Текст книги "Физика: парадоксальная и объяснимая. 100 открытых задач"

Но всё же эта история – лишь вымысел. Первая телеграмма Маркони не могла быть принята ни в английской, ни в итальянской столице. Работал он вблизи английского города Солсбери, от которого до Лондона больше 100 км. А дальность первого передатчика Маркони не превышала 10 км.

Кстати…

«Продаю доставшийся мне по наследству старинный радиоприёмник, принадлежавший лично Христофору Колумбу, что подтверждаю документами». Такое объявление дал один шутник в Нью-Йоркской газете. 28 человек выразили желание купить эту «историческую реликвию».

4.3. Свет

ЗАДАЧА 87. ДАЛЁКАЯ ИЛИ ДРЕВНЯЯ?**

Путешествия во времени – это такая же давняя человеческая мечта, как и мечта о полёте. Но вот мечту о полёте люди осуществили, а с перемещением во времени как-то не задалось. Но есть такие учёные, которые путешествуют во времени регулярно на профессиональной основе. Им даже зарплату за это платят… и машина времени у них имеется – телескоп!

Как телескоп позволяет астрономам путешествовать во времени?

Контрольный ответ

Для примера рассмотрим ближайшую к нам галактику – Туманность Андромеды. Эту галактику можно увидеть на ночном небе невооружённым глазом. Но находится она на расстоянии 2,5 миллиона световых лет от Земли! Наблюдая её сейчас, люди видят свет, испущенный звёздами в те времена, когда на Земле ещё не было человека…

Объекты, расположенные на расстояниях в миллион световых лет, видны такими, какими они были миллион лет назад. Объекты, отстоящие от Земли на миллиард световых лет, учёные наблюдают такими, какими они были миллиард лет назад. А это значит, что астрономы могут перемещаться во времени и наблюдать, что происходило в нашей Вселенной и миллион, и 10 миллиардов лет назад.

Хотите знать больше?

Современные орбитальные телескопы позволяют видеть космические объекты, отстоящие от нас на расстояние больше 10 миллиардов световых лет.

Кстати…

В 2013 г. житель Тегерана Али Рацеги заявил о создании машины времени. Его устройство не позволяло переместить человека в будущее, но с его помощью будущее можно было «увидеть». «Дальнобойность» машины времени составляла 8 лет, а точность предсказаний 98%. К огромному сожалению, изобретение иранца продемонстрировало своему создателю печальную перспективу: оно будет украдено китайцами через несколько лет. Поэтому Рацеги уничтожил «машину времени».

Налицо логический парадокс. Если машину не украдут китайцы, значит, её предсказание неверно, и следовательно, это никакая не машина для предсказаний, а очередная безделушка, которую и красть-то ни к чему…

Подумайте…**

А вы верите в изобретение тегеранца? Почему? Обоснуйте своё мнение.

⠀

ЗАДАЧА 88. ЗАГОРЕЛЫЕ ГРИБЫ ПОЛЕЗНЕЙ?*

Грибы, выросшие в густом лесу, отличаются цветом шляпки от грибов, выросших на открытой опушке. Чем больше гриб освещается солнцем, тем темнее его шляпка. На солнце гриб, как и кожа человека, вырабатывает витамин D. В грибах с тёмной шляпкой этого витамина больше.

Молодой подберёзовик ⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀Белый гриб

(лат. Leccinum scabrum) / ⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀ (лат. Boletus edulis) /

Wikimedia, Daniel Ullrich, ⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀Wikimedia, Tocekas,

CC BY-SA 2 ⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀CC BY-SA 3

Как обогатить грибы витамином D и сделать более полезными для покупателей?

Контрольный ответ

Чтобы насытить грибы витамином D, их дополнительно освещают лампами с ультрафиолетовым светом.

Хотите знать больше?

Грибы можно освещать даже после того, как их срезали. На солнце или под ультрафиолетовыми лампами даже срезанные грибы синтезируют витамин D. В сушёных грибах он сохраняется больше года.

Ультрафиолетом облучают не только грибы. Этот метод используется в разных отраслях сельского хозяйства. Например, кур отправляют «загорать», чтобы увеличить содержание витамина D в яйце, свиней – в мясе и т. д.

Ультрафиолет не только увеличивает запас витамина D, но используется и для обеззараживания помещений.

ЗАДАЧА 89. КАК ЧЁРНЫЕ ЛАМПЫ СПАСАЛИ ЖИЗНИ**

Чёрные лампы изобрели в 30-х гг. XX столетия. Они ничем не отличались от обычных за одним исключением: практически весь корпус, кроме небольшого кружка внизу, был закрашен чёрной краской. В Великобритании в августе 1940 г. эти лампы спасли многие жизни.

Затемняющая лампочка Philips на 130 В, военное время в Нидерландах. Музей национального освобождения / Wikimedia, RenseNBM, CC BY-SA 4.0

Какое отношение покраска ламп имеет к спасению жизней и при чём здесь август 1940 г.?

Контрольный ответ

Такие лампы использовались как способ светомаскировки во время авианалётов во время Второй мировой войны.

Они давали узконаправленный луч света, который тускло освещал комнату. При этом можно было заниматься домашними делами, но свет не проникал за пределы квартир, и снаружи окна домов казались неосвещёнными.

Хотите знать больше?

В августе 1940 г. начались массированные налёты немецкой авиации на Великобританию. Во время войны жители городов должны были плотно закрывать шторы и вместо обычных лампочек использовать чёрные. При такой светомаскировке немецким лётчикам было сложнее заметить неосвещённые дома, поэтому бомбы часто летели мимо.

Чёрные лампы использовали не только в жилых домах, но и на вокзалах, в различных учреждениях.

Противостояли авианалётам и при помощи светомаскировки, основанной на противоположном принципе. На крышах высоких домов устанавливали прожекторы. При налёте их включали – и город накрывал «световой купол». Это ослепляло пилотов, мешало прицеливанию, при этом самолёты становились более заметными на фоне чёрного неба, и зенитчики легче обнаруживали их и сбивали прицельным огнём.

ЗАДАЧА 90. СТАКАН С МАТОВЫМ СТЕКЛОМ**

Однажды 13-летний Давид наливал чай, и вдруг – дзынь – стакан треснул. Хорошо ещё, что не лопнул! Нужно что-то делать. Решил Давид починить стакан – заклеить трещину скотчем. Стакан матовый, скотч прозрачный – будет незаметно и не протечёт. Так Давид и сделал. И увидел чудо: матовое стекло под скотчем стало прозрачным!

Почему скотч сделал матовое стекло прозрачным?

Контрольный ответ

Матовое стекло непрозрачно из-за шероховатостей на его поверхности. Проходя через границу раздела воздух – стекло, лучи света случайным образом хаотично преломляются и рассеиваются в разных направлениях. Клей скотча заполняет шероховатости стекла, делает его поверхность более гладкой, и свет рассеивается гораздо меньше. Заклеенный участок матового стекла становится прозрачным.

Хотите знать больше?

Обычно шероховатая поверхность матового стекла обращена внутрь помещения. Если наклеить скотч снаружи, стекло останется непрозрачным.

ЗАДАЧА 91. ЗАКАТ НА ЛУНЕ***

На Луне нет сумерек. Ночь там наступает мгновенно, как будто кто-то неожиданно выключает свет. Так же внезапно начинается день – словно щёлкнули выключателем.

Почему Солнце на Луне «включается» и «выключается» мгновенно?

Контрольный ответ

Когда Солнце садится, на Земле не сразу наступает темнота. Уже скрывшееся за горизонтом, оно продолжает освещать атмосферу, которая рассеянным солнечным светом освещает поверхность земли.

А на Луне атмосферы нет. Как только Солнце скрывается за горизонтом Луны, сразу наступает темнота.

Хотите знать больше?

Если отнестись к вопросу более «въедливо», это справедливо только на обратной от Земли стороне Луны.

Та сторона, которая всегда обращена к нашей планете, освещается светом, отражённым от Земли. Благодаря этому свету в ясную погоду можно видеть и ту часть Луны, на которую прямой солнечный свет не попадает. Это так называемый Пепельный свет Луны.

Подробнее по теме можно почитать по запросу «Пепельный свет Луны».

Пепельный свет молодой Луны / Wikimedia, Prilepsom, CC BY-SA 3.0

Подумайте…**

Все лунные тени абсолютно чёрные.

Почему?

Контрольный ответ

На Земле свет рассеивается в воздухе. Атмосфера становится вторичным источником света, излучение которого «разбавляет» густоту теней. А на Луне нет воздуха, следовательно, нет и вторичного источника света. За предметом, отбрасывающим тень, полная темнота, в эту область неоткуда попасть свету.

ЗАДАЧА 92. НЕВИДИМЫЕ РЫБЫ****

В глубинах океана, куда никогда не проникает солнечный свет, учёные обнаружили ультрачёрных рыб, кожа которых поглощает более 99% падающего на неё света. Эта кожа создаёт рыбе как бы плащ-невидимку.

Ультрачёрная рыба длиннорогий саблезуб (лат. Anoplogaster cornuta) / Wikimedia, Citron, CC BY-SA 3.0

Зачем рыбам чёрный «плащ-невидимка» там, где и без того нет солнечного света?

Контрольный ответ

В глубине нет солнечного света, но есть биолюминесцентный свет. Его излучают хищники, привлекающие светом добычу. Кожа ультрачёрных рыб не отражает этот свет и тем самым делает рыб невидимыми.

Хотите знать больше?

Некоторые живые организмы способны светиться. Возможно, вы когда-то видели светлячков в ночном лесу? Это красивое и таинственное зрелище возможно благодаря явлению биолюминесценции. А в тёплых морях из-за люминесцирующего планктона иногда светятся волны. Существуют также светящиеся грибы.

Кстати…

Сфотографировать ультрачёрную рыбу – очень сложная задача. Как её ни освещай, хорошо виден только контур. Нетрудно догадаться, почему у учёных возникла такая проблема…

Ультрачёрная кожа рыб отражает 0,5% света. Она чернее чёрного листа бумаги в 20 раз. Ведь чёрная бумага отражает до 10% света.

Подумайте…****

У одного из видов хищных рыб с ультрачёрной кожей пигментные клетки были не только снаружи, но даже вокруг кишечника.

Зачем рыбам прятать кишечник?

Контрольный ответ

По предположению учёных, не отражающий свет кишечник помогает хищнику скрыть свет от недавно съеденной добычи, обладающей эффектом биолюминесценции.

ЗАДАЧА 93. ДЕФЕКТ ЗЕРКАЛА****

Телескоп «Хаббл», развёрнутый на орбите Земли в апреле 1990 г., обещал стать настоящим прорывом в астрономии. Земная атмосфера – серьёзное препятствие для астрономических наблюдений. Но в космосе её нет! Учёные ожидали снимков космических объектов с недоступным ранее разрешением.

Но первые полученные фотографии их сильно разочаровали. Снимки не обладали расчётной точностью (были недостаточно резкими).

Вскоре стало понятно, что главное зеркало телескопа имеет дефект (неправильную форму), что и мешает фокусировке.

Заменить такое огромное зеркало в космосе невозможно! Снимать телескоп с орбиты, чтобы заменить зеркало на Земле, дорого настолько, что дешевле организовать новую миссию.

Телескоп «Хаббл» с борта космического корабля «Атлантис»

Как исправить дефект зеркала телескопа, если само зеркало поменять нельзя?

Контрольный ответ

Главное зеркало формировало недостаточно резкое изображение из-за неправильной формы. Примерно то же самое происходит при дефекте зрения: изображение на сетчатке глаза размывается из-за неправильной формы сетчатки или хрусталика. Исправить недостатки зрения человеку помогают очки, значит, «очки» нужны и телескопу! На телескоп установили прибор оптической коррекции, который представляет собой комплекс дополнительных зеркал. Эти зеркала изменяют фокусировку света перед приёмными устройствами телескопа и являются своеобразными очками для него.

Хотите знать больше?

Для починки телескопа был разработан и осуществлён отдельный проект. Он стал одним из самых сложных по ремонту оборудования на орбите.

