Otkrytie atmosfery Venery Lomonosovym: eksperimental'naya rekonstrukciya sobytiya vo vremya prohozhdeniya Venery po disku Solnca 2012 goda pri pomoshi starinnyh refraktorov14.10.2012 19:01 | E. S. Shaldenkova/GAISh, Moskva
Avtory:
Aleksandr Kukarin, Igor' Nesterenko, Yurii Petrunin, Vladimir Shil'cev
Perevod stat'i "Experimental Reconstruction of Lomonosov's Discovery of Venus's Atmosphere with Antique Refractors During the 2012 Transit of Venus"
I. Vvedenie
Mihail Lomonosov predstavil svoyu rukopis' "Yavlenie Venery na Solnce, nablyudennoe v Sanktpeterburgskoi imperatorskoi Akademii nauk maiya 26 dnya 1761 goda" (Lomonosov, 1761a) k publikacii 4 iyulya 1761 goda po staromu stilyu, i 17 iyulya 1761 goda Sankt-Peterburgskoi imperatorskoi Akademiei nauk bylo napechatano 250 ekzemplyarov raboty. Vskore posle etogo, veroyatno, samim Lomonosovym, byl sdelan perevod rukopisi na nemeckii yazyk (Lomonosov, 1761b), i v avguste 1761 goda bylo otpechatano 250 ekzemplyarov etogo perevoda dlya shirokogo rasprostraneniya zagranicei. Na ris.1 predstavlen list s illyustraciyami iz nemeckogo perevoda. Polnyi perevod raboty na angliiskii yazyk s obshirnymi kommentariyami poyavilsya nedavno (Shil'cev, 2012).
Lomonosov provodil nablyudeniya v svoem imenii v Sankt-Peterburge (sovremennyi adres - Bol'shaya Morskaya ul., 61), kotoroe nahodilos' primerno na 1.3 km yuzhnee observatorii Sankt-Peterburgskoi imperatorskoi Akademii nauk, geograficheskie koordinaty - 59°55′50″ severnoi shiroty i 30°17′59″ vostochnoi dolgoty. Ego domashnyaya observatoriya raspolagalas' na otkrytoi ploskoi kryshe stroeniya, kotoroe imelo dlinu 6m, shirinu 5m, i vysotu 4m; na kryshe byli ustanovleny perila vysotoi ¾ m. Lomonosov ispol'zoval "zritel'nuyu trubu o dvuh steklah dlinoyu v 4½ futa". Original'nyi teleskop, ispol'zovannyi Lomonosovym, ne sohranilsya, kak i mnogie teleskopy 18 veka, unichtozhennye pozharom v Pulkovskoi observatorii nedaleko ot Sankt-Peterburga pri bombardirovkah vo Vtoruyu Mirovuyu Voinu. Iz samoi raboty 1761 goda i soprovozhdayushih ee illyustracii mozhno zaklyuchit', chto Lomonosov ispol'zoval astronomicheskii teleskop-refraktor (kotoryi daet perevernutoe izobrazhenie) s dvuhlinzovym ob'ektivom-ahromatom. Byli naideny nekotorye ukazaniya na to, chto eto mog byt' odin iz pervyh dvuhlinzovyh ahromatov-refraktorov, izgotovlennyh Dzhonom Dollondom, izvestnym angliiskim optikom (1706-1761). Odnako pryamoe dokazatel'stvo togo, chto Lomonosov ispol'zoval ahromat Dollonda, bylo naideno lish' nedavno v publikacii, vyshedshei pered Vtoroi Mirovoi Voinoi (dlya bolee podrobnogo obsuzhdeniya sm. rabotu Shil'cev, 2012).
Ris. I: Illyustraciya s risunkami Lomonosova iz raboty Lomonosov, 1761b
V svoei rabote Lomonosov otdel'no otmetil, chto ispol'zoval ochen' slabyi solnechnyi fil'tr - "ves'ma ne gusto kopchenoe steklo", - i dalee v tekste upominal, chto emu prihodilos' regulyarno davat' otdyh glazam.
Tehnicheskuyu chast' svoei raboty Lomonosov zakonchil sleduyushimi slovami: "Po sim primechaniyam gospodin sovetnik Lomonosov rassuzhdaet, chto planeta Venera okruzhena znatnoyu vozdushnoyu atmosferoyu". Takoi vyvod on sdelal na osnovanii treh yavlenii, kotorye nablyudal (iz polnogo spiska, kotoryi on predstavil ranee): "neyavstvennost'" kraya Solnca v momenty pervogo i chetvertogo kontaktov (proillyustrirovano v tochke B na ris.1 iz ego raboty - sm. Risunok I; fizicheskoe ob'yasnenie privedeno na ris.6 iz raboty Lomonosova), a takzhe nablyudenie "pupyrya", kotoryi byl viden v techenie neskol'kih minut posle tret'ego kontakta (proillyustrirovano na ris.3, 4, 5 i v tochke A na ris.1 iz raboty Lomonosova - sm. Risunok I; pravil'noe fizicheskoe ob'yasnenie effekta prelomleniem v atmosfere proillyustrirovano na ris.7 iz raboty Lomonosova). Na ris. 3-5 v rabote Lomonosova pokazano, chto "pupyr'" v hode tret'ego kontakta poyavilsya s nachalom vyhoda Venery s diska Solnca (faza shozhdeniya 1.0), kogda planeta celikom nahodilas' na fone Solnca, i nablyudalsya do fazy shozhdeniya 0.9-0.94.
