Top

Пятна на Солнце

 

Это открытие вбило очередной клин между наукой и религией, нанесло сокрушительный удар по философии Аристотеля и перевело Солнце из разряда неприкосновенных божественных светил в ряд объектов изучения физики.
Оспаривая приоритет этого открытия, два очень уважаемых ученых поссорились в пух и прах. При этом право первооткрывателя досталось третьему. Хотя по справедливости должно было бы достаться четвертому учёному.
Участники этой запутанной истории — голландец Йоханнес Фабрициус, немец Кристоф Шейнер, итальянец Галилео Галилей и англичанин Томас Хэрриот.

Из цикла «Жизнь замечательных идей»

Пятна на Солнце – удобный объект наблюдения. Они видны невооруженным глазом сквозь облака, дым, на восходе и закате. Немудрено, что они привлекали внимание людей еще в самые отдаленные времена.
Первые упоминания о пятнах на Солнце встречаются в древних китайских летописях в восьмисотом году до нашей эры.
О солнечных пятнах писал и ученик Аристотеля Теофраст из Афин, еще не ведая, что когда-нибудь эти самые пятна сокрушат авторитет его учителя.
Первые зарисовки пятен были сделаны в 1128 году в хронике Иоанна Вустерского. А первое толкование их природы – в Никоновской летописи за 1365 год. Там сказано, что сквозь дым пожарищ на Солнце были видны гвозди, которыми светило прибито к небосводу.
Знаменитый немецкий ученый Иоганн Кеплер тоже видел пятно на Солнце в 1607 году, но принял его за тень Меркурия.
Открытие, которое перевернуло мир, точнее – прежнее представление о мире, было сделано только в 1611 году.

Физика Солнца
Солнце – самая близкая к нам звезда, нас разделяет всего лишь 150 миллионов километров. По последним данным солнечная корона простирается за пределы земной орбиты. Условно солнечную атмосферу подразделяют на несколько слоев, плавно переходящих друг в друга. Наружный слой – корона. Под короной лежит хромосфера. Дальше – фотосфера — видимая ослепительная поверхность Солнца. Именно на этом светящемся слое и образуются солнечные пятна.

Голландия, Восточная Фрисландия, 9 марта 1611 года
Двадцатичетырехлетний студент-медик Йоханнес Фабрициус, хоть и собирался стать врачом, но больше увлекался звездами. В этом не было ничего удивительного. Его отец – пастор Давид Фабрициус — был известным астрономом-любителем и даже имел собственный телескоп.
Черные пятна на солнечном диске Йоханнес обнаружил 9 марта 1611 года и поначалу сам себе не поверил. Он решил, что это какая-то оптическая иллюзия. Однако пятна не исчезли ни на следующий день, ни через неделю.
Всю весну студент-медик наблюдал за необычным явлением. Он выяснил, что пятна не стоят на месте, а движутся вместе с Солнцем. И тогда Йоханнес предположил, что Солнце вращается вокруг своей оси. Ему удалось также высчитать периодичность этого обращения – примерно 27 дней.
В июне того же года Йоханнес Фабрициус опубликовал свой первый научный трактат: «Повествование о наблюдении пятен на Солнце и их очевидном вращении с Солнцем».
Однако работу голландского студента-медика никто из серьезных ученых не заметил.

Физика Солнца
Солнечные пятна неоднородны. В центре каждого пятна находится так называемое ядро. Темная точка. Нам она кажется почти черной, на самом деле она в две тысячи раз светлее полной Луны. Вокруг ядра расположена более светлая кайма, полутень. От внешних краев полутени расходятся радиальные полосы, похожие на пучки.