К телескопу направили шаттл «Индевор». С помощью манипулятора телескоп «Хаббл» установили в грузовом отсеке шаттла. Целиком он там не поместился, поэтому створки люка оставались открытыми на протяжении всего времени работ. Астронавтам приходилось трудиться в скафандрах. За 5 дней работы в открытом космосе они установили нужную корректирующую аппаратуру, заменили основную камеру «Хаббла» на более совершенную, заменили бортовой компьютер, солнечные батареи и другие важные компоненты.

В дальнейшем к «Хабблу» с целью обслуживания и ремонта телескопа было организовано ещё несколько экспедиций.

Подробнее по теме можно почитать по запросу «телескоп «Хаббл (телескоп)».

Снимок галактики М100 до и после установки дополнительной оптики

ЗАДАЧА 94. МИР ВВЕРХ НОГАМИ**

Оптическая система глаза больше всего напоминает фотоаппарат. Проходя через хрусталик глаза – двояковыпуклую собирающую линзу, свет преломляется, и на сетчатке появляется перевёрнутое изображение предмета. Точно так же происходит и в фотоаппарате. Линзы объектива переворачивают изображение, которое затем фиксирует светочувствительная матрица или фотоплёнка.

Для того чтобы получить неперевёрнутое изображение, достаточно перевернуть плёнку или запрограммировать на это действие процессор цифрового фотоаппарата. Но нам ведь не приходится переворачивать голову, чтобы увидеть изображение в исходном виде!

Если хрусталик глаза переворачивает изображение на сетчатке, почему оно видно неперевёрнутым?

Контрольный ответ

Глаз – это только лишь часть системы зрительного восприятия. Глаз воспринимает отражённый предметами свет и преобразует его энергию в электрические импульсы. Но для того чтобы видеть и узнавать окружающие предметы, огромную работу проделывает мозг. Он и «переворачивает» изображение обратно.

Хотите знать больше?

Именно мозг создаёт образы мира, мозг «узнаёт» увиденное, сравнивая это с предыдущим зрительным опытом, хранимым в памяти. Мозг оценивает важность полученной от глаз информации и решает, какую донести до нашего сознания, а какую нет. Если в это сложно поверить, проведите простейший мысленный эксперимент: просто вспомните, сколько ступенек у школьного крыльца. Сложно, не правда ли? А ведь вы видели это крыльцо множество раз! Но мозг как-то сам «решил», что эта информация не слишком важна, чтобы донести её до сознания…

На фоне этой гигантской работы по обработке зрительных ощущений переворот изображения уже не кажется чем-то слишком сложным. Да, это делает мозг, переворачивает образ, полученный на сетчатке глаза.

Хотите знать больше?

Новорождённый ребёнок видит предметы перевёрнутыми. Постепенно его мозг получает больше сигналов и соотносит их с реальным миром – и тогда он начинает переворачивать полученное изображение.

В 1896 г. американский психолог Джордж Стрэттон сделал очки, которые переворачивали изображение до того, как оно попадало в глаз (инвертоскоп). Надев такие очки, учёный начал видеть мир вверх ногами! Он носил эти очки, не снимая, и через несколько дней снова стал видеть, как обычно, хотя был в очках. Когда Стрэттон снял очки, мир снова перевернулся. Но теперь его обычное восприятие вернулось гораздо быстрее.

Кстати…

Широко известна легенда о кораблях Колумба, которые прибыли к берегам Америки, но не были замечены местным населением до того мгновения, пока матросы не спустили на воду шлюпки. Существование такой огромной «пироги», как трёхмачтовый парусник, просто не укладывалось в голове у индейцев – вот они его и не «увидели». А шлюпки были похожи на лодки аборигенов.

Достоверность легенды вызывает сомнение. Возможно, такого случая и не было. Но существует исторический документ, рассказывающий о подобном, но менее известном случае. Это запись в дневнике ботаника Джозефа Бэнкса, участника экспедиции Джеймса Кука к берегам Австралии. Вот что сообщается в записи, сделанной 28 апреля 1770 г.: «Эти люди, казалось, были полностью поглощены тем, чем они занимались: корабль прошёл в четверти мили от них, и всё же они не отрывали глаз от своей работы. Я был почти склонен думать, что, внимательные к своим делам и оглушённые шумом прибоя, они не видели и не слышали, как он проходит мимо них…».