V dopolnenie k etim trem yavleniyam, Lomonosov pishet o nablyudenii "tonkogo, kak volos, siyaniya" vblizi vtorogo kontakta. Eto yavlenie, kotoroe nablyudalos' okolo sekundy, Lomonosov ne proillyustriroval i ne ispol'zoval v kachestve argumenta o nalichii u Venery atmosfery. V.V. Sharonov (Sharonov, 1952) predpolagal, chto "tonkoe, kak volos, siyanie" vblizi vtorogo kontakta takzhe mozhet nablyudat'sya iz-za prelomleniya solnechnyh luchei v atmosfere Venery. V bolee pozdnih rabotah Sharonov i Chenakal (Sharonov, 1955; Chenakal i Sharonov, 1955) proveli sravnenie nablyudenii Lomonosova s otchetami drugih nablyudatelei, kotorye upominali pohozhie opticheskie effekty pri opisanii prohozhdeniya Venery po disku Solnca 1761 goda, naprimer, S.Rumovskii, Zh.Shapp d'Otrosh, T.Bergman, P. Vargentin i A.Malle (yavleniya pri vhozhdenii/shozhdenii), a takzhe S.Dann i B.Ferne (siyanie vokrug Venery, kogda ona nahoditsya na diske Solnca). Oni bezuslovno ustanovili pervenstvo Lomonosova na osnove: a) ego pervenstva v publikacii; b) polnoty privedennogo im opisaniya nablyudenii; v) polnogo ponimaniya im nablyudaemyh yavlenii kak vazhnyh fizicheskih effektov, a ne prosto opticheskih ili atmosfernyh pomeh v zemnoi atmosfere i g) togo fakta, chto on byl edinstvennym, kto dal vernoe fizicheskoe ob'yasnenie etomu yavleniyu.
Detal'noe sravnenie rezul'tatov, poluchennyh Lomonosovym v 1761 godu s nablyudeniyami atmosfernyh effektov Venery, nablyudaemyh v hode tranzitov 1761, 1769, 1874, 1882, 2004 i 2012 godov budut predmetom otdel'nyh issledovanii, odnako my mozhem skazat', chto: a) mnogie iz bolee pozdnih nablyudenii byli, veroyatno, analogichny nablyudeniyam Lomonosova; i b) Lomonosov ne nablyudal tak nazyvaemyi "effekt chernoi kapli" (sm., naprimer, Shefer, 2001), kotoryi chasto nablyudalsya v hode tranzitov.
V preddverii prohozhdeniya Venery po disku Solnca 2012 goda razgorelis' spory vokrug togo, mog li voobshe Lomonosov nablyudat' obodok sveta za predelami diska Solnca. Naprimer, Pasachoff i Shihan (2012) postavili pod somnenie eto otkrytie, ssylayas' na svoi opyt nablyudeniya prohozhdeniya Venery po disku Solnca 2004 goda, kogda u nih voznikli problemy s tem, chtoby obnaruzhit' takoi tonkii effekt dazhe pri ispol'zovanii predpolozhitel'no gorazdo bolee sovershennyh instrumentov, chem teleskopy 18 veka. V dannoi stat'e my opisyvaem rekonstrukciyu nablyudenii Lomonosova, v hode kotoroi ispol'zovalis' starinnye teleskopy-refraktory 18 veka. Vo vtoroi chasti stat'i my opisyvaem teleskopy, kotorye ispol'zovali dlya nablyudenii prohozhdeniya Venery 5-6 iyunya 2012 goda, a takzhe opisyvaem nashi popytki tshatel'no vosproizvesti ispol'zovannyi Lomonosovym fil'tr i ego eksperimental'nuyu metodiku s nashimi instrumentami, vpolne sravnimymi s dostupnymi enciklopedistu 18 veka. Rezul'taty nablyudenii predstavleny v tret'ei chasti. Zavershaet stat'yu nebol'shoe obsuzhdenie i rezyume.
II. Teleskopy, fil'try i metody
Dlya eksperimenta byli prigotovleny starinnye teleskopy-refraktory (sm. fotografii na ris. II-IV). Osnovnye parametry teleskopov privedeny v Tablice I.
| #1-AK | #2-VS | #3-YP | #4-IN | |
|---|---|---|---|---|
| Izgotovitel' | Dollond, London | Dollond, London | Dollond, London | Uest, London |
| Tip | dvuhlinzovyi ahromat-refraktor | dvuhlinzovyi ahromat-refraktor | dvuhlinzovyi ahromat-refraktor | dvuhlinzovyi ahromat-refraktor |
| Vremya izgotovleniya | okolo poslednei treti 18 veka | okolo 1800 g. | okolo vtoroi poloviny 18 veka | okolo 1806-1824 g. |
| Dlina teleskopa | 55 dyuimov (1400 mm) | 28.3 dyuima (718 mm) | 24 dyuima (610 mm) | 18.6 dyuimov (474 mm) |
| Diametr apertury ob'ektiva | 2.5 dyuima (67 mm) | 1.6 dyuima (40 mm) | 2.25 dyuimov (57 mm) | 1.2 dyuima (30.5 mm) |
| Uvelichenie | 37±3 | 23±2 | 19±1 | 37±1 |
| Tip solnechnogo fil'tra | ND M3.8 | zakopchenoe steklo | ND M3.8 | steklyannyi ND M2.6 |
| Pole zreniya | okolo 3/4 gradusa | okolo 1 gradusa | 1.2 gradusa | 1.2 gradusa |
| Oslablenie potoka solnechnym fil'trom na dline volny 590 nm | 1/4000 | 1/1700 | 1/4000 | 1/400 |
| Mesto nablyudeniya | Kaliforniya (SShA) | Illinois (SShA) | Kolorado (SShA) | Novosibirsk (Rossiya) |
Refraktory (oboznachennye v sootvetstvii s inicialami nablyudatelei) byli ispol'zovany dlya nablyudenii prohozhdeniya Venery po disku Solnca v Kalifornii (teleskop #1-AK), Illinoise (#2-VS), Kolorado (#3-YP) i v Novosibirske, Rossiya (#4-IN). Poskol'ku nablyudatelyam v Kolorado i v Rossii ((#3-YP i #4-IN) ne povezlo s pogodoi i atmosfernymi usloviyami (v dopolnenie k nebol'shim defektam v optike teleskopa #4-IN), privedennoe nizhe obsuzhdenie budet kasat'sya, v pervuyu ochered', nablyudenii prohozhdeniya Venery 2012 goda i oborudovaniya na stanciyah v Kalifornii i Illinoise.
