Среди событий, наблюдаемых на небе, особое место занимает эффектное, видимое даже при помощи небольшого телескопа явление: по солнечному диску в течение нескольких часов медленно движется маленькое темное пятнышко. Особенно интересен вход этого пятнышка на золотистую поверхность Солнца, при котором происходит красивейший всполох – он сигнализирует о наличии у планеты Венера (а это именно она) плотной атмосферы.
В 1761 году Ломоносов обнаружил атмосферу «утренней звезды» как раз благодаря этому событию – прохождению Венеры по диску Солнца. В июне 2012 года мы снова, второй раз за восемь лет, станем свидетелями этого интереснейшего явления (первое событие из нынешней пары наблюдалось 8 мая 2004 года). Следует отметить, что нам очень повезло – прохождения происходят попарно, период между ними в парах составляет 8 лет, а общий интервал между парными событиями – 105 лет либо 121 год. В следующий раз Венера пройдет по диску Солнца только в декабре 2117 года.
Сначала разберемся с геометрической стороной теории затмений. С точки зрения наблюдателя, находящегося на Земле, подобные явления можно разделить на две группы. Это затмения действительные (во время которых происходит потемнение поверхности планеты вследствие падения на нее тени от другого тела) и кажущиеся – покрытия (когда самосветящееся тело – например, Солнце – закрывается проходящим перед ним другим темным телом).
К первой группе относятся затмения Луны, других спутников и прохождение тени спутника по диску планеты.
Во вторую группу входят затмения Солнца, покрытие Луной планеты или звезды (в очень редких случаях – астероида, кометы или туманности). Сюда же относятся покрытие звезды планетой, прохождение Меркурия и Венеры по диску Солнца и крайне редкое явление – покрытие одной планеты другой. Важная особенность явлений второй группы – неодинаковый характер их наблюдения из различных точек Земли. Но как раз прохождения Венеры и Меркурия являются тут исключением, так как они могут наблюдаться на всем освещенном полушарии нашей планеты.
В чем причина того, что эти события происходят так редко, не при каждом взаимном сближении Земли и Венеры по их орбитам вокруг Солнца? Дело в том, что плоскости, в которых вращаются планеты, различаются по углам наклона: орбита Венеры наклонена к эклиптике под углом 3о23'. Эта ориентация плоскостей постоянна.
Рассмотрим обстоятельства прохождений подробнее. Подобное явление может возникнуть только при так называемых нижних соединениях, когда планеты на своем пути вокруг Солнца проходят мимо друг друга (при верхних соединениях планеты находятся по разные стороны от Солнца). Но в подавляющем большинстве таких случаев прохождения планеты по солнечному диску не происходит: из-за отмеченной выше угловой разницы плоскостей для земного наблюдателя внутренняя планета (так они называются из-за более близкого нахождения к Солнцу) движется то выше, то ниже солнечного диска.
Важнейшим элементом планетной орбиты являются узлы – точки, в которых она пересекает эклиптику. Видимые с Земли прохождения по диску Солнца случаются, когда прохождение Меркурием или Венерой окрестностей узла своей орбиты совпадает с нижним соединением. Поскольку ориентация орбит и местоположение их узлов фиксировано, то прохождение Землей нижних (и верхних, когда Венера находится за Солнцем) соединений происходит в двух определенных точках земной орбиты, которые Земля проходит вблизи 8 декабря и 6 июня.
В случае с Венерой в настоящее время прохождение каждого из узлов имеет место через 8 и 235 лет. Это объясняется тем, что начальное прохождение происходит как бы вдали от максимума узла, то есть сейчас прохождения проецируются на околополярные области Солнца. Если планета следует по экваториальной области Солнца, два прохождения просто не помещаются на «территории» одного узла, и явление становится единичным. Последние декабрьские «шествия» утренней звезды происходили в 1874 и 1882 годах, в будущем ближайшие из них произойдут в 2117 и 2125. Что касается июньских явлений, то последние из них наблюдались в 1761 и 1769 годах. Следующие летние прохождения состоятся не очень скоро, в июне 2245 и 2247 годов.
Через несколько веков схема этих процессов изменится: при пересечении каждого из узлов Венера будет проецироваться на центральные области Солнца. То есть, как было отмечено выше, два подобных явления не поместятся в зону видимости с Земли. В этом случае в каждом из узлов прохождения будут через 243 года.
Сегодня наблюдением за такими «мини-затмениями» занимаются скорее любители астрономии. Для специалистов это событие особого интереса не представляет, ведь у профессиональных астрономов и геохимиков есть гораздо более «действенные» методы изучения Венеры, прежде всего космические.