5. Кванты и Вселенная

ЗАДАЧА 95. ФЛАГИ НА ЛУНЕ**

Первые астронавты, побывавшие на Луне, установили на её поверхности флаг своей страны. Не прошло и 50 лет, как снимки с лунных зондов показали, что флаг США, установленный миссией Аполлона-11, стал совершенно бесцветным.

Нил Армстронг (слева) и Базз Олдрин устанавливают флаг США, НАСА

Что могло случиться с флагом? Почему флаг США, установленный миссией Апполона-11 на Луне, стал бесцветным?

Контрольный ответ

У Луны нет атмосферы. Из-за этого излучение Солнца беспрепятственно достигает лунной поверхности. Это мощное излучение разрушило краски и обесцветило флаг.

Хотите знать больше?

После миссии Аполлона-11 НАСА установило ещё пять флагов на Луне. Флагштоки Аполлон-12, Аполлон-16 и Аполлон-17 всё ещё стоят вертикально.

Подумайте…**

На Луне побывали 12 человек. Астронавты, высадившиеся на Луну, действительно «наследили» в истории.

Надолго ли отпечатки их обуви останутся на поверхности планеты?

Контрольный ответ

Надолго, возможно даже на тысячи лет. Ведь на Луне не идут дожди и не дуют ветра, которые могут быстро уничтожить следы на поверхности.

ЗАДАЧА 96. «НЕВИДИМЫЕ» МИНЫ****

В 1944 г. промышленность Германии выпустила серию противотанковых мин «Topfmine». Особенность этих мин заключалась в том, что они были сделаны из неметаллических материалов. Единственная стальная деталь в конструкции – небольшой взрыватель. Корпус изготавливался из дерева, спрессованных стружек или картона, капсула взрывателя – из стекла. Разрушительное действие данного вида мин было невелико, и они считались скорее противогусеничными, чем противотанковыми.

Тем не менее это было опасное оружие, ведь обнаружить неметаллическую мину обычным миноискателем, который реагирует на присутствие металла в земле, невозможно. Однако немецкие сапёры при необходимости легко находили и обезвреживали мины. И дело не в том, что они каким-то образом фиксировали на картах положение поставленных мин.

Немецкая стеклянная противотанковая взрывная мина Topfmine C

Предложите способы, как можно находить неметаллические мины.

Контрольный ответ

Для обнаружения таких мин можно было предусмотреть различные физические эффекты. Например, использовать ультразвук или покрыть корпус мины отражающим электромагнитные волны лаком. Но в данном случае вопрос был решён иначе. После установки корпус мины присыпали не обычным, а специальным монацитовым песком, который немцы привозили из Бразилии. Этот песок содержал радиоактивные вещества. Их излучение и обнаруживали немецкие миноискатели, оборудованные счётчиком Гейгера.

Хотите знать больше?

Счётчик Гейгера позволяет измерять интенсивность радиации. Он устроен остроумно и просто. В запаянной трубке находится газовая смесь и два электрода, подключённые к источнику постоянного напряжения. Электроды разделяет газ, который в обычном состоянии не проводит ток. Пока нет источника радиации, амперметр, включённый в эту цепь, показывает 0.

Но если колба счётчика подвергается бомбардировке частицами, образовавшимися при радиоактивном распаде, частицы проникают в колбу, молекулы газа ионизируются (получают электрический заряд) и сам газ становится электропроводен. Между электродами возникает разряд, по цепи течёт ток, который фиксируется амперметром.

ЗАДАЧА 97. ВЕРЕН ЛИ МЕТОД?****

Под действием космических лучей атмосферный азот превращается в радиоактивный углерод. Впервые это обнаружил Уиллард Франк Либби, американский физик и химик. Образовавшийся углерод радиоактивен, и он примешивается в небольших количествах к обычному стабильному углероду.

Растения поглощают его в виде углекислого газа, а животные – поедая растения. Оказалось, что относительное содержание радиоактивного углерода по отношению к обычному одинаково во всех живых организмах и соответствует проценту его содержания в атмосфере! Либби проверил это на древесине деревьев, срубленных в разных уголках земного шара.

Когда животное или растение погибает, его метаболизм – обмен веществами с окружающей средой – прекращается. Радиоактивный углерод больше не попадает в организм, а уже имеющийся начинает постепенно распадаться – уровень радиоактивности снижается.

Эврика! – сообразил Либби, – ведь по остаточной радиоактивности изотопа углерода можно определить время, прошедшее с момента смерти организма! Теперь можно узнать, когда погиб мамонт, останки которого нашли в вечной мерзлоте, или сколько лет насекомому, застывшему в смоле янтаря…

Перед Либби встала задача – как проверить метод и доказать научной общественности, что таким образом можно действительно точно определять время событий, прошедших в далёком прошлом. Учёный справился с этой задачей и получил Нобелевскую премию. Он использовал для этого обыкновенные деревья.

Как с помощью деревьев можно проверить метод радиоуглеродного анализа?

Контрольный ответ

Исследователь измерил радиоактивность разных годовых колец старых деревьев. Ведь есть деревья, которым по 500 и более лет! Обмен углеродом между кольцами не происходит, а их возраст можно точно установить. Либби ожидал, что содержание радиоактивных изотопов от наружной части ствола к центру будет уменьшаться из-за радиоактивного распада. Данные полностью подтвердились.

Хотите знать больше?

Чтобы измерить радиоактивность годовых колец, даже не пришлось спиливать старые деревья. Понадобилось лишь взять длинный тонкий керн – цилиндрический столбик, который высверливался из дерева от коры к центру ствола.

Другим способом проверить точность радиоуглеродного метода является измерение радиоактивности предметов, возраст которых достоверно известен. Например, известна дата извержения вулкана Везувий, погубившего древнеримский город Помпеи. Это произошло в 79 г. н. э. Нетрудно понять, что найденный под вулканическим пеплом Везувия обугленный хлеб датируется тем же годом. Его возраст известен. И если методом радиоуглеродного анализа получено такое же значение возраста хлеба, значит, метод верен.

Подумайте…***

Однажды с помощью радиоуглеродного метода решили определить возраст травы, которая росла у автотрассы. Измерения показали, что траве тысячи лет!

Догадайтесь, что стало причиной очевидной ошибки?

Контрольный ответ

Трава усваивала углекислый газ, часть которого образовалась из выхлопов автомобилей. Выхлопные газы – это продукт сгорания бензина, который изготавливается из нефти. Нефть образовалась миллионы лет назад, и радиоактивный углерод в её составе остался лишь в ничтожном количестве. Разбавленное «древним» углеродом общее содержание радиоактивного изотопа в придорожной траве оказалось ниже, а её возраст, определённый методом радиоуглеродного анализа, завышенным.

Даже многократно проверенные методы могут дать сбой. Поэтому качественное научное исследование подразумевает проверку экспериментальных данных разными методами.

ЗАДАЧА 98. СТРАННОЕ ВРАЩЕНИЕ***

Пятна на Солнце люди наблюдали с древнейших времен. Даже в старинной русской летописи XIV века встречается упоминание о том, что «…солнце бысть, аки кровь, и по нём места черны…».

Но целенаправленные исследования этих удивительных объектов начались после изобретения Галилео Галилеем телескопа и его специальной разновидности для наблюдения за Солнцем – гелиоскопа.

Многие учёные наблюдали за солнечными пятнами. И вот что обнаружилось: те пятна, которые были расположены ближе к экватору, совершали один оборот вокруг оси вращения Солнца за 25 земных суток, а пятна у полюсов двигались со скоростью в 1,5 раза меньше. Их полный оборот занимал 38 дней. Если провести аналогию с Землёй, то при обычной 24-х часовой длительности суток на экваторе за Полярным кругом сутки продолжались бы в полтора раза дольше.

Наверное, заполярье стало бы очень популярно у трудоголиков, которым вечно не хватает времени для работы.

Два пятна на Солнце, появившиеся 19—20 февраля 2013 г.

Почему солнечные сутки на экваторе звезды и на её полюсах различаются по времени?

Контрольный ответ

Солнце – не твёрдое тело, как Земля. Вещества, из которых состоит Солнце (как и другие звёзды), находятся в состоянии плазмы – ионизированного газа. Поэтому слои звёздного вещества на разных широтах вращаются с разными скоростями.

Хотите знать больше?

Недавно астрономы с помощью исследования гелиосейсмических волн смогли измерить скорость вращения солнечного ядра. Она оказалась значительно выше, чем на поверхности.

Кстати…

Подзорная труба, состоящая из деревянной трубки и двух линз, была известна до Галилея. Но он первым догадался обратить её в небо и сделать держатель, чтобы было удобно наблюдать. Это позволило Галилею сделать огромное количество астрономических открытий!

Галилей описал пятна на Солнце и вращение нашего светила вокруг своей оси. Он обнаружил, что Млечный путь является огромным скоплением звёзд, что на Луне есть горы, а у Юпитера – четыре крупных спутника. В телескоп он видел кольца Сатурна и наблюдал фазы Венеры, подобные лунным.

Зарисовки Луны из рабочей тетради Галилея, 1609 г., Центральная Национальная библиотека, Флоренция

ЗАДАЧА 99. ВСПЫШКИ НА СОЛНЦЕ**

Начиная с 1975 г. учёные непрерывно наблюдают за Солнцем и регистрируют вспышки на нём – сильные взрывы в поверхностном слое светила. Энергия такого взрыва превышает в сотню раз ту энергию, которую можно получить, если сжечь все запасы нефти, угля и газа на нашей планете. И тем не менее в масштабах самого Солнца это незначительное событие. Мощность вспышки не превышает сотых долей процента мощности излучения самой звезды.

Взрыв на поверхности Солнца выбрасывает потоки плазмы, которые достигают Земли и вызывают сильные возмущения её магнитного поля. Эти события называют магнитными бурями, они выводят из строя электронную аппаратуру, нарушают связь, влияют на здоровье людей.

Солнечная вспышка 14 декабря 2014 г.: выброс отрывается от поверхности

Но зачем следить за вспышками на Солнце, если предотвратить их появление современная наука не в силах?

Контрольный ответ

Через 8 минут после солнечной вспышки её свет достигает Земли. Но только через 2—3 дня приходит на Землю «солнечный ветер» от далёкого взрыва. Пока поток высокоэнергетических, заряженных частиц летит к Земле, принимаются необходимые возможные меры защиты. Будучи заранее предупреждённым, пациент с кардиостимулятором не выйдет на прогулку в день с повышенной солнечной активностью, а космонавты на орбите отменят все работы, связанные с выходом в открытый космос.

ЗАДАЧА 100. ВИДИМ ВСЁ ДАЛЬШЕ?**

С каждым годом наши телескопы «видят» всё дальше. И не только потому, что сами они становятся более совершенными.

Почему с течением времени учёные получают возможность наблюдать всё более отдалённые пространства Вселенной?

Контрольный ответ

Потому что та часть Вселенной, которую можно наблюдать, всё время расширяется. Ведь каждый год до Земли доходит свет от звёзд, которые находятся ещё на один световой год дальше. А это, между прочим, около 10 триллионов километров…

Вот столько: 10 000 000 000 000 км.

В 63 тысячи раз больше, чем расстояние от Солнца до Земли…

В качестве бонуса:

ЗАДАЧА 101. СКОЛЬКО ЗВЁЗД НА НЕБЕ?****

Считается, что человеческий глаз может различать звёзды до 6-звёздной величины88
  Мера яркости астрономического объекта (блеск). Эту величину ввёл древнегреческий астроном Гиппарх во II веке до н. э. Самые яркие звёзды Гиппарх назвал звёздами 1-й величины, самые тусклые – 6-й.


[Закрыть]. Таких звёзд около 6 тысяч. Однако не все из них можно увидеть в ночном небе даже при идеальных условиях наблюдения.

Наблюдая из центра Москвы, можно заметить 100—150, и то, если повезёт. На окраине столицы их будет уже около 200. Далеко за городом – 1 500, а высоко в горах – около 3 тысяч.

Панорама Долины Смерти ночью на 360°, Млечный путь виден в виде дуги в центре

Почему количество видимых звёзд зависит от места наблюдения? Как можно увидеть все 6 тысяч звёзд?

Контрольный ответ

В городах ночное небо никогда не бывает абсолютно чёрным. Оно освещено фонарями, фарами автомобилей, неоновой рекламой, светом из окон. К тому же городской воздух загрязнён пылью и дымом. Поэтому в центрах мегаполисов сквозь дымку видны только самые яркие звёзды. На окраинах воздух чище и прозрачнее, освещённость меньше, и можно разглядеть звёзды, свет которых менее ярок. За городом световое загрязнение минимально, видно очень много звёзд. Но толстый слой атмосферы рассеивает свет. Чем меньше толщина воздуха, через который наблюдатель смотрит на звёзды, тем больше звёзд можно разглядеть. Именно поэтому в горах небосвод просто усеян звёздами. Но всё равно видна только половина тех звёзд, которые способен различить глаз человека. Вторая половина скрыта земной поверхностью.

Эти скрытые за горизонтом звёзды может видеть другой наблюдатель, который находится в противоположном полушарии. Звёздную карту разделяют на Северное и Южное полушария как раз по этой причине. Из Северного полушария видно северное небо, а из Южного – южное. И только наблюдатель, находящийся вблизи экватора, может увидеть все видимые глазом звёзды, но только не за одну ночь, а за целый год наблюдений. Зимой и летом Земля занимает противоположные положения на орбите при движении вокруг Солнца. Поэтому ночная сторона Земли полгода обращена в одну сторону неба, а полгода – в другую. В результате за год ночная сторона Земли будет поочерёдно обращена ко всем возможным направлениям, и наблюдатель, находящийся на экваторе, увидит все 6 тысяч видимых звёзд.

Подумайте…**

Можно ли увидеть звёзды днём?

Контрольный ответ

Днём видна только одна звезда по имени Солнце. Её свет рассеивается атмосферой и создаёт такой яркий фон неба, что остальные звёзды на нём не видны. Чтобы их увидеть, нужно «заслонить» солнечный свет. Это происходит во время полного солнечного затмения.

Кстати…

Некоторые заблуждения живут тысячелетиями. Мнение о том, что со дна глубокого колодца днём можно увидеть звёзды, существует со времён Аристотеля. Казалось бы, что может быть проще: спуститься в колодец да посмотреть… и мифу конец! Но нет! Вслед за Аристотелем многие достойные учёные, естествоиспытатели, такие как, например, Джон Гершель и Франсуа Араго, утверждали: «Это возможно! Только колодец должен быть достаточно глубоким».

Нет! Каким бы глубоким ни был колодец, со дна которого мы смотрим на небо, увидеть звёзды днём невозможно. Их свет «гасит» одна единственная звезда – наше Солнце. Яркость всех звёзд меньше, чем яркость освещённой солнечным светом атмосферы. Из колодца мы увидим лишь крошечный кусочек голубого неба, который будет сиять на фоне чёрных колодезных стенок, но звёзд на нём всё равно видно не будет.

Подумайте…*

Даже сегодня иногда можно услышать от школьного учителя астрономии о том, что колодец способен служить «телескопом».

Почему это заблуждение оказалось настолько живучим?

Контрольный ответ…

Существуют научные обоснования, почему сужение поля зрения может при определённых обстоятельствах увеличивать разрешающую способность глаза. Они поддерживают миф о колодце-телескопе…

Но нам нравится объяснение, основанное на психологии. Возможно, тот, кто впервые узнаёт о волшебных возможностях колодца превращаться телескоп, рассуждает так: этот факт ведь очень легко проверить, и значит, наверняка он уже давно проверен. Будь утверждение неверным, об этом стало бы хорошо известно. Но его продолжают повторять, следовательно, проверку экспериментом оно прошло…