II.1 Nablyudeniya v Kalifornii s teleskopom #1-AK:
Teleskop #1-AK (sm. ris. II) byl osnashen original'nym okulyarom Gyuigensa s fokusnym rasstoyaniem 30mm i dvumya dopolnitel'nymi linzami dlya perevorachivaniya izobrazheniya, izgotovlennym Dollondom. Pole zreniya teleskopa sostavlyalo priblizitel'no 45 uglovyh minut. Vyhodnoi zrachok teleskopa byl raven primerno 1.7 mm, chto blizko k optimal'nomu znacheniyu dlya dostizheniya maksimal'nogo uglovogo razresheniya glaza dlya cheloveka srednego vozrasta. Interferometricheskii analiz ob'ektiva teleskopa priveden na ris. III. Ob'ektiv teleskopa byl issledovan s pomosh'yu interferometra ZYGO na dline volny 546mm (zelenyi lazer) s precizionnym sfericheskim zerkalom v kachestve opornogo elementa (sm. ris. III). Rezul'taty testa sleduyushie (dlya sravneniya v skobkah ukazany te zhe parametry dlya diffrakcionnoi sistemy): amplituda oshibki volnovogo fronta 1/3.9 dliny volny (¼ ili menee); srednekvadraticheskaya oshibka volnovogo fronta 1/21 dliny volny (1/14 ili menee); chislo Shtrelya 0.916 (0.8 ili bolee). Iz etogo mozhno zaklyuchit', chto kachestvo optiki teleskopa, sdelannogo pochti dva s polovinoi veka nazad, dovol'no vysoko dazhe po segodnyashnim merkam.
Ris. II: Dvuhlinzovyi ahromat-refraktor, izgotovlennyi Dollondom priblizitel'no v poslednei treti 18 veka: a) (sverhu) obshii vid; b) perednii konec teleskopa; c) okulyarnyi konec teleskopa.
Ris. III: Dannye interferometricheskogo analiza ob'ektiva refraktora #1-AK.
Nablyudatel' takzhe otmetil, chto hromaticheskaya aberraciya instrumenta skorrektirovana ochen' horosho: hromatizm polos byl zameten tol'ko na krayu polya zreniya (primerno na ¾ ot centra opticheskoi osi). Odnako oblast' minimal'nyh aberracii byla smeshena primerno na 15 minut ot centra k pravomu krayu. Etot nebol'shoi nedostatok optiki byl na ruku nablyudatelyu, poskol'ku on mog uderzhivat' bol'shuyu chast' diska Solnca vne polya zreniya, pomeshaya pri etom Veneru v centr oblasti minimal'nyh aberracii. Solnechnye pyatna i poverhnost' Solnca vokrug nih byli vidny ochen' chetko i detal'no v den' prohozhdeniya Venery i v techenie neskol'kih dnei do ego nastupleniya.
Teleskop byl zafiksirovan na obychnom fotoshtative s alyuminievoi trenogoi s pomosh'yu dvuh homutov, chto obespechivalo emu plavnoe dvizhenie po azimutal'nym koordinatam. Shtativ imel regulirovku po vysote, chto pozvolyalo nastraivat' rasstoyanie ot zemli do okulyara. Dopolnitel'nyi ves okulyara (sm. nizhe) byl skompensirovan gruzom, zakreplennym na perednem konce truby.
Neobhodimoe dlya dannyh nablyudenii oslablenie solnechnogo sveta bylo dostignuto s pomosh'yu plenki AstroSolar (proizvodstva firmy Baader), ustanovlennoi pered ob'ektivom. Plenka imela plotnost' M3.8, takim obrazom ona obespechivala umen'shenie potoka ot Solnca primerno v 6000 raz. Spektral'naya krivaya propuskaniya fil'tra byla izmerena v observatorii Novosibirskogo Gosudarstvennogo Universiteta (Novosibirsk, Rossiya), rezul'taty predstavleny na ris. IV. Vmeste s fil'trom nizkoi plotnosti, ustanovlennym pered ob'ektivom, takzhe byl ispol'zovan fil'tr peremennoi plotnosti (lunnyi) firmy Orion. Fil'tr byl ustanovlen v samodel'noi oprave mezhdu okulyarom i glazom nablyudatelya (sm. ris. V). Takaya konfiguraciya fil'trov pozvolyala nablyudatelyu osushestvlyat' tochnuyu podstroiku oslableniya sveta pryamo v processe nablyudenii.
Ris. IV: Spektral'nye krivye propuskaniya solnechnyh fil'trov. Sinim otmechena krivaya propuskaniya dlya fil'tra Baader AstroSolar Photo Film ND M3.8, ustanovlennoi pered ob'ektivom refraktora #1-AK; krasnym otmechena krivaya propuskaniya dlya slabo zakopchennogo stekla, ustanovlennogo na okulyare refraktora #2-VS (fil'tr #3 sm. v tekste); chernym otmechena krivaya propuskaniya dlya fil'tra Baader AstroSolar Photo Film ND M5.0, rekomendovannogo dlya provedeniya bezopasnyh nablyudenii (privedena dlya sravneniya).
