История науки: астрономия линий и пятен

Почему на Солнце появляются пятна, где еще, кроме сварки, можно использовать электрическую дугу и как рождалась спектроскопия, читайте в нашей рубрике «История науки».

Гарольд Бэбкок был младшим из семи детей владельца магазина в маленьком городке штата Висконсин. Один из его братьев стал биологом (младший брат обгонит его с избранием в Национальную академию наук), а вот Гарольда больше интересовала техника. Познакомившись с «Элементарными уроками по электричеству и магнетизму» английского физика Сильвануса Томпсона, наш герой ставил опыты со статическим электричеством и телеграфом. После переезда в Калифорнию в школе он увлекся языками, театром, возглавил школьное литературное общество. И только под конец обучения заинтересовался физикой и химией.

Большое впечатление на юношу произвели сообщения об изобретении итальянским инженером Гульельмо Маркони радио. Воспользовавшись оборудованием школьной физической лаборатории, он продемонстрировал передачу радиосигнала, а позже даже собрал свой приемник. Это увлечение ему потом пригодится. В 1901 году он поступил в Калифорнийский университет в Беркли, где продолжил работать с электричеством.

Вскоре после выпуска по приглашению астронома Джорджа Хейла пришел работать в обсерватории Маунт-Вилсон. Там пригодились его познания в физике и особо не мешало отсутствие астрономического образования. Основным направлением его работы тогда была спектроскопия звезд. Бэбкок и его коллеги изучали открытое голландцем Питером Зееманом незадолго до этого, в 1896 году, явление расщепления атомных спектров в магнитном поле («за выдающиеся заслуги в исследованиях влияния магнетизма на радиационные явления» Зееман в 1902-м получил Нобелевскую премию). Руководитель обсерватории, Хейл, наблюдал этот эффект при изучении спектров солнечных пятен. Он заметил, что количество компонентов, на которые разделяется линия, и их ширина различаются в зависимости от изучаемого химического элемента. Хейл обеспечил лабораторию хорошим оборудованием, на котором Бэбкок изучал расщепление линий ванадия и хрома, хорошо заметных в спектре Солнца.

Бэбкок удачно выбрал направление работы – спектроскопия в первое десятилетие XX века развивалась быстро. Она позволяла получать данные о химическом составе, температуре, давлении, скорости вращения и магнитном поле небесных тел. Ценность этого метода напрямую зависит от точности измерения длин волн. «Предварительная таблица длин волн солнечного спектра» американского физика Генри Роуланда, вышедшая в 1895-97 годах, давала уже недостаточную точность. Совершенствованием данных Бэбкок и занялся вместе с коллегой Чарльзом Сент-Джоном. В качестве модели, свет которой можно было бы прицельно изучать в лаборатории, была выбрана электрическая дуга между электродами из железа. Позднее описанные ими условия получения линии железа с помощью дуги были приняты Международным астрономическим союзом в качестве стандарта. Взяв линии железа за образец, Бэбкок исследовал линии других элементов. В 1928 году вышли обновленные таблицы длин волн, содержащие описание и тех линий, которые не были «привязаны» к какому-либо химическому элементу у Роуланда. В следующем издании были представлены также данные для инфракрасной части спектра.

На основе данных о длинах волн, полученных при наблюдении солнца, находящегося низко над горизонтом, коллегам Бэбкока по Калифорнийскому университету, физикам Уильяму Жиаку и Хэррику Джонстону, удалось обнаружить изотопы ¹⁷О и ¹⁸О и установить, что кислород в атмосфере Земли является смесью этих трех изотопов с преобладанием ¹⁶О. Это подтолкнуло ученых пересмотреть их понимание атомной массы элементов.

С конца 1930-х годов Бэбкок начинает работать над изучением магнитного поля Солнца. К тому времени Бэбкок оставил свой пост в обсерватории, но продолжал работу вместе со своим сыном Горацием. С помощью разработанного ими фотоэлектрического магнитографа им удалось не только точно измерить поле, но и изучить распределение интенсивности магнитного поля по поверхности светила. Они установили, что магнитное поле Солнца меняет свое направление каждые 11 лет, что совпадает с изменениями солнечной активности. Они также высказали предположение, что возникновение солнечных пятен связано с закручиванием силовых линий магнитного поля из-за неравномерного вращения Солнца.

Отец и сын Бэбкоки немало сделали для изучения магнитных полей звезд, спектральных исследований в целом. Несколько изобретенных и изготовленных ими приборов применялись астрономами обсерватории. За свои работы они «получили» астероид (один на двоих) 3167 Babcock, а отец — еще и личный кратер на Луне.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram.