СОЛНЦЕ И ЛУНА В МЕТЕОРОЛОГИИ
СОЛНЕЧНЫЕ ЗАЙЧИКИ В ЛЕДЯНЫХ ПОДВЕСКАХ
Многим, вероятно, приходилось наблюдать в ясный день, как солнечный луч, преломляясь и отражаясь в стеклянных подвесках люстры, играет на стене причудливыми радужными "зайчиками". Иногда в сильные морозы по сторонам Солнца, при его восходе или заходе бывают видны радужные столбы. Сходство настолько велико, что, казалось бы, человек должен был бы давно объяснить себе эти явления тем же путем, как и появление зайчиков от стеклянных подвесок. Однако, верная мысль с большим трудом пробивала себе дорогу через преграду заблуждений и предвзятых идей. Такова и история научного объяснения радуги и околосолнечных радужных явлений, — "галосов" или "паргелических" (т. е. околосолнечных) явлений. Несмотря на то, что уже в заметках Леонардо-да-Винчи (1452–1519) имеются правильные намеки на сущность радуги, инквизиция еще в 1624 г. преследовала епископа Антонио Доминиса. За книгу, в которой он объяснял происхождение радуги; он не был сожжен на костре только потому, что умер в тюрьме, но книга его, вместе с телом автора, все же потерпела знаменитое "ауто-да-фе".
Рис. 70. Кристаллики (в увеличенном виде), вызывающие галосы.
Графин с водою, освещенный Солнцем, отбрасывая радужную полоску, уже объясняет нам радугу, которую можно вызвать и искусственно, став, например, против фонтана спиною к Солнцу. Но объяснить "галос" т. е. радужный круг около Солнца, (греческое слово — "галос" — круг для молотьбы) не так легко. Тут нет дождевых капель, в которых преломляются и отражаются лучи Солнца при явлении радуги. Небо ясно и чисто, и лишь временами на нем можно заметить тонкие слоисто-перистые облака. В них-то и заключается разгадка явления. Облака эти состоят из снежных кристалликов, являющихся воздушными подвесками облачной люстры под куполом небесного свода. Кристаллики имеют форму шестигранных призмочек и табличек (рис. 70); комбинацией в облаках этих кристалликов и объясняются все разнообразнейшие явления ложных солнц, кругов, дуг, гигантских серпов и столбов, появляющихся возле Солнца или Луны (рис. 73). Иногда скопление этих призмочек даже не видно для простого глаза, и небо кажется совершенно чистым, еще более вызывая изумление наблюдателя.
Рис. 71. Схема галоса NESW — горизонт: север, восток, юг, запад. Солнце со столбом на юго-востоке, по сторонам паргелии на пересечении круга. В зените (3) касательная дуга.
Паргелические явления всегда вызывали к себе большой интерес и считались предзнаменованием различных событий. Можно привести запись одной монахини в дневнике, посвященном войне 1877 г. В нем тщательно описано такое небесное предзнаменование: в январе во время мороза на небе по сторонам Солнца появились две золотые чаши, а в чашах кресты; над Солнцем серп, лезвие которого было синим, а рукоятка огненной; кроме того, и само Солнце находилось внутри громадного креста. Тут (рис. 72), очевидно, мы имеем дело с двумя паргелиями, или околосолнечными пятнами, называемыми "ложными солнцами". У самого горизонта они удлиняются и являются теми радужными столбами, которые видят при восходе или заходе Солнца. Когда же Солнце поднимается на достаточную высоту, паргелии округляются, сохраняя иногда отростки кверху и книзу.
Рис. 72. Галос 1877 г.; пунктиром отмечены невидимые части
Такого-то рода паргелии и могли показаться "золотыми чашами". Кресты же внутри чаш объяснить легко, так как через паргелии и Солнце иногда проходит светлая горизонтальная полоса. Серпом же был, конечно, внешний касательный круг, видимый как отрезок дуги. К этому можно прибавить, что отрезок касательного круга бывает виден в сине-фиолетовых частях спектра, отчего "лезвие серпа" и показалось синим. Наоборот настоящий круг обыкновенно отличается красным концом спектра, почему "рукоятка " (часть настоящего круга) и названа "огненной".
Этот пример показывает, как просто объясняется явление, кажущееся чудесным по фантастическому его описанию. С другой стороны, фантастическое описание настолько все же отвечает действительности, что дает возможность воссоздать картину явлений во всех подробностях— нужно только понимать язык старины, стать на точку зрения древнего автора. Русские летописи также полны описаниями небесных "знамений" возле Солнца, когда тоже появлялся "великий серп на небе рогóма на север" — замечательно точное определение касательного круга при положении Солнца в южной части неба.
ИГРА СОЛНЦА И ЗЕЛЕНЫЙ ЛУЧ
Кому не приходилось, слышать о том, что в день Пасхи солнышко при восходе "играет"? Такое же поверье приурочивалось иногда народом к петрову и Иванову дням. "Играние" понималось в том смысле, что Солнце при восходе то тускнеет, то светит ярче обыкновенного, то меняет цвета, то как бы мигает, подпрыгивает, то будто наливается кровью. Увидеть эту "игру" Солнца считалось счастьем. Говорили еще, что на Ивана-Купала Солнце, выходя из-под земли, купается — поднимается и опускается, как бы гордится той красотою, что разлило по земле. Поверье об игре Солнца приурочивалось также и к другим дням.
Насколько же реально это наблюдение народа? Некоторые этнографы готовы свести его к расстроенному воображению подготовленного известным образом человека. Посмотрим, так ли это.
Большинство верований относит явление игры Солнца к двум эпохам — весеннего равноденствия и летнего солнцестояния, в которые празднуются указанные выше праздники. Самая игра характеризуется народом, с одной стороны, как быстрое изменение положения Солнца при его восходе толчками с возвращением к прежнему положению ("радуется", "играет", "купается": "то спрячется, то покажется, то повернется, то вниз уйдет"), с другой стороны, как искажение солнечного диска при восходе ("раздробляется", "двоится"), и наконец, как изменение окраски светила ("играет всякими цветами — и голубым и зеленым и всякими"; "колыбается разными-разными огнями — и зелеными, и красными и желтыми разными"; "то станет зеленым, то синим, то красным"). Все эти данные, собранные из разных мест и содержащие общие черты, показывают, что мы имеем дело с реальными наблюдениями, а не воображаемыми. Эти записи легко объясняются фактами, известными в атмосферной оптике, и могут быть сведены к двум явлениям — ненормальной рефракции и цветорассеянию.
Как известно, небесные светила близ горизонта изменяют свой истинный вид и положение, вследствие преломления лучей; лучи доходят тогда до глаза наблюдателя через более толстый слой воздуха, чем во время нахождения их на большой высоте. Солнце нередко при этом принимает вид овала, кажется красным и большим. Атмосфера не всегда бывает спокойной, разные слои воздуха могут быть не одинаково нагреты, и это еще больше искажает действительный вид светила у горизонта; Солнце может как бы прыгать, двоиться, раздробляться (рис. 74). Такое исключительно редкое явление невольно должно было привлечь внимание народа.
Около времени весеннего равноденствия (март — апрель), когда температура со дня на день прибывает, искажение светила при восходе должно быть особенно сильно, потому что нагревание воздуха с появлением Солнца над горизонтом складывается с общим весенним подъемом температуры. Осенью же, наоборот, убывание температуры понижает обычное утреннее повышение ее при появлении Солнца и, сглаживая тем контраст, не вызывает того явления, какое весною бывает очень интенсивным. Вот почему раньше и приурочивалось весеннее играние Солнца ко дню Пасхи или Благовещения, т. е. весенних праздников.
Рис. 73. Галос, наблюдавшийся в Ярославле 10 февраля 1785 года, (7293 по старинному счислению) и зарисованный русским книжником в одной из рукописей, хранящейся в Публичной библиотеке в Ленинграде.
Период утренних холодных зорь характерен для эпохи солнцестояния. Возможно, что резкий контраст притока летнего тепла с появлением Солнца над горизонтом после таких холодных утренних зорь тоже нарушает равновесие в атмосфере, вызывая необычайную рефракцию и искажение солнечного диска.
Любопытно, что искажение солнечного диска при его восходе от ненормальной рефракции описал еще автор Лаврентьевской летописи под 6738 (1230) годом: "Того же месяца мая в десятый день, в пяток пятой недели по Пасце нецыи видеша рано восходящу Солнцу, бысть на три углы яко и коврига, потом же мнети мало бысть, аки звезда, тако и погыбе, потом опять мало взыде в своем чину". Это не могло быть солнечным затмением; описанное явление можно понять только как "игру" Солнца, т. е. появление его толчками, исчезновение под горизонтом, искажение диска в виде ковриги хлеба, треугольника и маленькой точки, напоминающей звезду.
Лучи разных участков спектра преломляются, как известно, различно. Явление это носит название цветорассеяния или дисперсии. Оно вытягивает солнечный диск, находящийся на горизонте, сверху вниз, разлагая его на ряд разноцветных изображений. Средние изображения, налегая друг на друга, дают белый или желтый цвет диска, нижнее изображение дает красную полоску, верхнее — зеленую и едва уловимую синюю, сливающуюся с синевой неба. Таким образом, при восходе Солнца верхний край Солнца, появляясь над горизонтом, должен при некоторых условиях казаться сначала голубым, затем резко-зеленым. Это и носит название "зеленого луча". Такое явление и подмечено народом при наблюдениях "игры" Солнца, как можно видеть из приведенных выше записей, в которых характерно упоминание зеленого и голубого цветов. "Зеленый луч" наблюдается не только при восходе, но и закате Солнца, причем явление это часто соединяется с явлением искажения солнечного диска; оба явления друг друга не исключают. Это тоже подмечено народными наблюдениями.
Рис. 74. Искажение солнечного диска при его заходе (по П. И. Броунову ).
Один из наблюдателей "зеленого луча" говорит: "Я держусь того мнения, что длительность этого явления весьма коротка и что лишь благодаря инерции сетчатки кажется, что "зеленый луч" виден дольше. Один раз случилось, что в решительный момент что-то отвлекло мое внимание, в то время как мой спутник не спускал. Вдруг он воскликнул: "гляди!" И выяснилось, что он еще сравнительно долго видел зеленый луч, в то время как я не мог его заметить. В то время как в глазу моего спутника "зеленый луч" еще долго сохранялся, и ему казалось, что он его видит, мне недоставало возбуждающего зрительный нерв раздражения".
Это объяснение имеет важное значение при понимании тех народных примет, по которым игру Солнца якобы видели лишь "праведные", "грешные" же видеть не могли.
Явление зеленого луча лучше видно там, где горизонт ровнее (морская поверхность, ровная степь), атмосфера должна быть особенно прозрачна, а Солнце восходит или заходит не красным шаром, но ослепительно-белым или желтым диском; явление хорошо видно и в высоких и в низких широтах, но высокие широты более благоприятны в смысле длительности явления. До широты 45° явление "зеленого луча" теоретически длится не более секунды, до широты 60° — до двух секунд, на широте 65° оно может продолжаться до четырех секунд. По времени года — летнее солнцестояние наиболее благоприятная эпоха для зеленого луча; Солнце в это время долго заходит и восходит, и потому длительность явления максимальна. Это как-раз эпоха праздников Иванова и петрова дня, когда в старину "караулили Солнце".
СИГНАЛЫ СОЛНЦА
В августе и сентябре 1917 г. было очень много гроз, а по вечерам небо озарялось великолепными северными сияниями. В то же время на Солнце наблюдалось очень много пятен, из которых многие достигали огромных размеров. Д. О. Святскому тогда пришла в голову мысль: нет ли соотношения между грозами и сияниями, как явлениями электромагнитного характера? Желая выяснить это, он начал статистически сопоставлять число гроз, отмеченных в России, с числом пятен на Солнце, и, к удивлению, соответствие получилось поразительное! Особенно наглядно обнаружилось оно во время пребывания на Солнце громадной группы пятен в начале августа. Эта группа была самой большой за предыдущие 45 лет. Ей сопутствовали еще 16 других групп разной величины. Общая площадь всех пятен превзошла все бывшие до того времени и занимала 17 миллиардов квадратных километров. Появление этих солнечных пятен сопровождалось сильными магнитными бурями на Земле и великолепными огнями полярных сияний в северном и южном полушарии Земли.
Движение группы по солнечному диску показано на нашей диаграмме (рис. 75) восходящей и нисходящей дугой. Средняя точка
отмечает прохождение группы через центральный меридиан Солнца, а крайние — моменты появления и исчезновения группы при обороте Солнца.
Группа пятен появилась на восточном краю Солнца 3 августа, и в этот день гроз было мало.
8 августа в группе пятен началось сильное внутреннее движение, продолжавшееся до 14 августа. 9 августа восточное пятно отделилось от остальной группы и распалось. В это время группа приблизилась к центральному меридиану Солнца, который прошла в ночь на 10 августа. Соответственно этому число гроз значительно возросло в России. Магнитные бури отмечены в Павловской обсерватории 9, 10 и 14 августа, и в эти же дни наблюдались северные сияния (отмечены внизу диаграммы значками). Телеграфные станции окрестностей Петрограда не могли правильно работать всю неделю, с 8 по 16 августа.
Мы видим на этом примере поразительное соответствие в ходе магнитных бурь, сияний и гроз с постепенным передвижением и развитием грандиозной группы солнечных пятен.
Зависимость гроз (и других метеорологических явлений) от пятнообразовательной деятельности Солнца была подмечена уже давно статистическим путем на средних величинах метеорологических элементов; но никогда еще не обращалось внимания на столь непосредственную зависимость. Впрочем, гениальный Ломоносов обращал внимание на то, что в начале осени, обильной грозами, чаще бывают и северные сияния; Ломоносов, конечно, не подозревал тут связи с Солнцем, а объяснял это тем, что оба явления имеют одну и ту же сущность — электричество.
Конечно, грозы прежде всего являются следствием динамических процессов в атмосфере, а в наших широтах, особенно на севере, зависят также и от времени года. Но пятнообразовательная деятельность Солнца, несомненно, влияет на распределение гроз по данной территории во времени и влияет на их численность и интенсивность.
Дальнейшие работы в этом отношении показали, что существует несколько периодов в повторении гроз; из них основным является 27—28-суточный, соответствующий обороту Солнца. Конечно, зависимость хода гроз не всегда бывает так отчетливо выражена, как в приведенном случае. Пятен на Солнце иногда очень много, и картина оказывается запутанной. Но мощные образования на Солнце никогда не проходят бесследно на Земле; они сигнализируют нам об опасности гроз и связанных с ними бурных процессов в нашей атмосфере.
Д. О. Святский не остался одинок в такого рода исследованиях. В настоящее время этот вопрос внимательно исследуется и другими как у нас, так и за границей. Сторонником изложенной теории является австрийский метеоролог О. Мирбах. В 1927 г. он проследил все кульминации одной значительной группы солнечных пятен, впервые прошедшей через центральный меридиан Солнца 21 января. Следующие прохождения этой группы пятен падали на 17 февраля, 17 марта, 12 апреля и 7–8 мая. Это сопровождалось на Земле сильными штормами и ураганами, повлекшими за собою много человеческих жертв и большие материальные убытки, Мирбах в начале мая даже предупреждал об опасности, указывая на грозные сигналы Солнца. Однако мало кто обратил на это внимание. Летчики Нунгессер и Коли предприняли перелет через Атлантический океан как-раз в роковой день 9 мая и стали жертвой бури, в которую попали при перелете. Мирбах говорит поэтому поводу: "Катастрофу, вероятно, можно было бы избежать, если бы мои коллеги по специальности (метеорологи;) согласились, наконец, с тем, что нельзя предсказывать погоду, игнорируя ее хозяина, т. е. Солнце".
"Волны гроз", т. е. период их повторяемости через 27–28 — суточные периоды, — были предусмотрены и Д. О. Святским для тех же сроков, о которых говорит О. Мирбах, и своевременно публиковались в печати. Нельзя считать случайностью, что два исследователя независимо друг от друга напали на один и тот же путь.
Рис. 75. Ход грозовой деятельности (нижняя кривая), северных сияний и магнитных бурь (значки внизу), в зависимости от передвижения солнечного пятна по диску Солнца (верхняя дуга).
ЛУНА И ПОГОДА
С глубокой древности почти у всех народов существует мнение, будто Луна влияет на погоду и на развитие растительного и животного мира. Так, у нас в народе верят, что при переходе с последней четверти на новолуние обычно бывает непогода. Когда "молодик" народится, то на другой день "обмоется", а на третий проглянет. Какой погодою начинается четверть, такая будет во все ее продолжение. Если на новолуние пойдет дождь — "выкупается молодик", то и вся первая четверть будет дождливая. Полнолуние будто бы "съедает" или разгоняет облака, и т. п. Самый вид лунного серпа считается признаком той или иной погоды: различают тупость или заостренность рогов молодого месяца, поворот их в ту или иную сторону и т. д. Сотни примет настаивают на том, что рост, цветение, созревание различных растений зависят от фаз Луны: сеять и сажать надо в полнолуние, строевой лес рубить в полнолуние; яровую рожь и пшеницу надо сеять в полнолуние, а овес два дня спустя или на два дня раньше, и т. д.
Есть ли разумное основание к подобного рода верованиям?
Прежде всего выделим приметы, связанные с ясностью Луны, заостренностью рогов месяца, появлением кругов и венцов вокруг Луны. Значительная доля таких примет не что иное, как местные признаки наступающей погоды, обусловленные состоянием атмосферы, которое влияет на видимые очертания лунного диска. Их давно следовало бы проверить и, быть может, ввести в число научных примет о погоде наряду с другими подобными же, касающимися Солнца, планет, звезд. Иное дело — влияние Луны на развитие растительного и животного мира: тут погода, повидимому, уже никакой роли не играет, а выступают другие факторы. Опытным путём доказано, что лунный поляризованный свет активно действует на ферменты и гормоны; поэтому он может влиять и на жизнедеятельность организмов; становятся понятными многие существующие зависимости от фаз Луны. Так, вблизи Гавайских островов масса червей "палоло" появляется на поверхности моря как-раз в первое весеннее новолуние; в тропических странах некоторые орхидеи распускают свои цветы только в известные лунные фазы.
Остаются еще приметы, ставящие различные перемены погоды в зависимость от лунных фаз. Проверкой их занимались такие ученые, как Араго, Фламмарион, и пришли к отрицательным результатам. Теоретически допускаемая возможность влияния Луны на воздушные приливы, подобно тому, как она влияет на приливы морские, оказалась выраженной в столь малых цифрах, что практически это влияние сводится на нет. В начале нынешнего столетия инженер Н. А. Демчинский снова оживил было интерес к этому вопросу, пытаясь научно обосновать влияние Луны на погоду, делал предсказания, издавал журнал, посвященный разбору взглядов, родственных его воззрениям; но интерес к ним пропал после критического разбора проф. Клоссовского, показавшего, что предсказания Демчинского оправдываются на 50 %, т. е. так же удачны, как и предсказания наобум орла и решетки.
В чем же секрет живучести подобного рода воззрений? Временный, скоропроходящий успех, таких предсказаний, повидимому, заключается в том, что период оборота Луны — 28 1 / 2 суток — близок к периоду обращения пятен на Солнце — от 27 до 30 суток (смотря по широте, на которой они располагаются). Несомненно, бывало, что периодическое изменение погоды в этих пределах случалось; но стоило появиться в другой области Солнца иному мощному пятну, как оно сейчас же разбивало правильный ход солнечного цикла. Но так как предсказатели следили за лунными фазами и не замечали образования пятен на Солнце, то по прошествии нескольких удачных циклов обнаруживалось, что дальнейшие его повторения не несли ожидаемых перемен погоды, и Луна теряла свой кредит.