Як почути сонце

ЯК ПОЧУТИ СОНЦЕ

Сонячний голос. Незвичайне поєднання слів, чи не так? Всі ми звикли до понять "сонячне світло", "сонячні промені", словом, до того, що нашу зірку можна бачити. Але що її можна ще й чути.

Гіпотезу про існування сонячного голосу висунув горьковский вчений-астроном, праці якого добре відомі у нас в країні і за кордоном, професор Сміла Вячеславович Радзієвський. Більше того, він навіть пророкує, як буде звучати сонячний голос: в ньому можна почути і гуркіт ураганів, і завивання бурі, і розмірене рокотання морського прибою, і химерне поєднання інших, досі невідомих нам звуків. А будучи розшифрований, цей голос, можливо, відкриє чимало таємниць нашої зірки.

Як народилася незвичайна ідея слухати Сонце? Сміла Вячеславович, відповідаючи на це питання, каже, що трапилося не вельми рідкісне в науці явище, коли шукають одне, а знаходять зовсім інше. Але історія його ідеї - це не тільки приклад незвичайних, несподіваних поворотів в цікавому науковому пошуку, це ще й зразок наполегливої ​​проходження логіці пошуку, вміння доводити почате до логічного кінця.

Радзієвський вивчав, як впливає світлове тиск на рух небесних тіл. Для цього йому було потрібно знайти максимально точний спосіб виміряти тиск світла. Точності, що досягається в класичному досвіді П. Н. Лебедєва, було недостатньо. Проте почати розповідь найкраще, згадавши, що таке світлове тиск і як був проведений досвід Лебедєва, в ході якого вперше було доведено існування цього тиску і виміряна його величина.

У скляній посудині в вакуумі на тонкій нитці знаменитий фізик підвішував карданний підвіс з двома легенько "Мушина крильцями" (див. Рис.). Так учений назвав найтонші металеві листочки діаметром близько 5 мм. Одне з таких крилець було посрібленим, інше - зачорненим. Через систему лінз на них направляли світло потужної електричної дуги. А далі відбувалося наступне: зачорнена поверхню світло поглинала, від посрібленою ж фотони відбивалися, відскакували, надаючи тим самим цього крильця додатковий імпульс. В результаті підвіс з крильцями закручується.

Досвід П. Н. Лебедєва, як відомо, довів, що світлове тиск існує. А по куту закручування підвісу вдалося приблизно встановити і його величину.

Точне вимірювання і розрахунок тиску світла дуже важливі для астрономів, яким треба обчислювати хід зірок. Це тиск, наприклад, багато в чому зумовлює вид і форму кометних хвостів. Однак досвід П. Н. Лебедєва, наведений ще в останньому році минулого століття, для сьогоднішніх завдань, як ми вже сказали, необхідної точності не дає.

Згадалося вченому і те, що давно вже існує досить простий і зручний прилад для перевірки слуху - термофон. З його допомогою відчували, наприклад, новобранців в армії. Термофон є герметичною коробочку з зачерненной дротиком, від якої є один вихід - у вухо. На зволікання подається струм силою 1 ампер, який модулюється змінним струмом звукової частоти - 600 герц. Змінні величини тут зникаюче малі: амплітуда змінного струму, наприклад, становить одну десятимільйонну долю вольта. За 1/600 частку секунди зволікання встигає трохи розширитися, в наступний мікроінтервал - трохи стиснутися. Але навіть ці незначні коливання вухо чує, правда, у кожної людини по-різному, що і використовують для перевірки слуху.

Ці факти навели Радзієвського на думку: якщо слух настільки трохи, можливо, з його допомогою вдасться виміряти світлове тиск більш точно? Для перевірки він провів нескладний досвід (див. Рис.) Вчений зробив диск, в якому на однаковій відстані одна від одної було вирізано п'ять круглих отворів рівного діаметра. Диск починають обертати зі швидкістю 100 об / хв і направляють на нього потужний пучок світла. Позаду диска, напроти одного з отворів встановлена ​​герметична коробочка з посрібленою мембраною. З коробочки виходить тонка трубка, яку вставляють у вухо. Протягом хвилини світло 500 разів перекривається і знову відкривається, мембрана то знаходиться під дією світла, то немає. Отже, вона повинна звучати, відчуваючи періодичне вплив світлового тиску. Досвід вдався на славу. Звук народжувався досить сильний. Залишалося тільки відкалібрувати його силу, і можна було обчислювати величину світлового тиску. Еврика?

