1 ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1. ОТКРЫТИЕ ВРАЩЕНИЯ СОЛНЦА

Изучение вращения звезд началось примерно в 1610 г., когда солнечные пятна впервые наблюдались с помощью телескопа. В июне 1611 г. Йоханнес Гольдшмидт (1587 — 1615), уроженец Восточной Фрисландии (Германия), более известный под латинизированным именем Фабрициус, впервые публично объявил об их существовании. Из своих наблюдений он сделал верный вывод: пятна являются частью самого Солнца и тем самым доказывают его вращение вокруг оси. Он, по-видимому, не оценил всей важности своего заключения и больше не занимался этим вопросом.

Галилео Галилей (1564 — 1642), по его собственному утверждению, наблюдал солнечные пятна в конце 1610 г., но не сообщал о своем открытии до мая 1612 г. К этому времени такие же наблюдения провели Томас Гарриот (1560 — 1621) в Англии и монах-иезуит Кристоф Шейнер (1575 — 1650) в Германии. Спор о природе солнечных пятен сделал Шейнера злейшим врагом Галилея и перерос в ссору о том, кому принадлежит приоритет. Зная о запрете церковных властей верить в существование пятен на Солнце (поскольку в трудах Аристотеля они не упоминались), Шейнер опубликовал свое открытие в трех письмах, написанных под псевдонимом Апеллес. Он считал, что пятна — это малые планеты, которые обращаются вокруг Солнца и, проходя между наблюдателем и Солнцем, кажутся темными объектами. Такой взгляд противоречил мнению Галилея и Фабрициуса, утверждавших, что пятна должны находиться на самой солнечной поверхности или очень близко к ней.

В ответ на это в следующем 1613 г. Галилей опубликовал свою Istoria е Dimostrazioni intorno alle Macchie Solari e loro Accidents В этих трех письмах он опровергал выводы Шейнера и в первый раз во всеуслышание объявил себя сторонником гелиоцентрической системы мира. Так началась драматическая история его столкновений с римской инквизицией. Что же

касается вращения Солнца, то, по-видимому, здесь стоит воспроизвести один из его аргументов — такой простой и в то же время такой убедительный. Галилей заметил, что пятно пересекает солнечный диск приблизительно за 14 сут, причем это время остается одинаковым независимо от того, проходит ли пятно через центр диска или на некотором расстоянии от него по более короткому пути. Он также обнаружил, что скорость движения пятна вовсе не постоянна: движение представляется значительно более медленным вблизи солнечного лимба, чем около центра. Он объяснил это эффектом ракурсного сокращения, возможным в том и только в том случае, когда пятна находятся у самой поверхности Солнца.

Так Галилей полностью опроверг взгляды Шейнера. В конце концов собственные наблюдения заставили монаха-иезуита признать, что Солнце вращается с наблюдаемым периодом примерно 27 сут. Ему же принадлежит заслуга гораздо более точного, чем у Галилея, определения положения экваториальной плоскости Солнца и периода его вращения. В частности, он показал, что у разных солнечных пятен периоды вращения различны и, кроме того, что пятна, расположенные дальше от экватора, движутся с меньшей скоростью. Шейнер собрал свои наблюдения в книге, озаглавленной Rosa Ursina sive Sol, которая вышла в свет в 1630 г. (Название книги связано с фамильным гербом герцога Орсини, которому она была посвящена и геральдическими знаками которого были роза и медведь.) По существу, это была первая монография по физике Солнца.

В течение двухсот с лишним лет проблеме вращения Солнца не уделялось практически никакого внимания, и дальнейшее мало-мальски заметное продвижение произошло лишь в 1850-х годах. В это время богатый английский любитель астрономии Ричард Кэррингтон (1826 — 1875) и немецкий астроном Густав Шперер (1822 — 1895) предприняли длинную серию наблюдений видимого движения солнечных пятен. Независимо друг от друга они подтвердили, что видимая внешняя оболочка Солнца вращается не как твердое тело, т.е. период ее вращения изменяется в зависимости от гелиоцентрической широты. Они показали, что период вращения минимален на экваторе и постепенно увеличивается к полюсам. С поправкой на годичное обращение Земли вокруг Солнца Кэррингтон получил средний период вращения на солнечном экваторе 24,96 сут.

Не раз предпринимались попытки найти эмпирическую формулу, которая аналитически описывала бы зависимость угловой скорости вращения от широты. Из данных своих наблюдений с 1853 по 1861 г. Кэррингтон вывел следующее выражение для угла поворота Солнца за сутки:

где гелиоцентрическая широта. Несколько позже французский астроном Эрве Фай (1814 — 1902) установил, что зависимость угла поворота от гелиоцентрической широты лучше описывается формулой

Впоследствии предлагались другие соотношения, однако и в наши дни астрономы продолжают пользоваться эмпирической формулой Фая.

Следующий шаг был сделан Германом Фогелем (1841 — 1907) в Потсдаме. С помощью спектроскопа, изобретенного Иоганном Цельнером (1834 — 1882), Фогель показал в 1871 г., что вращение Солнца можно обнаружить по относительному доплеровскому сдвигу спектральных линий на противоположных краях солнечного диска, один из которых приближается, а другой удаляется. Нильс Дунер (1839 — 1914) в Лунде и Упсале, а позже Джэкоб Холм (1866 — 1944) в Эдинбурге провели обширные и тщательные визуальные наблюдения. Дунер и Холм использовали при этом относительный метод измерений, основанный на сравнении солнечных и земных линий спектра. Они пришли к выводу, что закон Фая хорошо подтверждается и спектроскопическими наблюдениями, но при этом они охватили вдвое больший диапазон широт, чем с помощью солнечных пятен. На смену первым визуальным наблюдениям, выполненным с 1887 по 1906 г., пришла фотография, почти полностью заменившая человеческий глаз. Первые спектрографические исследования вращения Солнца были предприняты в конце XIX в. Уолтером С. Адамсом (1876 — 1956) и Джорджем Э. Хэйлом (1868 — 1938) в солнечной обсерватории на Маунт-Вилсон в Калифорнии.