места на поверхности Солнца, где температура ниже, чем в остальных частях поверхности. Поэтому они темные. Нам сейчас не очень важно, откуда берутся эти пятна. Важно другое: в пятнах не только температура ниже, но и само магнитное поле в сотню раз больше, чем в среднем по поверхности Солнца. Это видно по измерениям магнитных полей в солнечных пятнах и на остальной поверхности Солнца. Собственно, именно поэтому Хейл и открыл магнитное поле Солнца в солнечных пятнах, где его легче наблюдать. Можно понять, почему температура и напряженность магнитного поля связаны друг с другом. И температура, и магнитное поле вносят свой вклад в давление вещества (об этом рассказывается в учебниках физики). Солнечные пятна существуют довольно долго – около месяца. Поэтому давление в пятнах должно быть примерно такое же, как вокруг них, иначе пятна немедленно разлетятся на клочки или, наоборот, сожмутся. В пятне температура ниже и связанное с ней давление тоже ниже. Естественно думать, что это понижение компенсируется большим значением магнитного поля и соответствующим увеличением магнитного давления. Может быть, это качественное рассуждение и не покажется убедительным приверженцам математической строгости, но современные наблюдения солнечных пятен его подтверждают. И можно применить его к старым наблюдениям солнечных пятен, выполненным в те годы, когда Хейл еще не начал измерять в них магнитное поле.
Безусловно, сообщения летописей и других исторических источников очень интересны, но трудно полагаться на надежность их данных о магнитном поле Солнца. Проблема не только в том, что простым глазом солнечные пятна все же трудно наблюдать. Авторы хроник далеко не всегда интересовались именно физикой Солнца и не стремились донести до нас эту информацию. Как правило, их интересовали совсем другие, гораздо более приземленные вопросы. Далеко не всегда современный читатель легко может решить, насколько сильно хотел древний автор рассказать нам именно о физике Солнца. Это не значит, что современная наука игнорирует подобные случайные упоминания о явлениях, интересных для астрономии, в частности о солнечных пятнах. Есть специальный раздел астрономии – археоастрономия, где подобные сведения собираются, систематизируются и по мере возможности используются для целей астрономии и истории. Однако если имеются какие-то более систематические данные, то естественно использовать именно их.
К счастью, астрономия в более или менее современных формах появилась уже около 400 лет назад. В 1609 г. Галилео Галилей сконструировал первый телескоп, а точнее, приспособил подзорную трубу для астрономических наблюдений. В частности, он приделал к подзорной трубе подставку: даже в руках человека, никогда не нарушающего спортивный режим, подзорная труба немного дрожит, поэтому через нее трудно рассматривать Луну, планеты и звезды.
Через два года после изобретения телескопа, в 1611 г., Галилей включил в свой план работ пятна: на небе не так уж много того, что легко и интересно наблюдать. Как известно, Галилей дорого заплатил за свое открытие – наблюдения солнечных пятен не прошли даром для его зрения. Об этом должен помнить каждый покупатель любительского телескопа.
В целом история создания телескопа хорошо рассказана в знаменитой пьесе Брехта «Жизнь Галилея», хотя автор, конечно, совершенно не собирался писать учебник по истории науки.
Галилей был человеком с идеями. Наблюдения солнечных пятен были лишь одним из многих его увлечений. Он действительно тщательно наблюдал (но недолго) и зарисовывал их – до изобретения фотографии оставались еще столетия. О тщательности говорят сравнения рисунков Галилея с рисунками его современников, менее известных, но более профессиональных астрономов.
К счастью, наблюдение солнечных пятен быстро стало очень модным занятием. Мы знаем, что католическая церковь осудила Галилея как еретика. Разумеется, церковники вели себя нехорошо, так что их наследникам в наши дни пришлось извиняться. Однако важно, что они не просто ругали Галилея, а сами проверяли его наблюдения. Не берусь точно сказать, как в их головах уживались тщательные наблюдения с гонениями на Галилея. Об этом лучше расскажут историки науки. Но факт остается фактом: огромная часть первоначальных наблюдений солнечных пятен была выполнена католическими священниками. Среди них были даже миссионеры, проповедовавшие христианство на Дальнем Востоке и совмещавшие проповедь с астрономическими наблюдениями. Вероятно, астрономия была их настоящим призванием. Вряд ли можно было ожидать, что подобные любительские наблюдения станут основой для систематического мониторинга солнечной активности. Однако здесь астрономии очень повезло. Король Франции Людовик XIV был настоящим фанатом физики Солнца. Он, видимо, был очень непростым и закрытым человеком, который далеко не всегда подробно описывал мотивы своих поступков. Однако в 1667 г. он основал Парижскую обсерваторию как уникальное для своего времени научное учреждение. Видимо, он и настоял на том, чтобы в центре внимания этой обсерватории были наблюдения солнечных пятен.