Успіх, якийсь аж надто легкий, не міг не насторожити справжнього дослідника. Для перевірки вчений (як він сам зізнається - чисто інтуїтивно) зачорнив мембрану сажею. Звучання мало зникнути, або, по крайней мере, стати значно слабкіше. Адже світлове тиск пропорційно коефіцієнту відбиття світла, а у зачерненной поверхні він мізерно малий. Проте сталося зовсім інше. Мембрана буквально заревіла.

Подивись з "Мушина крильцями" в досвіді П. Н. Лебедєва.

Стало ясно, що в досвіді головним чином проявляє себе зовсім не світлове тиск. У чому ж тоді причина спостережуваного явища? Очевидно, в тому, припустив дослідник, що сажа просто нагрівається під впливом світлового потоку і охолоджується, коли світло перекритий (згадайте зволікання в термофоне). Отже, прилеглий до мембрани шар повітря періодично розширюється і стискається. Пружні коливання повітря і передаються барабанної перетинки. Ще раз таку розгадку підтвердив новий експеримент, де замість потужної електричної дуги джерелом світла служила звичайна лампочка. Ефект проявлявся, але звучання, природно, стало тихіше.

Власне кажучи, перевірки досвід неважко відтворити. Для цього знадобиться нескладний прилад - звичайний медичний фонендоскоп, яким лікар прослуховує хворого. Взявши його в руки, ви побачите, що на звукоулавлівающую камеру нагвинчена гайка, міцно притискає до камери жорстку мембрану (див. Рис.). Отвинтите її, покрийте внутрішню поверхню камери товстим шаром кіптяви, а потім поставте гайку і мембрану на місце, ретельно перевіривши щільність їх прилягання. Гумові трубки і вушні вкладиші також повинні бути герметичні. Адже виникає в камері звукова енергія мізерно мала, і сама незначна її витік призведе до невдачі.

Якщо тепер ви піднесете фонендоскоп до лампочки (відстань між ними буде залежати від гостроти вашого слуху і може коливатися від 10 см до 1 м), то почуєте рівне низьке гудіння, відповідне звучання камертона з частотою 50 герц. У кого-то можуть виникнути сумніви - не є членом будь чи звук змінним електромагнітним полем? Спробуйте перекрити світло будь-яким непрозорим екраном. Звук відразу пропаде і з'явиться в той же момент, коли екран буде прибраний. Навпаки, прозорий екран, наприклад з оргскла, звучання лампочки не знімає.

Досвід з обертовим диском.

Походження звуку тут точно таке ж, як і в описаному вище експерименті. Радзієвський назвав це яввленіе фотофон ефектом, а прилад для його виявлення ( "модернізований" за допомогою сажі фонендоскоп) - фотофон.

Людині з технічним складом розуму відразу ж прийде в голову, як практично застосувати фотофон. Ну хоча б для перевірки якості лампочок. Характер звучання лампочки, мабуть, повинен бути пов'язаний з технічним станом нитки напруження.

Але, звичайно, не в лампочках головне. Зрештою, якість їх вміють визначати і без фотофон. Розмірковуючи над виявленим ефектом, Радзієвський раптом зловив себе на простий і в той же час надзвичайно зухвалої думки. Якщо фотофон чує звичайну стоваттному лампочку, значить, він може відгукнутися і на незмірно більш потужний випромінювач - Сонце.

Ось ми і простежили в загальних рисах шлях зародження ідеї прослуховування Сонця. Вдумливий Новомосковсктель навіть за цими трохи подіям і фактам, напевно, зможе здогадатися про те, що Сміла Вячеславович належить до того нечасто зустрічається типу дослідників, який в науковому світі називають "генераторами ідей". Дійсно, важко навіть порахувати, не кажучи вже про те, щоб перерахувати, всі гіпотези, висунуті їм протягом багаторічної наукової діяльності. При цьому вчений охоче ділиться своїми ідеями з колегами, перш за все зі своїми учнями, які працюють у багатьох містах країни. Нехай деякі його гіпотези і не підтвердилися - це неминуче в науці, зате інші ідеї плідно розробляються. І ще неважко помітити, що Радзієвський може обійтися без дорогого обладнання або якихось особливих приладів. Його завжди виручає нестандартне мислення, вигадка і творча фантазія. Переконатися в цьому у нас ще будуть нові можливості.