Германия, Ингольштадт, 21 марта 1611 года
Когда 21 марта 1611 года член ордена иезуитов Кристоф Шейнер впервые увидел на Солнце пятна, он тут же сообщил об этом своему начальству. Начальник патера Шейнера – Бузеус — был ярым перипатетиком, сторонником чистоты и незапятнанности Солнца. Услышав эту странную новость, он сказал с улыбкой:

«Сын мой, я много раз перечитывал Аристотеля, но нигде не встречал ни единого упоминания о пятнах на Солнце. Значит, эти пятна или на стеклах твоей трубы, или у тебя в глазах…»

Но патер Шейнер был не только духовным лицом. Прежде всего, он был ученым — преподавал математику и еврейский язык в Ингольштадском университете.
За Солнцем Шейнер наблюдал на рассвете и на закате. Именно в эти часы пятна становились особо заметными и буквально лезли в телескоп, настырно пытаясь поколебать веру патера в авторитет Аристотеля.

Справка: По Аристотелю космос делился на подлунную и надлунную области. Подлунная была наполнена вещами, способными рождаться и исчезать, в ней были допустимы изъяны и несовершенства. Надлунная область, напротив, была совершенной и неизменной.

Философия Аристотеля и его последователей официально разделялась католической церковью. Поэтому критика философии Аристотеля граничила с выступлением против церковных канонов. Легко представить, в какой капкан угодил патер Шейнер, когда ученый Шейнер углядел на совершенном светиле несанкционированные пятна.
Профессору Шейнеру очень хотелось опубликовать результаты своих исследований. И тогда он решил слегка подправить собственные наблюдения. Шейнер объявил пятна тенями от неких небольших планет – блуждающих светил — которые вращаются внутри орбиты Меркурия.
В ноябре 1611 года Кристоф Шейнер сообщил о своем открытии аугсбургскому патрицию и бургомистру, любителю астрономии Марку Вельзеру. Но подписался не собственным именем, а псевдонимом: Apelles post tabulam latens (Апеллес, скрывшийся за картиной).
Марк Вельзер ничего не слышал о пятнах на Солнце. Хотя к тому моменту уже год, как состоял в переписке с Галилеем.
Кстати, в семнадцатом веке ученые Европы достаточно интенсивно общались друг с другом. Так что любое мало-мальски заметное событие в научном мире становилось достоянием всей ученой Европы за пару месяцев. А уж к таким влиятельным покровителям науки, как Марк Вельзер, новости не то, что стекались – слетались!
Новость о пятнах на Солнце, обнаруженных неким Апеллесом, расходилась, как круги на воде. И в декабре 1611 года, наконец, достигла Италии. Галилей узнал об этом открытии от Марка Вельзера. Тот попросил Галилея прокомментировать открытие и сообщить, что он сам думает о пятнах на Солнце.

Физика Солнца
В первой половине своей жизни пятно растет, расширяется. На излете существования пятна его ядро делится на две-три части, как живая клетка, образуя тем самым пятна меньшего размера, которые в свою очередь тоже начинают уменьшаться, пока не становятся невидимыми. Сроки существования пятен различны. Одни живут всего лишь несколько дней и исчезают бесследно. Другие держатся до трех месяцев.

Италия, Флоренция, 4 мая 1612 года
Первое письмо Галилея по поводу пятен на Солнце Марк Вельзер получил только спустя четыре месяца — 4 мая 1612 года. Галилей заметил, что не согласен с выводами Шейнера. Пятна на Солнце – это не тени от планет, а скорее всего, облака, соприкасающиеся с поверхностью. Он написал также, что сам наблюдал пятна на Солнце еще в середине августа 1610 года.
В целом письмо Галилея было очень деликатным. Возможно, потому что он не знал, кто скрывается за псевдонимом, и боялся случайно обидеть какого-нибудь известного ученого. Хотя сам Галилей к тому моменту уже был Первым математиком и философом Великого герцога Тосканского, и уже совершил несколько крупных астрономических открытий.
Кстати, свой первый телескоп Галилей изготовил сам. На покупку голландской зрительной трубы у него попросту не хватило денег. Зато его труба была совершенней голландской. Она давала 30-кратное увеличение, а голландская — только трехкратное.
Галилей называл свою трубу «Оcchiale» (оккиале) – окуляр. С ее помощью он буквально за один год открыл четыре спутника Юпитера, горный рельеф Луны и фазы Венеры.
Разглядывая Млечный путь, Галилей рассмотрел там множество звезд, которые явно не могли быть расположены на одном расстоянии от Земли. Значит, нет никакой надлунной сферы, совершенной и неизменной? Значит, в учении Аристотеля есть изъян?
Однако в тот момент Галилей еще не рискнул заявить об этом открыто. Ведь еще совсем недавно из-за критического подхода к учению Аристотеля он был отстранен от преподавания в Пизанском университете и был вынужден искать себе другую работу. Поэтому в майском письме Марку Вельзеру о пятнах на Солнце Галилей позволил себе только осторожные намеки:

«Я хотел бы надеяться, что эти новые открытия смогли бы послужить чудесным образом для настройки некоторых музыкальных труб в расстроенном органе нашей философии».

Марк Вельзер предложил Галилею опубликовать его комментарии к открытию Аппелеса и данные собственных наблюдений.
Прежде, чем дать разрешение на публикацию, Галилей обратился с запросом к кардиналу Карло Конти. Он не хотел рисковать и вступать в конфликт с Римской коллегией.

Справка: Римская коллегия – влиятельный католический научный центр. Состоял из ученых-иезуитов: математиков, философов, богословов, астрономов.

В июле 1612 года кардинал Конти подтвердил Галилею, что в Священном Писании нет обоснования аристотелевской гипотезы о совершенстве и несокрушимости небесных сфер, и что общее мнение Отцов Церкви скорее склоняется к противоположному представлению о них.
А Кристоф Шейнер тем временем, продолжая свои наблюдения за пятнами на Солнце, отправил Марку Вельзеру еще несколько писем для публикации.
Осенью 1612 года почва для начала скандала была подготовлена.

Физика Солнца

Пятна рождаются в двух поясах, расположенных по обеим сторонам солнечного экватора. Эту зону называют «царской». Большие пятна предпочитают появляться парами. Каждая такая пара движется параллельно экватору. Ведущее пятно – западное — всегда крупнее. Очень часто между двумя основными пятнами появляется цепочка из более мелких. Хвостовое пятно – восточное — по своей структуре является менее устойчивым, оно первым распадается и исчезает.

Италия, Флоренция, лето 1612 года
Все лето Вельзер, Шейнер и Галилей вели интенсивную переписку. Шейнер отправлял Вельзеру письма со своими новыми наблюдениями пятен на Солнце. Вельзер пересылал эти письма Галилею. Галилей комментировал их, дополняя, уточняя и опровергая выводы Апеллеса. Основываясь на данных своих собственных наблюдений, Галилей пришел к тому же самому выводу, что и молодой голландский студент-медик Йоханнес Фабрициус годом раньше: Солнце вращается вокруг своей оси. Все письма флорентийского ученого Вельзер пересылал Шейнеру.
Возможно, Галилей с Шейнером и в дальнейшем вели бы сдержанный эпистолярный спор через посредника – Марка Вельзера. Но тут в битву за приоритет открытия солнечных пятен вмешались друзья. С обеих сторон.

Физика Солнца
В 1908 году американский астроном Джордж Хейл обнаружил, что солнечные пятна по сути своей являются огромными магнитами. Это как раз и является причиной их низкой температуры. Сильное магнитное поле создает под пятном изолирующий слой, который снижает приток энергии из глубины Солнца.

Комментарий – астрофизик Михаил Владимирович Кузнецов: «Пятно представляет собой выход магнитной трубки. Фактически солнечные пятна выступают как маркеры, которые позволяют нам отслеживать, как меняется магнитное поле».
Флоренция, 4 ноября 1612 года
До ноября 1612 года Галилей ни в одном из своих писем не заявлял права собственности на солнечные пятна. В споре с Апеллесом-Шейнером Галилея, по его словам, больше волновало то, как бестолково толковалась природа пятен. Но после того как влиятельные друзья Галилея во всеуслышание объявили, что не позволят безымянному иезуиту приписывать себе первенство открытия, флорентийский ученый изменил свою позицию.

«Я защищаю идею, отнятую у меня насильственным образом…» Из письма Галилея к герцогу Федерико Чези

В марте 1613 года письма Галилея Вельзеру были опубликованы отдельной книгой Академией деи Линчеи.

Справка: Академия деи Линчеи или Академия рысьеглазых – одна из старейших академий наук Европы. Основана в 1603 году ботаником и натуралистом, близким другом Галилея, герцогом Федерико Чези. Ее название происходит от слова «lince» (линче) – рысь. Девизом академии было познавать природу глазами зоркими, как у рыси.

В предисловии к книге было отмечено, что приоритет Галилея в открытии пятен на Солнце не может быть подвергнут сомнению.
Шейнер был возмущен. Его разозлило не только предисловие к книге, но и то, что для своих доказательств Галилей использовал геометрические выкладки, основанные на диаграммах самого Шейнера.
В бой за приоритет патера и за его идеи вступили представители иезуитского колледжа Романо в Риме. Они заявили протест Академии Деи Линчеи.
Шейнера также поддержали французские ученые-иезуиты. Они написали письмо личному астрологу кардинала Ришелье с просьбой разобраться в данном вопросе.
В самый разгар склоки всплыла публикация голландского студента Йоханнеса Фабрициуса, обнаружившего пятна на Солнце в марте 1611 года. Галилей и Шейнер, временно объединившись, тут же заявили, что они впервые наблюдали пятна на Солнце еще в 1609 году, гораздо раньше студента.
Язвительная переписка между учеными, их друзьями и их покровителями продолжалась без малого три года.
За это время Галилей, наконец, узнал настоящее имя своего оппонента, которого он презрительно именовал «Псевдоапеллесом».
А Кристоф Шейнер за это же время успел провести более двух тысяч наблюдений за пятнами на Солнце и изменить свое мнение об их природе. В частности, Шейнер теперь считал, что пятна – это впадины на солнечной поверхности.

Эта его догадка подтвердится только в конце семнадцатого века.

Кроме того, Шейнер открыл солнечные факелы, а также определил положение солнечного экватора, время вращения Солнца вокруг своей оси и наклон оси вращения.

В феврале 1615 года Кристоф Шейнер сделал первый шаг к примирению. Он отправил Галилею экземпляр своей новой небольшой брошюры «Sol ellipticus» в надежде получить взамен несколько публикаций флорентийского ученого. В сопроводительном послании Шейнер писал:

«В целом ни я, ни мой ученик не являемся теми, кто желал бы избежать критики со стороны более ученых, чем мы, мужей; посему…полагаю, что не следует оставлять без внимания и другие мнения, способные привести нас в конечном итоге к познанию истины».

Галилей не успел ответить. Он попал в водоворот нового скандала. 20 марта 1615 года иезуит Томазо Каччини написал донос на Галилея в канцелярию святой инквизиции. Каччини утверждал, что слышал от учеников Галилея богохульные высказывания в адрес святых и Самого Господа, что сам Галилей ведет переписку с лицами из Германии, охваченной реформацией, и в своих письмах опровергает идеи Аристотеля! В качестве доказательства Каччини привел отрывок из письма Галилея о солнечных пятнах:

«Эта новость может стать хорошим могильщиком или последним приговором суда над псевдофилософией».

Для Первого математика и философа герцога Тосканского наступили тяжелые времена. Через восемнадцать лет – в 1633-ем — Галилео Галилей предстанет перед судом инквизиции, где ему припомнят все: и приверженность идеям Коперника, и ниспровержение авторитета Аристотеля, и пятна на божественном светиле…

Физика Солнца
Жизнь Солнца состоит из активных периодов, перемежающихся периодами покоя. Когда Солнце активно, на его поверхности образуются пятна, факелы, протуберанцы. А корона расправляется и принимает округлую форму. Когда Солнце спокойно, никаких вспышек и корональных выбросов не наблюдается. Это так называемые минимумы солнечной активности.

Комментарий – астрофизик Михаил Владимирович Кузнецов: «Наблюдая солнечные пятна, мы наблюдаем солнечную активность. Было установлено, что солнце испытывает 11-летний цикл активности. То есть, число солнечных пятен меняется с периодом примерно 11 лет. С солнечной активностью связаны магнитные бури, целая совокупность явлений. Мы знаем, что, например, в 89-ом году солнечная вспышка вызвала целую катастрофу».

Оксфорд, февраль 2009 года
Вопрос о приоритете открытия пятен на Солнце был, в конце концов, решен в пользу Йоханнеса Фабрициуса – по праву первой публикации. Но в начале 2009 года английский историк Алан Чепмен (Allan Chapman), проводивший «раскопки» старых документов в архивах Оксфорда, неожиданно обнаружил зарисовки рельефа лунной поверхности и пятен на Солнце, датированные июлем… 1609 года! Автором этих работ был оксфордский математик и этнограф Томас Хэрриот.
Астрономия была для Хэрриота всего лишь увлечением. Правда возможностей для наблюдений за звездным небом у него было гораздо больше, чем у того же Кристофа Шейнера и уж тем более Галилео Галилея. Одним из первых в Англии он приобрел голландскую зрительную трубу. И 26 июля 1609 года, на несколько месяцев раньше Галилея, сделал первую зарисовку рельефа лунной поверхности. Тем же летом он обнаружил и пятна на Солнце. Почти за два года до Йоханнеса Фабрициуса и Кристофа Шейнера.
Томас Хэрриот никогда не публиковал результаты своих астрономических исследований. Но о том, что он тоже занимался исследованием пятен на Солнце, европейские ученые знали. Хэрриот, к слову говоря, переписывался и с Кеплером, и с Галилеем. Однако все считали, что он наблюдал пятна на Солнце позже Галилея или, по крайней мере, одновременно с ним.

Комментарий – астрофизик Михаил Владимирович Кузнецов: «Я думаю, что в вопросе о приоритете… Там, вроде, студент Фабрициус наблюдал эти пятна раньше всех, но на самом-то деле солнечные пятна наблюдали уже очень давно… Так вот, в этой ситуации очень сложно сказать, кто первый. Может быть, китайцы. Может быть, египтяне. Важно, что все эти ученые, которые в 1611 году все это наблюдали, они все-таки действительно из этого сделали вывод, что это действительно нечто такое научное, которое требует изучения, и это не есть гвозди… Сегодня по прошествии 400 лет мы многое поняли: как устроено Солнце, как оно работает. Но пока еще мы не научились достоверно предсказывать. Одна из задач — расшифровать механизм солнечного динамо. И еще одна задача — научиться предсказывать солнечный цикл. Когда мы поймем это и научимся по наблюдениям Солнца предсказывать, тогда жизнь будет более стабильная. И мы не будем бояться тех сюрпризов, которые может преподнести Солнце и от которых мы будем зависеть».
Физика Солнца
Мы сейчас живем в периоде спокойного Солнца, который подозрительно затянулся. Ученые ждали наступления активного периода еще в 2008 году. Однако кроме редких и быстро исчезающих пятен ничего не дождались. Более того, некоторые астрофизики высказали предположение, что образование пятен на Солнце после 2016 года вообще полностью прекратится. А следом за этим сойдут на нет и другие проявления активности. Так что в ближайшие годы вместо глобального потепления нас, может быть, ждет глобальное похолодание.

P.S. Нынешний год юбилейный для астрофизики — четыреста лет со дня официального открытия пятен на Солнце. Имена ученых, сделавших это открытие и тем самым положивших начало изучению физики Солнца, обычно упоминаются вместе, без расстановки акцентов на приоритет. Имеет ли сейчас смысл переписывать историю? Ведь, по большому счету, и первооткрыватель пятен Томас Хэрриот, и официальный автор открытия Йоханнес Фабрициус были всего лишь наблюдателями. Тайны солнечного механизма сумели постичь только Кристоф Шейнер и Галилео Галилей. Но Галилей при этом еще и совершил мировоззренческий переворот в науке. Что, без сомнения, явилось самым важным следствием открытия пятен на Солнце.

Ссылка на видео: Режиссер Татьяна Малова, «Цивилизация», 2011 год