Однако везде есть исключения. Некоторые специалисты в области поиска внесолнечных планет заявляют о своей заинтересованности подобными наблюдениями. Дело в том, что так называемый метод транзитов – анализ следования планет по диску материнской звезды – является одним из способов обнаружения экзопланет. Таким образом, прохождение Венеры по диску Солнца может быть тестирующим по отношению к наблюдениям аналогичных событий в других областях Вселенной. Конечно, наблюдения явлений у звезд, самые близкие из которых удалены от нас на расстояния в десятки тысяч раз большие, чем путь до Солнца, не могут быть полным аналогом. Но основные характеристики – небольшое ослабление блеска, явления при вступлении на звездный диск планеты с атмосферой – идентичны.
Прохождение Венеры по диску Солнца уменьшит интенсивность его излучения менее чем на одну тысячную процента. Однако отследив эти изменения, можно более надежно интерпретировать особенности данных по инозвездным планетам. Находящийся сейчас на околосолнечной орбите американский космический телескоп «Кеплер» уже в течение полутора лет проводит анализ транзитов у ближайших к Солнцу звезд. Возможно, детальные наблюдения Венеры помогут объяснить полученную им информацию.
Одна из групп исследователей предлагает во время появления планеты на фоне светила искать следы углекислого газа в ее атмосфере при помощи солнечного телескопа. Давно установлено, что СО2 составляет 96-97% атмосферы планеты. Но ученые хотят убедиться, что модели, используемые ими для интерпретации данных по экзопланетам, верны. Кроме углекислого газа, в атмосфере Венеры будут искать следы натрия и калия. Дело в том, что эти элементы, остающиеся от сгорающих в верхних слоях атмосферы метеоритов и постоянно присутствующие в атмосфере Земли, никогда не обнаруживались на Венере. Исследователи полагают, что так удастся зафиксировать слабый поглотительный сигнал от этих элементов. Возможно, это позволит уточнить методику наблюдения верхней атмосферы при многочисленных явлениях того же характера в планетных системах других звезд.
Другая группа ученых предлагает иной способ провести наблюдения долгожданного события. Они будут исследовать солнечный свет, отраженный Луной, чтобы зафиксировать момент микроскопического затемнения и изучить еле заметные изменения солнечного спектра в течение всего времени прохождения. Вращение Солнца и эффект Доплера заставят солнечный свет сместиться к фиолетовой части спектра на той стороне светила, что поворачивается к Земле, и в область красных длин волн – на «отворачивающейся» стороне. Венера, перемещаясь поперек солнечного диска, должна частично блокировать различные части этого спектра. Этот эксперимент, в котором тень Венеры не будет, естественно, реально видима на Луне, наиболее точно моделирует наблюдения внесолнечных планет, в которых крошечное изображение проходящей планеты нельзя различить на фоне такой же маленькой центральной звезды.
Полностью прохождение Венеры по диску Солнца в нашем восточном полушарии наблюдалось в 2004 году. А 6 июня 2012 года на значительной части территории России можно будет увидеть только вторую половину явления, так как начнется оно еще до восхода. В ходе транзита Венера пройдет по северной части диска Солнца. Ее угловые размеры будут примерно равны 1 угловой минуте. Первый контакт Венеры с Солнцем произойдет в северо-западной части видимого диска нашей звезды, несколько ближе к северному ее полюсу, а выход, соответственно, в северо-западной части, ближе к экватору. Время начала прохождения зависит от координат пункта наблюдения. Поскольку, в отличие от Меркурия, Венера при прохождении представляет собой не точку, а пятнышко размером в 1/32 диаметра солнца, ей надо затратить некоторое время на то, чтобы переместиться на солнечный диск. Второе касание, то есть момент, когда диск Венеры начинает полностью проецироваться на диск Солнца, наступит примерно через 20 минут, а середина явления – через 3 часа после начала. Общая продолжительность процесса составит более 6 часов.
Для наблюдений можно воспользоваться любым оптическим инструментом: биноклем, подзорной трубой, телескопом. Темное пятнышко на поверхности Солнца будет видно даже невооруженным глазом, однако в любом случае смотреть на наше светило без специального светофильтра не следует – есть риск лишиться зрения. В качестве светофильтра можно применять специальные солнечные фильтры, идущие в комплекте с телескопом или приобретенные в специализированных магазинах. Не следует устанавливать самодельные стеклянные светофильтры после окуляра, они могут лопнуть от нагрева солнечным светом, собранным объективом!
При отсутствии светофильтров солнечный диск наблюдают на белом листе бумаги, проецируя его на некотором расстоянии от окуляра. Наблюдения можно проводить и в Интернете – наверняка многие специализированные сайты организуют специальные прямые трансляции.
Конечно, среди ежедневных дел очень немногие любопытные бросятся искать в магазинах телескоп или будут осваивать конструкцию из штативов, картонок и листов бумаги. А зря. Потому что в июне 2012 года вечно занятым и сосредоточенным на себе жителям Земли представится уникальный шанс увидеть другую планету не в учебнике, не в справочнике, не по телевизору и не на YouTube, и почувствовать, что мы с вами все еще «являемся частью Вселенной».
Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.