Ris. V: Fil'tr peremennoi plotnosti, zakreplennyi na okulyarnom konce refraktora #1-AK.
Nesmotrya na ispol'zovanie slabogo solnechnogo fil'tra, takogo kak Baader AstroSolar s koefficientom oslableniya v 16 raz men'she, chem u standartnogo opticheskogo fil'tra plotnost'yu M5.0, ostavalis' opaseniya, chto on vse zhe mog okazat'sya slishkom sil'nym dlya takoi zadachi kak obnaruzhenie sveta, prelomlennogo atmosferoi Venery. Poetomu v kachestve mery predostorozhnosti nablyudatel' provodil dlitel'noe vremya v temnote. Etot metod chasto ispol'zuetsya pri nablyudenii ob'ektov glubokogo kosmosa seichas, i ispol'zovalsya vo vremena Vil'yama Gershelya. Eto sil'no pomoglo uvelichit' chuvstvitel'nost' glaz v usloviyah slabogo svetovogo potoka.
Primerno za chas do nachala prohozhdeniya nablyudatel' nadeval plotnuyu, ne propuskayushuyu svet povyazku na pravyi glaz pod solnechnye ochki. Vo vremya nablyudeniya prohozhdeniya on nadeval lyzhnuyu shapku ("balaklavu"), tak chtoby prorez' dlya glaz plotno prilegala k okulyaru bol'shuyu chast' vremeni, s tem chtoby minimizirovat' vozmozhnost' togo, chto pryamye solnechnye luchi narushat adaptaciyu glaza k temnote. On polnost'yu otkryval fil'tr peremennoi plotnosti kazhdye 20-30 sekund na 2-3 sekundy, posle etogo snova zatemnyaya izobrazhenie, ili smenyaya glaz dlya sravneniya uslovii vidimosti i zakryvaya pravyi glaz povyazkoi.
Poskol'ku Solnce bylo dostatochno vysoko (primerno 60 gradusov nad gorizontom), dlya nablyudatelya optimal'no bylo lech' na podstilku i ispol'zovat' pri neobhodimosti regulirovku shtativa po vysote dlya nastroiki vysoty okulyara, tak chtoby v nego bylo udobno smotret'. Takaya rasslablennaya poza pomogala nablyudatelyu koncentrirovat'sya na detalyah nablyudeniya i dol'she ne ustavat'.
II.2 Nablyudeniya v Illinoise s teleskopom #2-VS:
Pole zreniya teleskopa (fotografii teleskopa privedeny na ris.VI) sostavlyalo okolo 1 gradusa (primerno v dva raza bol'she uglovogo razmera Solnca). Nablyudatel' byl vpechatlen vysokim kachestvom teleskopa, chto proyavilos' v chetkosti izobrazhenii Solnca, solnechnyh pyaten i Venery prakticheski vo vsem pole zreniya. V predelah poloviny diametra polya zreniya ne bylo zametno znachitel'nogo uhudsheniya chetkosti. Minimal'naya hromaticheskaya aberraciya byla zametna tol'ko na krayu polya zreniya, i nablyudatel' vsegda staralsya derzhat' severnuyu chast' Solnca (vmeste s Veneroi) blizko k centru polya zreniya.
Ris. VI: Dvuhlinzovyi ahromat-refraktor #2-VS, izgotovlennyi Dollondom priblizitel'no v konce 18 - nachale 19 veka: a) obshii vid; b) okulyarnyi konec i dva zakopchennyh steklyannyh fil'tra.
Dlya nablyudenii prohozhdeniya Venery po disku Solnca 2012 goda bylo prigotovleno i protestirovano chetyre razlichnyh fil'tra: 1) fil'tr AstroSolar Safe Film ND M5.0 firmy Baader (oslablenie v vidimom diapazone okolo 100000 raz); 2) fil'tr AstroSolar Safe Film ND M3.8 firmy Baader (oslablenie okolo 6000 raz); 3) vruchnuyu zakopchennyi steklyannyi fil'tr, ustanovlennyi vnutri korpusa lunnogo fil'tra 15% Hirsh ND, i 4) eshe odin vruchnuyu zakopchennyi steklyannyi fil'tr, ustanovlennyi vnutri korpusa lunnogo fil'tra 30% Hirsh ND. Vse nablyudeniya prohozhdeniya Venery 2012 goda s ispol'zovaniem teleskopa-refraktora #2-VS byli provedeny s tret'im fil'trom (15% Hirsch ND), ustanovlennym pryamo za okulyarom, pered glazom nablyudatelya (sm. ris. VI b). Na ris. IV privedena spektral'naya krivaya propuskaniya fil'tra, izmerennaya v Novosibirskom Gosudarstvennom Universitete (Novosibirsk, Rossiya).