Повернемося до гіпотези. Сонячне світло, як і світло лампочки, насправді зовсім не такий рівний, як це сприймає неозброєний очей. При спостереженні в телескоп поверхню нашого світила нагадує киплячу рисову кашу. Кожне зернятко "каші" - гранула - це результат конвективного прориву через фотосфери Сонця більш розпеченій маси газу з його надр. Розмір кожної гранули становить від 150 до 1000 км, середній час її життя - 3-5 хвилин, а температура на 300-500 градусів вище навколишнього фону. Кожну соту частку секунди народжується і вмирає близько 50 гранул, а одночасно на Сонце їх спостерігається близько мільйона. Звідси і створюється враження киплячій каші. Всі ці процеси постійного народження і смерті гранул неминуче надають сонячного світла "тремтіння", частота якого коливається в широкому звуковому діапазоні, в тому числі, природно, і чутному. А далі фантазія підказала вченому, що в такий строкатої звуковій картині повинні гриміти урагани, завивати бурі. А за ними стоять реальні фізичні процеси, які, можливо, багато чого можуть розповісти про себе самі. Правда, треба ще навчитися розшифровувати мову сонячних бурь і пошепки.

Отже, можливість почути Сонце, погодьтеся, здається дуже привабливою. Але Сонце, хоча і має колосальну потужністю випромінювання, знаходиться, як ми пам'ятаємо, на відстані 150 мільйонів кілометрів. Його, як лампочку, до фотофон НЕ піднесеш. Викличуть звучання приладу промені, що йдуть з такою дали? Радзієвський зробив необхідні розрахунки. Виявилося, що для перевірки гіпотези потрібен потужний телескоп з діаметром дзеркала не менше 6-7 м. При чому тут телескоп? Його призначення не тільки (і не стільки) в тому, щоб наблизити до спостерігача вивчаються небесні тіла, скільки в тому, щоб посилювати йдуть від них сигнали. Посилення зростає пропорційно квадрату діаметра дзеркала. Тільки з потужним підсилювачем - телескопом можливість почути сонячний голос ставала реальною (див. Рис.).

Схема прослуховування Сонця.

Ще якихось кілька років тому подібних телескопів не існувало. І у Радзієвського все обмежилося статтею в спеціальному науковому журналі. Думки колег про ідею Радзі евского розділилися.

Один з найсерйозніших доказів скептиків звучить так: шуми в атмосфері настільки сильні, що крізь них сонячний голос до Землі не дійде. У відповідь на подібні сумніви Сміла Вячеславович призводить добре відомий приклад с. кажанами.

Всі знають, що кажани ведуть нічний спосіб життя. Бачать вони погано, а пересуваються за допомогою ультразвукових сигналів, випромінюючи хвилю, від якої потерпають від навколишніх предметів і, повертаючись до них, дає можливість правильно орієнтуватися. Свого часу вчені вирішили перевірити: чи пов'язаний їхній спосіб життя просто зі звичкою спати в певні години або має інші, більш глибокі причини? Для цього кажанів посадили в літак і перевезли через кілька часових поясів, зсунувши їх добу на 8 годин. І що ж - миші спокійно сиділи на припічку до самого заходу Сонця, а з настанням темряви почали свої звичайні польоти.

Радзієвський пояснює цей факт наступним чином. Земля реагує на сонячне випромінювання як гігантська поглинає мембрана. Ця реакція виражається в шумі, який не чутний людям, але добре вловлюється більш чутливими кажанами. Для них шум являє собою потужний фон, на якому губляться їхні власні слабкі сигнали. Тому днем ​​вони позбавлені можливості орієнтування. Після заходу Сонця шум пропадає, і миші отримують можливість пересуватися. Атмосферні ж шуми, існуючі і вночі, кажанам не заважають. Значить, вони не настільки сильні, що б перешкодити прослуховування Сонця.

Словом, справа за майбутнім експериментом на одному з побудованих в останні роки потужних телескопів. Тільки досвід може підтвердити або спростувати ідею. А сьогодні навіть важко прогнозувати, що буде за результатом перевірочного експерименту, якщо він буде вдалим. Може бути, сонячний голос дозволить отримати нову інформацію про події на нашій зірці процесах, які зрозумілі ще далеко не повністю. Може бути, простенький фотофон стане основою надчутливих приладів, які зможуть вловити шум Землі, рождаемой сонячним світлом. А цей шум багато міг би розповісти і про Землю і про Сонце.

В. Мейер
м Горький