Vybor fil'tra byl obuslovlen sleduyushimi soobrazheniyami: a) oba fil'tra Baader okazalis' slishkom plotnymi; b) izobrazhenie Solnca, poluchennoe s ih ispol'zovaniem, vyglyadelo belesym; c) u Lomonosova v 1761 godu ne bylo takih fil'trov, i on ispol'zoval dlya nablyudenii Solnca zakopchennoe steklo. Krome togo, Lomonosov upominal, chto ispol'zoval "ves'ma ne gusto kopchenoe steklo" (to est' slabyi fil'tr) i emu prihodilos' davat' otdyh glazam posle korotkogo perioda nablyudenii. Pri nablyudeniyah prohozhdeniya Venery po disku Solnca 2012 goda s fil'trom #3 takzhe neobhodimo bylo periodicheski davat' glazam otdyh. Voobshe nablyudatel' priderzhivalsya sleduyushei metodiki: i) pomeshal Solnce i Veneru v pole zreniya teleskopa; ii) zakryval glaz, kotorym on dolzhen byl nablyudat', i daval emu otdyh v techenie primerno 10 sekund; iii) otkryval glaz, smotrel na Veneru i pytalsya uvidet' oreol; iv) prodolzhal nablyudenie do teh por, poka glaz ne privykal k yarkosti Solnca i ne stanovilis' vidny solnechnye pyatna; v) povtoryal proceduru (nachinaya s shaga ii). Posle otkrytiya glaza vnachale Solnce kazhetsya ochen' yarkim (pervye neskol'ko sekund nel'zya razlichit' solnechnye pyatna), odnako eta yarkost' terpima dlya glaza, i v to zhe vremya mozhno razlichit' bolee tonkie i menee yarkie detali. Posle privykaniya glaza (shag iv) solnechnye pyatna i drugie detali vysokoi yarkosti byli legko zametny, i edinstvennoi problemoi bylo izbegat' togo, chtoby smotret' na ochen' yarkoe zheltovatoe izobrazhenie Solnca slishkom dolgo. Pri provedenii predvaritel'nyh nablyudenii pered nachalom prohozhdeniya Venery nablyudatelyu bylo nekomfortno ispol'zovat' fil'tr #4 (pozdnee okazalos', chto on v 2-3 raza slabee v vidimoi chasti spektra, chem fil'tr #3); nesmotrya na to, chto posle adaptacii glaza mozhno bylo bez kakih-libo ser'eznyh problem nablyudat' Solnce, vysokaya yarkost' v samye pervye sekundy (dlya otdohnuvshego glaza) vyzyvala nepriyatnye oshusheniya. Poetomu fil'tr #3 byl vybran kak naibolee podhodyashii dlya nashei zadachi, byl ustanovlen na okulyare i ispol'zovalsya dlya nablyudenii prohozhdeniya Venery po disku Solnca 2012 goda s refraktorom #2-VS.
Teleskop #2-VS byl zakreplen na shtative iz dereva i metalla. Byl ustanovlen special'nyi naves dlya zashity teleskopa ot pryamyh solnechnyh luchei i ot vetra, i dlya togo chtoby izbegat' dopolnitel'noi zasvetki glaz solnechnym svetom i otvlecheniya drugimi lyud'mi, nablyudayushimi prohozhdenie Venery na drugih instrumentah. Nablyudatel' lezhal pod navesom, horosho ukrytyi tkan'yu, zakreplennoi na teleskope. Naruchnye chasy i bol'shoi budil'nik s ciferblatom, kotorye nahodilis' pod navesom, byli ustanovleny s tochnost'yu do sekundy v sootvetstvii s mestnym vremenem.
Ris. VII: a) refraktor #3-YP, izgotovlennyi Dollondom vo vtoroi polovine 18 veka; b) refraktor #4-IN izgotovlennyi Uestom (London) v pervoi polovine 19 veka i ustanovlennyi na sovremennoi montirovke.
III. Den' nablyudenii i rezul'taty
Nablyudeniya prohozhdeniya Venery po disku Solnca 2012 goda na teleskopah #1-AK i #2-VS byli provedeny 5 iyunya 2012 goda, i oba nablyudatelya smogli uvidet' tol'ko vhozhdenie planety na disk Solnca. Kratkaya informaciya ob usloviyah prohozhdeniya v oboih nablyudatel'nyh punktah privedena v Tablice II. Bolee podrobnye otchety i rezul'taty nablyudenii predstavleny nizhe, otdel'no dlya kazhdogo nablyudatelya.
| Likskaya observatoriya, Kaliforniya
#1-AK |
Batavia, Illinois
#2-VS |
|
|---|---|---|
| Koordinaty | 37°20'52'' severnoi shiroty
121°37'23'' zapadnoi dolgoty |
41°51'00'' severnoi shiroty
88°18'45'' zapadnoi dolgoty |
| Moment pervogo kontakta | 15:06:30 UT-7 | 17:05:08 UT-5 |
| Moment vtorogo kontakta | 15:23:58 UT-7 | 17:22:39 UT-5 |
| Vysota Solnca | 58 gradusov | 34 gradusa |
| Azimut Solnca | 250 gradusov | 90 gradusov |
| Temperatura vozduha | 7°C | 20°C |
| Atmosfernoe davlenie | 723.9 mm rt.st. | 762 mm rt.st. |
| Veter | yugo-zapadnyi, 5.8 m/s
(po oshusheniyam 1 m/s v vetrovoi teni gory) |
severo-vostochnyi, 6.3 m/s |
| Vidimost' | otlichnaya | 16 km |
| Oblachnost' | peremennaya | otsutstvuet |
| Vysota | 1.2 km | 0.2 km |
III.1 Nablyudeniya v Kalifornii s teleskopom #1-AK:
Dlya togo chtoby minimizirovat' veroyatnost' oblachnoi pogody v den' prohozhdeniya (5 iyunya 2012 goda), a takzhe minimizirovat' effekty nestabil'nosti goryachego vozduha, vozmozhnye na urovne morya v oblasti zaliva San-Francisko, bylo resheno ustanovit' instrument na territorii Likskoi observatorii, kotoraya otnositsya k Kaliforniiskomu universitetu i raspolozhena na vershine gory Gamil'ton, San-Hose (Kaliforniya, SShA). Tochnye koordinaty mesta nablyudeniya: shirota 37.°346534, dolgota -121.°623728, i vysota 4000 futov (1.2 km). Vybrannoe mestopolozhenie pozvolilo nablyudatelyu izbezhat' problem, svyazannyh s ozhidaemym bol'shim skopleniem lyudei na nablyudeniyah, organizovannyh observatoriei dlya vseh zhelayushih, a takzhe snizilo veroyatnost' zapadnogo vetra, obychno poyavlyayushegosya posle poludnya. Fakticheskie pogodnye usloviya na pervyi vzglyad kazalis' ne slishkom blagopriyatnymi dlya nablyudenii. Vse nebo bylo zakryto mnozhestvom nebol'shih kuchevyh oblakov, kotorye medlenno peremeshalis' v yugo-vostochnom napravlenii. Mezhdu oblakami, odnako, byli obnadezhivayushie prosvety, i v etih prosvetah bylo vidno kristal'no chistoe nebo bez peristyh oblakov. Prozrachnost' atmosfery posle proshedshih nakanune dozhdei byla potryasayushaya. Nablyudatel' mog prekrasno razglyadet' grebni gor S'erra-Nevada za dolinoi San Hoakin, kotorye nahodilis' v bolee chem 100 milyah (160 km) k vostoku.
Iz-za peremennoi oblachnosti bylo vsego 4 perioda vremeni, kogda vidimost' byla prekrasnoi. Nablyudatel' ne zafiksiroval vremya nastupleniya etih momentov, a takzhe ne delal zarisovok vo vremya nablyudenii, poskol'ku sosredotochilsya na sohranenii adaptacii glaz k temnote, chtoby podderzhivat' ih optimal'nuyu chuvstvitel'nost', i zapominal vse, chto on videl. Vo vremya pervogo prodolzhitel'nogo perioda horoshei vidimosti udalos' nablyudat' pervyi kontakt do togo momenta, kak Venera primerno na ¼ zashla na disk Solnca (faza vhozhdeniya 0.25). Na etoi stadii ne bylo zametno nikakih neobychnyh vizual'nyh effektov pri nablyudenii oboimi glazami.
Vtoroi period horoshei vidimosti byl dovol'no korotkim - okolo 2 minut, - i pozvolil uvidet' atmosferu Venery v vide oreola bez neobhodimosti ispol'zovaniya bokovogo zreniya v faze vhozhdeniya priblizitel'no ot 0.7 do 0.75. Eto yavlenie vyglyadelo kak gladkaya duga, tonkaya, kak volos, kotoraya nachinalas' ot severnogo kraya diska Venery i protyagivalas' chut' dal'she, chem do poloviny puti do drugogo kraya. Ona byla ochen' tonkoi, no prekrasno razlichimoi u zapadnogo (pravogo) svoego konca. Na ris. VIII a) predstavlena zarisovka nablyudatelya. Na samom dele period nablyudeniya byl slishkom korotkim dlya togo, chtoby tochno ocenit' obshuyu dinamiku, odnako nablyudatel' razlichil, kak nepolnaya duga postepenno uvelichivala svoyu protyazhennost' po napravleniyu k pravomu krayu po mere togo, kak Venera zahodila na disk Solnca. Levym, menee podgotovlennym glazom, takzhe udalos' razlichit' dugu; odnako ona byla vidna tol'ko v sluchae, kogda nablyudatel' ispol'zoval bokovoe zrenie. Takzhe nablyudatel' poproboval peremeshat' Veneru v pole zreniya teleskopa, proveryaya, menyaetsya li vidimost' dugi. Eto niskol'ko ne izmenilo formu dugi, krome oblasti vblizi kraya polya zreniya, gde na nee nachinalo vliyat' galo, vyzvannoe hromatizmom (chto opredelenno svidetel'stvuet v pol'zu vysokogo kachestva optiki ahromata Dollanda).
Ris. VIII: Nablyudeniya s refraktorom #1-AK vo vremya vhozhdeniya Venery na disk Solnca: a) duga sveta, prostirayushayasya nemnogo dal'she serediny temnogo promezhutka; b) "pupyr'" na krayu diska Solnca
Tret'ya vozmozhnost' predstavilas' kak raz, kogda mozhno bylo nablyudat' "pupyr'" na krayu Solnca v moment polnogo vhozhdeniya diska Venery na disk Solnca. Yavlenie mozhno bylo nablyudat', nachinaya s fazy vhozhdeniya 0.9, cherez tonkii krai prohodyashego oblaka. Vnachale nablyudatel' ne videl nikakogo sveta ot obodka, tol'ko temnyi promezhutok. Kogda oblako sovsem ushlo, nablyudatel' reshil, chto propustil obodok, poskol'ku krai Solnca vyglyadel ochen' chetko. Odnako kogda on opyat' polnost'yu otkryl fil'tr, on zametil, chto krai Solnca nad Veneroi imel dovol'no maloe, no protyazhennoe otklonenie ot ideal'noi formy - "pupyr'". Etot "pupyr'" byl proyavleniem atmosfery Venery (sm. ris. VIII b). V kakoi-to moment on propal, vozmozhno, kogda nablyudatel' popytalsya smenit' glaz. Posle vozvrasheniya k pravomu glazu "pupyr'" bol'she ne udalos' uvidet'.
Nablyudeniya vhozhdeniya Venery na disk Solnca prodolzhalis' eshe okolo minuty, i nablyudatel' pytalsya uvidet' tak nazyvaemyi "effekt chernoi kapli" ili shozhee yavlenie. Odnako on smog zametit' tol'ko yarkuyu oblast' mezhdu krayami diskov Solnca i Venery, kotoraya uvelichivalas' bez kakih-libo vidimyh osobennostei.
III.2 Nablyudeniya v Illinoise s teleskopom #2-VS:
Nablyudeniya provodilis' na zadnem dvore chastnogo uchastka v Batavii, Illinois (SShA), koordinaty mesta: 41°51′00″.0 severnoi shiroty, 88°18′45″.4 zapadnoi dolgoty, vysota 696 futov (212 m). Nebo bylo absolyutno yasnym v techenie vsego vhozhdeniya Venery na disk Solnca, i ostavalos' takim do zakata. Vysota Solnca nad gorizontom v gradusah i ego azimut (otschityvaetsya ot yuga v napravlenii na zapad) privedeny v Tablice II. Temperatura vo vremya vhozhdeniya Venery na disk Solnca byla okolo 68F (20° C), dul legkii veter.
Nablyudatel' otmetil, chto bylo slozhno zasech' tochnyi moment pervogo kontakta - v 17:05:05 CST(UT-5h) on smog chetko uvidet', chto lidiruyushii krai diska Venery zashel na Solnce (hotya on ne byl uveren, chto vhozhdenie ne proizoshlo za kakoe-to vremya do etogo). Sleduyushie 5 minut vhozhdenie prodolzhalos' bez kakih-libo primechatel'nyh yavlenii. Okolo 17:11:00 nebol'shoi svetovoi "us" poyavilsya u levogo (severnogo) kraya Venery za predelami diska Solnca, ego protyazhennost' sostavlyala menee 0.1-0.2 diametra Venery (sm. Ris. IX a). Nablyudeniya byli povtoreny eshe raz tem zhe glazom, i zatem drugim. K 17:13:00 stalo ponyatno, chto "us" ne byl artefaktom. Na protivopolozhnom (pravom) krayu Venery podobnogo "usa" ne bylo, vmesto etogo krai diska Solnca kazalsya slegka zagnutym po napravleniyu vnutr' diska Solnca.
Ris. IX: Venera na raznyh stadiyah vhozhdeniya na disk Solnca, nablyudeniya s refraktorom #2-VS (sleva napravo): a) primerno v 17:11; b) v 17:16; c) v 17:19; e) priblizitel'no mezhdu 17:21 i 17:22 (vezde privedeno vremya CST=UT-5)
Okolo 17:16:00, kogda Venera primerno napolovinu zashla na disk Solnca, "us" (nepolnaya svetovaya duga) stalo byt' dostatochno horosho vidno, pri etom on uvelichivalsya v dline priblizitel'no do 1/4 - 1/3 poluokruzhnosti Venery (sm. ris. IX b). Okolo 17:19:00 dlina "usa" uvelichilas' primerno do ½ poluokruzhnosti Venery (sm. ris. IX c). Levyi i pravyi kraya Solnca somknulis' nad diskom Venery okolo 17:20:15, i hotya "pupyr'" ne byl horosho zameten, nekotoraya asimmetriya dugi byla vse eshe razlichima. Do 17:22:00 levaya i pravaya chasti dugi byli soedineny, pri etom uchastok mezhdu diskom Venery i oblast'yu vne diska Solnca byl viden razmytym (sm. ris. IX d). Tol'ko posle 17:22:00 CST oblast', okruzhayushaya disk Venery, stala polnost'yu simmetrichna. V posleduyushie tri minuty nichego osobenno interesnogo ne nablyudalos' (naprimer, yavnogo "effekta chernoi kapli" zametno ne bylo), Venera plavno prodolzhila peremeshat'sya po disku Solnca, i nablyudeniya s refraktorom #2-VS zavershilis' okolo 17:26:00.
Itak, mezhdu 17:11 i 17:20:15 nablyudatel' chetko videl nepolnuyu dugu sveta ("us") u levogo (severnogo) kraya Venery, duga byla snachala nebol'shogo razmera, i zatem stala uvelichivat'sya, prostirayas' vse dal'she vokrug diska planety. Nablyudatel' otmetil, chto mezhdu 17:20:15 i 17:22:00 opredelenno videl svet (hotya i ne takoi yarkii, kak na diske Solnca) nad vsem diskom Venery, hotya bylo neyasno, nahoditsya Venera na diske Solnca polnost'yu ili chastichno. Okolo 17:21:00 nablyudatel' okazalsya v kraine neudobnom polozhenii posle togo, kak smenil polozhenie svoego tela (v tot moment on lezhal), i v rezul'tate emu prishlos' podnyat' golovu (s opory) i ostavat'sya v takom polozhenii, chtoby imet' vozmozhnost' prodolzhit' nablyudeniya. Vse vremya derzhat' golovu na vesu bylo tyazhelo, i prihodilos' dovol'no chasto rasslablyat' myshcy shei, chto moglo skazat'sya na kachestve nablyudenii v poslednie 1.5 minuty vhozhdeniya. V rezul'tate nablyudatel' ne byl uveren, videl li on polnuyu dugu Lomonosova ("pupyr'") v poslednie 105 sekund nablyudenii do 17:22:00.
IV. Vyvody
Po itogam nablyudenii prohozhdeniya Venery po disku Solnca 2012 goda, provedennyh s ispol'zovaniem starinnyh refraktorov, mozhno sdelat' neskol'ko vyvodov:
1)Duga Lomonosova nablyudalas' na dvuhlinzovom 4.5-futovom (137 sm) ahromate-refraktore Dollonda (#1-AK) - instrumente, analogichnom tomu, kotoryi ispol'zoval Mihail Lomonosov v 1761 godu;
2)Vo vremya vhozhdeniya Venery na disk Solnca takzhe nablyudalas' nepolnaya svetovaya duga ("us") u severnogo kraya diska Venery za predelami diska Solnca s ispol'zovaniem teleskopa-refraktora (#1-AK), analogichnogo ispol'zovannomu Lomonosovym i drugogo, nemnogo men'shego, dvuhlinzovogo 2.4-futovogo (73 sm) ahromata-refraktora Dollonda (#2-VS) primerno konca 18 veka;
3)Slabye solnechnye fil'try i special'nye metodiki sohraneniya maksimal'noi chuvstvitel'nosti glaz, podobnye tem, kotorye opisyval v svoei rabote Mihail Lomonosov, sil'no pomogli v nablyudeniyah effektov venerianskoi atmosfery ("dugi Lomonosova" i "usov") s refraktorami 18 veka;
4)My prishli k vyvodu, chto nablyudatel' 18 veka mog uvidet' oreol vokrug Venery, vyzvannyi refrakciei sveta v ee atmosfere ("dugu Lomonosova") vo vremya prohozhdeniya Venery po disku Solnca 1761 goda, ispol'zuya slabye solnechnye fil'try i dvuhlinzovyi ahromat-refraktor Dollonda, podobnyi tem, kotorye ispol'zovali my (#1-AK and #2-VS).
V dopolnenie k etomu stoit otmetit', chto ni odin iz dvuh nablyudatelei ne soobshal o tom, chto videl yavnyi "effekt chernoi kapli" s ispol'zovaniem starinnyh teleskopov-refraktorov 18 veka, osnashennyh slabymi solnechnymi fil'trami, ili chto zametil "neyavstvennost'" kraya diska Solnca vblizi Venery v moment nastupleniya 1 kontakta (i oba otmetili neodnoznachnost' opredeleniya vremeni nastupleniya pervogo kontakta). Takzhe stoit podcherknut', chto sovremennye nablyudateli byli polnost'yu udovletvoreny otlichnym kachestvom izobrazhenii, poluchaemyh na starinnyh ahromatah Dollonda. Eto issledovanie dobavlyaet eshe odin argument v pol'zu pervenstva Lomonosova v otkrytii atmosfery Venery, poskol'ku on byl pervym i edinstvennym nablyudatelem prohozhdeniya Venery 1761 goda, kto osoznal neobhodimost', realizoval na praktike i opisal eksperimental'nye metody (slabyi solnechnyi fil'tr i neobhodimost' davat' regulyarnyi otdyh glazam dlya uvelicheniya ih chuvstvitel'nosti), kotorye pozvolili uspeshno vosproizvesti nablyudeniya oreola dazhe spustya dva s polovinoi veka.
Blagodarnosti
Avtory hoteli by poblagodarit' mnogih lyudei, kotorye sdelali vozmozhnym etu rekonstrukciyu: professorov R.Z.Sagdeeva, V.G.Dudnikova i G.I.Dudnikovu za pomosh' v organizacii nablyudenii; professorov B.S.Elepova i I.A.Mal'ceva za predostavlenie kopii mnogochislennyh statei po nauchnym dostizheniyam Lomonosova; professorov R.K.Kriza i R.A.Rozenfel'da za plodotvornye obsuzhdeniya detalei rekonstrukcii i rezul'tatov nablyudenii. Takzhe my ochen' priznatel'ny za mnozhestvo poleznyh kommentariev, kotorye poluchili ot posetitelei foruma astronomy.ru, gde publikovali svoi predvaritel'nye otchety
Ssylki
Chenakal, V.L.; Sharonov, V.V., 1955. Kommentarii k stat'e #9 v Polnom sobranii sochinenii M.V.Lomonosova pod red. S.Vavilova i T.Kraveca. AN SSSR, Moskva i Leningrad (1950-1983) tom 4, 767-773.
Lomonosov, M.V., 1761a. Yavlenie Venery na Solnce Nablyudennoe v Sanktpeterburgskoi Imperatorskoi Akademii nauk maiya 26 dnya 1761 goda. SPb, Tip.Akad.nauk, 1761
Lomonosov, M.V., 1761b. Erscheinung der Venus vor der Sonne beobachtet bey der Kayserlichen Academie der Wissenschafften in St. Petersburg, den 26 May 1761. Aus dem Rußischen übersezt. SPb, Tip.Akad.nauk, 1761.
Maksutov, D.D., 1946. Astronomicheskaya optika, Moskva
Pasachoff J.M., Sheehan W., 2012. Lomonosov, The Discovery of Venuss Atmosphere, and Eighteenth Century Transits of Venus, Journal of Astronomical History and Heritage, 15(1), 3-14.
Schaefer B.E., 2001. The Transit of Venus and the Notorious Black Drop Effect, Journal for the History of Astronomy, v.32, 325-336.
Sharonov V.V.,Opredelenie gorizontal'noi refrakcii v atmosfere Venery iz nablyudenii yavleniya Lomonosova, Dokl. AN SSSR, 1952, t. 82, 3, str. 351-353
Sharonov V.V., K voprosu o prioritete M. V. Lomonosova v otkrytii atmosfery Venery. Nauchnyi byulleten' Leningradskogo ordena Lenina Gosudarstvennogo universiteta im. A. A. Zhdanova, 13, 1955, str. 12-15
Shiltsev V., 2012. Lomonosovs Discovery of Venus Atmosphere: English Translation of the Original Publication and Commentaries; http://arxiv.org/abs/1206.3489 (predstavlena k publikacii v Journal of Astronomical History and Heritage).
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
Venera - atmosfera Venery - istoriya astronomii
Publikacii so slovami: Venera - atmosfera Venery - istoriya astronomii | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
